Feststoffgeschmierte Wälzlager

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Gregor Böhmer
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1 Herbert Birkhofer Timo Kümmerle Feststoffgeschmierte Wälzlager Einsatz, Grundlagen und Auslegung ^ Springer Vieweg

2 Inhalt 1 Anwendung feststoffgeschmierter Wälzlager Einsatzgebiete und Anwendung von Festschmierstoffen Einsatz bei hohen Temperaturen Einsatz bei niedrigen Temperaturen Einsatz im Vakuum Einsatz bei energiereicher Strahlung Einsatz in aggressiven Medien Einsatz unter Reinraumbedingungen Einsatz bei besonderen Hygieneanforderungen Einsatz im Aussetzbetrieb Einsatz bei anomalen Belastungen Unterschiede bei der Anwendung von Festschmierstoffen und Fetten/Ölen Potenziale und Grenzen der Anwendung Potenziale der Feststoffschmierung Grenzen der Feststoffschmierung Zusammenfassung 14 Literatur 14 2 Die Tribologie von Festschmierstoffen Tribologische Grundlagen Tribosysteme Reibungsarten Reibungszustände Verschleißarten Weitere tribologische Phänomene Festschmierstoffe und ihre tribologischen Eigenschaften Grundlagen Einteilung der Festschmierstoffe Polymere Schichtgitter-Festschmierstoffe Weichmetalle 44 VII

3 äußere Viil Inhalt 2.3 Zusammenfassung 51 Literatur Theorie der Lebensdauer feststoffgeschmierter Gleit- und Wälzkontakte Die Mechanik feststoffgeschmierter Gleit-und Wälzkontakte Kontaktgeometrie Das Belastungsmodell und Kontaktkinematik 56 und innere mechanische Lasten Das Beanspruchungsmodell Das Kinematikmodell Die Tribologie feststoffgeschmierter Gleit- und Wälzkontakte Das Reibenergiemodell Das Verschleißmodell Das Lebensdauermodell Zusammenfassung 88 Literatur 89 4 Lebensdauerprüfverfahren für feststoffgeschmierte Gleit- und Wälzkontakte Grundlagen Begriffe und Definitionen Lebensdauerprüfverfahren Lebensdauerprüfverfahren für feststoffgeschmierte Gleitkontakte Stift-Scheibe-Versuche Walze-Platte-Versuche Lebensdauerprüfverfahren für feststoffgeschmierte Wälzkontakte Modifizierter Vierkugelapparat Mechanik der Wälzbeanspruchung im Vierkugelapparat Auswertung der Lebensdauerprüfung Versagensindikatoren Optische Auswertung und Schäden Makroskopische Untersuchung Bestimmung des Verschleißvolumens Mikroskopische Untersuchungen Zusammenfassung 126 Literatur Wälzlager und Lagerkomponenten Aufbau und Normung von Wälzlagern Aufbau von Wälzlagern Bauformen von Wälzlagern Normung von Wälzlagern Wälzlagerkomponenten Wälzkörper Lagerringe 133

4 Inhalt IX Werkstoffe für Wälzkörper und Lagerringe Käfige Wälz- und Gleitkontakte im Wälzlager Lastübertragung Wälzkörperführung Käfigführung Kopplungen und Freiheitsgrade im Wälzlager Selbsthaltung Zusammenhang Radialluft-Axialluft Kippwinkel Zusammenfassung 151 Literatur Mechanik und Thermodynamik feststoffgeschmierter Wälzlager Statik und Elastomechanik von Wälzlagern Druck- und Lastwinkel Lastverteilung Steifigkeit von Wälzlagern Kinematik von Wälzlagern Kinematik des idealen Wälzlagers Anzahl Überrollungen Umfangsgeschwindigkeit und Drehzahl des Käfigs Dynamik feststoffgeschmierter Wälzlager Änderung der Wälzkörper-Wirkdurchmesser in der Lastzone Änderung der Kugelorbitalgeschwindigkeit in der Lastzone Kugel-Käfig-Dynamik Modellierung und Simulation der Kugel-Käfig-Dynamik Reibenergiemodell für den Kugel-Käfig-Kontakt Umgesetzte Reibenergie im Kugel-Käfig-Kontakt Reibenergieansatz Kontaktkräfte und Kugelposition Thermodynamik feststoffgeschmierter Wälzlager Verformungen beim Einbau des Lagers Wärmedehnungen im Lager Veränderungen der radialen Lagerluft Zusammenfassung 186 Literatur Theorie der Gebrauchsdauer feststoffgeschmierter Wälzlager Begründung des Reibenergiemodells als Grundlage einer Gebrauchsdauerprognose Berechnung der Reibenergiebeanspruchung Berechnung der Reibenergie für beschichtete Ringe 192

5 X Inhalt Berechnung der Reibenergie für beschichtete Wälzkörper Berechnung der Summenreibenergie Berechnung des nutzbaren Schmierstoffvolumens Nutzbares Schmierstofrvolumen bei beschichteten Umlaufkugeln mit Kugeldrehachsenänderung Nutzbares Schmierstoffvolumen bei beschichteten Umlaufkugeln ohne Kugeldrehachsenänderung Nutzbares Schmierstoffvolumen bei beschichteten Antriebs und Gegenkörpern und unbeschichteten Umlaufkugeln ohne Kugeldrehachsenänderung Nutzbares Schmierstoffvolumen bei beschichteten Antriebs und Gegenkörpern und unbeschichteten Umlaufkugeln mit Kugeldrehachsenänderung Erkenntnisse zum nutzbaren Schmierstoffvolumen Berechnung des nutzbaren Schmierstoffvolumens bei Transferschmierung Ermittlung des Reibenergie-Verschleiß-Faktors Berechnung der Gebrauchsdauer Evaluation des Gebrauchsdauermodells Evaluation des Gebrauchsdauermodells durch Variation der Geometrie der Antriebskugel Evaluation des Gebrauchsdauermodells für die Ausgangskonfiguration Evaluation des Gebrauchsdauermodells für eine Alternativkonfiguration Evaluation des Gebrauchsdauermodells für eine andere Baugröße Einführung eines temperaturabhängigen Reibenergie-Verschleiß-Faktors Zusammenfassung 216 Literatur LebensdauerprüfVerfahren für feststoffgeschmierte Wälzlager Lagerversuche und Prüfstände Prinzip einer Lagerprüfung im Vier-Lager-Prüfstand Aufbau eines Vier-Lager-Prüfstands ' Messdatenerfassung und Regelung Vierlagerprüfstände 6001 und Vorbereitung und Inbetriebnahme des Vier-Lager-Prüfstands Inbetriebnahme des Prüfstands und Versuchsdurchführung Indikatoren für Erreichen der Lebensdauer Summenreibmoment Temperaturentwicklung im Lager Vibrationen und Geräuschentwicklung 228

6 Inhalt XI 8.3 Lagerschäden Lagerschäden mit regulärer Schädigung Lagerschäden mit irregulärer Schädigung Käfigschäden Tribologische Schadensanalyse der Versuchslager Zusammenfassung 239 Literatur Lebensdauerauslegung und Gebrauchsdauer-bestimmung für feststoffgeschmierte Wälzlager Hinweise für Anwender zur Lebensdauerauslegung für feststoffgeschmierte Wälzlager generell Klären der Aufgabe und Ermitteln der Anforderungen Ermittlung aussichtsreicher Lagerungs und Schmierungskonzepte Gebrauchsdauerprognose für Wälzlager mit MoS2-Schmierung Argumentationslinie des Gebrauchsdauermodells Gültigkeitsbereich der Gebrauchsdauerprognose Anleitung zur Auslegung MoS2 geschmierter Wälzlager Hinweise für Lagerhersteller zur Optimierung der Wälzlagergeometrie im Hinblick auf ihren Einsatz mit Festschmierstoffen Zusammenfassung 257 Sachverzeichnis 259

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