Werkstoffe und Fertigung I

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Ewald Schulze
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1 Werkstoffe und Fertigung I Werkstoffwahl: Wälzlager Prof. Dr. K. Wegener 1/10

2 Einleitung Wälzlager gehören zu den wichtigsten Maschinenbauteilen überhaupt 2/10

3 Einleitung Wälzlager gehören zu den wichtigsten Maschinenbauteilen überhaupt Lager stützen Achsen und nehmen Kräfte auf (axial und radial) 2/10

4 Einleitung Wälzlager gehören zu den wichtigsten Maschinenbauteilen überhaupt Lager stützen Achsen und nehmen Kräfte auf (axial und radial) Anforderungen: Verschleiss- und Pittingbeständigkeit 2/10

5 Einleitung Wälzlager gehören zu den wichtigsten Maschinenbauteilen überhaupt Lager stützen Achsen und nehmen Kräfte auf (axial und radial) Anforderungen: Verschleiss- und Pittingbeständigkeit Am häufigsten werden Gleit- und Wälzlager verwendet 2/10

6 Einleitung Wälzlager gehören zu den wichtigsten Maschinenbauteilen überhaupt Lager stützen Achsen und nehmen Kräfte auf (axial und radial) Anforderungen: Verschleiss- und Pittingbeständigkeit Am häufigsten werden Gleit- und Wälzlager verwendet Sehr oft sind Lager schwierig auszubauen und zu warten 2/10

7 Stahllager Die meisten Wälzlager werden aus Stahl hergestellt 3/10

8 Stahllager Die meisten Wälzlager werden aus Stahl hergestellt Das Material ist trotz seiner guten Eigenschaften verhältnismässig günstig 3/10

9 Stahllager Die meisten Wälzlager werden aus Stahl hergestellt Das Material ist trotz seiner guten Eigenschaften verhältnismässig günstig Der typische Wälzlagerstahl ist auf Grund seiner hohen Härte bei Raumtemperatur und des reinen Gefüges: 100 Cr6 mit 1 % und 1.5 % Cr 3/10

10 Einschränkungen Stahllager Betriebstemperatur und Drehzahl durch die Materialeigenschaften beschränkt 4/10

11 Einschränkungen Stahllager Betriebstemperatur und Drehzahl durch die Materialeigenschaften beschränkt Auslegungsrelevante Aspekte: Lägerkräfte, Drehzahl, Umgebungstemperatur und Umgebung selbst (Luft, Salzwasser etc.) 4/10

12 Einschränkungen Stahllager Betriebstemperatur und Drehzahl durch die Materialeigenschaften beschränkt Auslegungsrelevante Aspekte: Lägerkräfte, Drehzahl, Umgebungstemperatur und Umgebung selbst (Luft, Salzwasser etc.) Stahl rostet und ist z.b. im Salzwasser oder bei hohen Temperaturen besonders anfällig 4/10

Einschränkungen Stahllager Betriebstemperatur und Drehzahl durch die Materialeigenschaften beschränkt Auslegungsrelevante Aspekte: Lägerkräfte, Drehzahl, Umgebungstemperatur

13 Einschränkungen Stahllager Betriebstemperatur und Drehzahl durch die Materialeigenschaften beschränkt Auslegungsrelevante Aspekte: Lägerkräfte, Drehzahl, Umgebungstemperatur und Umgebung selbst (Luft, Salzwasser etc.) Stahl rostet und ist z.b. im Salzwasser oder bei hohen Temperaturen besonders anfällig Schmierung reduziert Verschleiss und Reibung 4/10

14 Case study: Hochgeschwindigkeitsmotor Welle in einem Hochgeschwindigkeitsmotor Anforderungen an das System: 5/10

Case study: Hochgeschwindigkeitsmotor Welle in einem Hochgeschwindigkeitsmotor Anforderungen an das System: Es sollen hohe Drehzahlen ermöglicht werden 50 000 rpm

15 Case study: Hochgeschwindigkeitsmotor Welle in einem Hochgeschwindigkeitsmotor Anforderungen an das System: Es sollen hohe Drehzahlen ermöglicht werden rpm Schmierung ist im laufenden Betrieb nicht möglich Durch die hohen Geschwindigkeiten werden Temperaturen von mehreren 100 C erreicht Welle soll elektrisch isoliert werden 5/10

16 Lösung: Keramiklager Keramik erfüllt alle unsere Anforderungen, und sogar noch mehr 6/10

Isolator Schmiermittelfreier Einsatz möglich

1000 C Hochgeschwindigkeitsanwendung ohne Einlaufen

17 Lösung: Keramiklager Keramik erfüllt alle unsere Anforderungen, und sogar noch mehr Elektrischer Isolator Schmiermittelfreier Einsatz möglich Wärmeunempfindlich Betriebstemperatur von 253 C bis 1000 C Hochgeschwindigkeitsanwendung ohne Einlaufen Nicht magnetisch Lebensmittelecht Gewichtseinsparung von bis zu 60% 6/10

18 Nachteile: Keramiklager 7/10

19 Nachteile: Keramiklager Preisvergleich: Eine Keramikkugel kostet gleich viel wie ein Standartlager aus Stahl Grösse: Im Moment können Keramiklager nur in der Grössenordnung von einigen 100 mm produziert werden Im Gegensatz dazu könen Stahlkugellager Aussendurchmesser von mehreren Metern haben Schlechtere Dämpfung 7/10

20 Hybridlager 8/10

21 Hybridlager Nun wird ein grösseres Kugellager benötigt, welches die Eigenschaften eines Keramiklagers hat, jedoch nicht zu teuer sein darf 8/10

Hybridlager Nun wird ein grösseres Kugellager benötigt, welches die Eigenschaften eines Keramiklagers hat, jedoch nicht zu teuer sein darf Lösung:

22 Hybridlager Nun wird ein grösseres Kugellager benötigt, welches die Eigenschaften eines Keramiklagers hat, jedoch nicht zu teuer sein darf Lösung: Hybridlager mit Kugeln aus Keramik und Ringen aus Stahl Die schnell bewegliche Masse (Kugeln) ist leicht und die Präzessionskräfte sind dadurch geringer 8/10

23 Referenzen [ ] [ ] product html [ ] waelzlager/keramiklager [ ] [ ] &fk=0&op=1&type=article#1 [ ] [ ] 9/10

24 Beispiel Video a_m 10/10

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