Berechnung von stationär belasteten Flansch-, Mittenflansch- und Gehäuselagern

Bedienungsanleitung für die Berechnung im Internet

Inhaltsverzeichnis

  1. Allgemeine Informationen und Haftungsausschluß
  2. Eingabe alphanumerischer und numerischer Werte in Datenfelder
  3. Allgemeine Informationen zu den Randbedingungen in der Berechnung und Berechnungs-Meldungen
  4. Empfehlungen zur Lagerauslegung und Grenzwerte für die Betriebsbedingungen
  5. Beispielrechnung
  6. Zusatzinformationen zu den Lager-Spezifikationen und mögliche Fehler in Berechnungen


1. Allgemeine Informationen und Haftungsausschluss

Das Prolia Programm berechnet Lagerkennwerte auf Basis der DIN 31652.

Die Berechnungen basieren auf einem Näherungsverfahren. Dieses Verfahren setzt laminare Strömung im Schmierfilm voraus. Bei Erreichen oder Überschreiten der kritischen Reynoldszahl können die Ergebnisse nur begrenzt verwendet werden.

N.B.: Eine Gleitlager-Berechnung enthält keinen Hinweis auf die Betriebssicherheit des berechneten Gleitlagers oder der Anlage.

Durch die Berechnung eines Lagers und deren Darstellung der Ergebnisse gibt ZOLLERN keine Empfehlung für eine Konstruktion, Lagergröße oder Anwendung ab.

Ohne ausdrückliche und schriftliche Zustimmung gibt ZOLLERN keine Eignungserklärung ab. Weder für die Konstruktionsausführung des Anwenders noch für die Zugrundelegung der Berechnungsergebnisse als Konstruktionsgrundlage.

Eine durchgeführte Gleitlager-Berechnung mittels Internet-Version kann nicht eine detaillierte Bewertung der Konstruktion, der Ausführung oder der tribologischen Parameter durch die Erfahrung des Anwenders oder Kunden oder der Bewertung der Betriebsbedingungen zusammen mit den Lagerkennwerten und Schmiermitteldaten durch die technische Abteilung der Fa. ZOLLERN ersetzen.

Die Gleitlager-Berechnung im Internet sollte ausschließlich als erste Einschätzung bzw. Hinweis auf die Ausführung oder Größe des Gleitlagers bzw. des Ölaggregates dienen.

⇒ Die Berechnung via Internet sollte nicht ohne weitere Prüfung gemäß des sonst üblichen Ablaufes zur Festlegung der Ausführungen des Gleitlagers, der Welle, des Ölaggregates oder der Schmiermittelmenge ohne die eigene Verantwortung des Anwenders oder Kunden bzw. die Bewertungshinweise der Fa. ZOLLERN oder anderer sonst konsultierter, kompetenter Institutionen benutzt werden.

 

2. Eingabe alphanumerischer und numerischer Werte in Datenfelder

Nach dem Starten des Programms erscheint folgendes Fenster:

Um die Betriebsbedingungen vorzugeben, muß zunächst das dritte Feld bzw. der dritte Kreis in der linken Eingabesäule selektiert werden: „Berechnung verschiedener Gehäuselager“. Anschließend das Feld „ok“ anklicken.

Ein weiteres Fenster öffnet sich, in welches die Lagerbenennung des zu berechnenden Gleitlagers eingegeben wird. Die Benennung wird gemäß der ZOLLERN Broschüre „Gleitlagertechnik – Gehäusegleitlager“ vorgenommen. Z.B. stellt ZFZLQ 22-225 ein verripptes Seitenflanschlager dar mit Umlaufölschmierung incl. Externer Kühlung mit kreiszylindrischer Bohrung und losem Schmierring ohne Axialteil.

Dabei ist es unerheblich, ob Groß- oder Kleinbuchstaben verwendet warden (ZFZLQ oder zfzlq).

Wenn die Eingabe richtig ist, durch Selektieren des “ok”-Feldes bestätigen. Anderenfalls kann das Programm mithilfe des „Abbruch“-Feldes gestoppt werden.

Allgemeine Bemerkung zur Eingabe der numerischen Werten in die Datenfelder

Sämtliche Datenfelder können entweder mit ganzen Zahlen oder Dezimalbrüchen gefüllt werden. Dabei müssen Dezimalbrüche durch Punkt (nicht durch Komma) dargestellt werden.

Die Datenfelder sollten möglichst nacheinander d.h. Zeile für Zeile gefüllt werden. Anderenfalls könnte das Programm abgebrochen werden.

Im folgenden Fenster müssen mindestens die Felder „Belastung des Radiallagers“ in N und „Drehzahl der Welle“ in 1/min belegt ausgefüllt werden.

Zusätzlich kann der Winkel zwischen der positiven X-Achse und der nächsten Fläche sowie die Dreh- und Lastrichtung in Polar-Koordinaten eingegeben werden.

Diese Felder sind voreingestellt.

Das Koordinatensystem basiert auf der Festlegung, dass die positive x-Achse in die 3-Uhr-Position zeigt.

Der  90°-Wert bedeutet, daß die Gleitflächenzentren auf die 12-Uhr-Position und die 6-Uhr- Position zeigen, welches den Normalfall darstellt.

Die Dreh- und Lastrichtung in Polarkoordinaten ist auf 270° voreingestellt. Diese bedeutet, dass die Lastrichtung in die 6-Uhr-Position zeigt.

Anschließend wird das „ok“ Feld selektiert.

N.B.:Beim Eingeben des Datenfeldes “Drehzahl der Welle” sollte beachtet werden, daß für die Berechnung der verschiedenen Last- und Drehzahlfälle einer Lagergröße die höchste Drehzahl, welche über einen längeren Zeitraum auftritt (z.B. länger als ein paar Minuten im Falle einer Überdrehzahl), zuerst berechnet wird.

Anschließend werden mit demselben Lagerspiel die übrigen Last- und Drehzahlfälle berechnet.

Hintergrund dafür ist, dass im folgenden Fenster als erstes Datenfeld das „diametrale Lagerspiel“ erscheint.

Nach dem Anklicken des “ok” Feldes öffnet sich das folgende Fenster:

Im nächsten Datenfeld wird die “nominelle Viskosität des Öles” eingegeben. Es kann der Vorschlag des Iso VG 32 übernommen werden oder aber z.B. höherviskose Öle wie IsoVG 46 oder IsoVG 68 oder andere gemäß Vorschlagsliste übernommen werden.

Das nachfolgende Datenfeld “vorgegebener Ölstrom” sollte dann ausgefüllt werden, wenn ein fester Gesamtölstrom von vornherein vorgesehen ist. Wird kein Ölstrom angegeben, wird der Ölstrom auf Grundlage des Mindest-Seitenflusses des Lagers sowie der zulässigen Ölerwärmung ermittelt.

Die „zulässige mittlere Ölerwärmung im Lager“ hat direkten Einfluß auf den Ölvolumenstrom. Man kann z.B. mit Hilfe der Erhöhung auf 20°C oder sogar 25°C den Ölvolumenstrom verringern bis zum Mindestölstrom.

⇒ Jedoch ist dieses Vorgehen nicht immer zu empfehlen, da auch die Maximaltemperatur damit steigt und evtl. die zulässige Maximaltemperatur überstreitet.

Das Feld „Öldruck in den Taschen des Radiallagers“ kann übernommen oder auch ein vorgesehener Überdruck eingegeben werden z.B. 1.5 bar.

Der Vorschlag für das Datenfeld „Öltemperatur vor dem Lager“ beträgt 50°C. Diese Angabe bezieht sich auf die Temperatur in den Ölkanälen und Ölnuten bzw. Schmiertaschen. Es können auch andere Werte z.B. 40°C oder gar 55°C eingegeben werden.

⇒ Eine Erhöhung der Öleintrittstemperatur auf weit über 50°C ist nicht zu empfehlen und sollte immer mit einer Prüfung der Maximaltemperatur und der Höhe des minimalen Schmierspaltes einhergehen.

Anschließend wird das Feld “ok” selektiert, sodaß das sich das nächste Fenster öffnet.

Es gibt nun die Möglichkeit, die vorgeschlagenen bzw. eingetragenen Parameter zu ändern, indem man auf den weißen Kreis in der linken Spalte klickt und das Feld „ändern“ selektiert.

Es gibt auch die Möglichkeit, ein anderes Lager zu wählen oder zum 1. Menüfenster zurückzukehren, wenn das nötig sein sollte.

Durch Anklicken des Feldes “berechnen” startet der Berechnungsprozeß. Es werden während der Berechnung einzelne Zeilen und Spalten sichtbar. Dieses zeigt, dass das Programm läuft und die Betriebsparameter mittels Iterationen berechnet werden.

Nach Abschluß einer Berechnung erscheint in der Regel ein Fenster mit den Ergebnissen gemäß folgendem Beispiel:

Hier kann man nun entscheiden, ob ein Ausdruck (mit oder ohne Einzelwerte) in detaillierter oder kompakter Form („Kompaktausdruck ohne Einzelwerte“) gestartet oder zurückgekehrt werden soll zum Eingabefenster. Die detaillierte Form enthält mehr berechnete Parameter als der Kompaktausdruck.

Beim Selektieren des Feldes „Eingaben“ kehrt das Programm zurück damit Datenfelder geändert werden und eine neue Berechnung gestartet werden kann.

Nachdem eines der Ausdruck-Felder gewählt worden ist, öffnet sich noch einmal ein weiteres Fenster. Hier sollte das Feld „ohne Adresse“ angeklickt werden.

Danach sollte sich eine Auswahl an verfügbaren Druckern anzeigen. Es kann dann z.B. ein PDF-Dokument erzeugt werden.

Hinweis:

Wenn es nicht möglich sein sollte, einen Ausdruck zu erzeugen, kann evtl. über einen sog. screen shot (Bildschirm-Kopie) und anschließendes Kopieren z.B. in ein Microsoft© Office Programm noch ein Ausdruck erreicht werden.

 

3. Allgemeine Informationen zu den Randbedingungen in der Berechnung und Berechnungs-Meldungen

Das Berechnungs-Programm basiert auf DIN-Tabellenwerten. Erfahrungswerte und Rückmeldungen aus realen Anwendungen sind jedoch berücksichtigt worden.

Während des Berechnungsvorgangs werden einzelne Berechnungswerte sichtbar.

Diese resultieren auf Iterationsschleifen und zeigen den ordnungsgemäßen Durchlauf des Programmes an.

In einigen Fällen wird das Programm nicht konvergieren d.h. das Programm bricht ab oder weist eine verhältnismäßig lange Rechenzeit auf (< 1 min). Dann sollte das Programm noch einmal gestartet werden. Soweit der gleiche Effekt wiederholt auftritt, kann versucht werden, ein anderes Lager (oder Lagertyp), eine andere Lagergröße oder andere Betriebsparameter  zu wählen.

Soweit diese Maßnahme nicht zum Ziel führt, sollte die technische Abteilung von ZOLLERN kontaktiert werden.

Wichtiger Hinweis: Die durch das Programm ermittelten mittleren Pressungen (Drücke) für Axiallager (z.B. A, K oder D Lagertypen) liegen etwas höher als die von anderen Gleitlager-Programmen ermittelten. Das liegt darin begründet, dass sonst nur die nominell einseitig wirkende Last berücksichtigt wird während PROLIA auch den sich einstellenden rückwirkenden Druck vom nominell unbelasteten Teil in die Rechnung einbezieht. Dieses Prinzip ist ähnlich einem hydrostatischen Lager, in welchem sich auf der Gegenseite des belasteten Teils ein geringerer Gegendruck (Gegenlast) aufbaut.

 

4. Empfehlungen zur Lagerauslegung und Grenzwerte für die Betriebsbedingungen

Betriebsgrenzen von Gleitlagern sind u.a. abhängig von spezifischer Flächenlast im radialen und axialen Teil.

Als ersten Richtwert für die maximale Belastbarkeit kann eine mittlere Fächenpressung von 2,5 MPa für K oder D Lagertypen und 4 MPa für die A Gleitlagertypen angenommen werden.

Für den Radialteil sollte eine Last von ca. 2,5 MPa nicht überschritten werden, wenn eine hydrostatische Anhebung während der Startphase nicht vorgesehen ist.

Sobald eine hydrostatische Anhebung vorgesehen wird, kann dieser Wert auf 4 MPa angehoben werden. Als ersten Hinweis auf die in Frage kommende Lagergröße auf Grundlage der Radiallast kann nachfolgende Tabelle genutzt werden.

⇒ Im Falle einer Lastrichtung, die nach oben zeigt, d.h. in Richtung + 90° Richtung (= 12 Uhr Richtung für Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn) sollte geprüft werden, ob eine Ausführung ohne Schmierring Vorteile schafft (Lagertypen Z...C...).

Wenden Sie sich in diesem Fall an die technische Abteilung der Fa. ZOLLERN:

Als ersten Hinweis auf die in Frage kommende Lagergröße auf Grundlage der Axiallast kann folgende Tabelle benutzt werden.

 

Für andere Lagergrößen und Empfehlungen wenden Sie sich bitte an die technische Abteilung der Fa. ZOLLERN.

Eine Randbedingung zur Festlegung der Betriebsgrenzen stellt die Wellen-Umfangsgeschwindigkeit dar. Eine sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit führt zu hoher Fluidreibung bzw. zur Erhöhung der Scherkräfte zwischen Welle und Schmierfilm sowie innerhalb des Schmierfilms. Das wiederum ruft eine Steigerung der Schmierfilmtemperatur und (durch die Wärmeübertragung) auch der Gleitoberflächen und somit des gesamten Lagers hervor. Die Viskosität des Schmiermittels sinkt ebenso wie die Tragfähigkeit und die minimale Schmierspaltweite verringert sich. Damit diese Spaltweite nicht zu gering wird, sollten zylindrisch ausgeführte Radiallager nicht über 30 m/s Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden – abhängig von der Last und dem Schmiermittelvolumen auch höher.

Die zulässigen Lagertemperaturen sind abhängig von mehreren Betriebsbedingungen wie Lagerlast, Art des Temperaturfühlers, Andauer der Betriebsbedingung (z.B. Nenndrehzahl, Überdrehzahl, Durchgangsdrehzahl etc.).

Für meisten relevanten Einsatzfälle empfiehlt ZOLLERN zulässige, gemessene Lagertemperaturen wie folgt:

1.      Temperaturmessung mit einfachen Thermofühlern im Ölablauf:

                        tmax. = 80°C

2.      Temperaturmessung mit einfachen Thermofühlern in der Lagerschale (belastete Zone):

                        tmax = 90°C

3.      Temperaturmessung mit qualitative guten Thermofühlern, die genau eingebaut sind und metallischen Kontakt mt der Lagerschale (belastete Zone) haben:

                        tmax = 110°C

4.      Präzise Temperaturmessung mit Widerstandsthermometern oder Thermoelementen in ungefähr 1 bis 3 mm Abstand von der Bindezone (Stahl/Lagermetall) im Gebiet des Temperaturmaximums:

                        tmax = 125°C

Durch eine exakte Abstimmung von Lagermetall und Ölsorte können ggf. auch Temperaturen über 125°C zulässig sein.

Diese Empfehlung folgt u.a. der DIN 31652 Teil 3, in der ein Temperaturmaximum bis zu 130°C angegeben ist.

Auswahl der Bohrungsform für Radiallager:

Kreiszylindrische Lagerschalen werden u.a. für E-Maschinen, Gebläse oder Wasserturbinen eingesetzt. Für Dampfturbinen und im Generatorenbau werden auch Zweikeil-(Zitronen-)lager oder aus rotordynamischen Gründen sogar 4-Keillager eingesetzt.

Generell können die 2-Keil und 4-Keillager gemäß der folgenden Tabelle eingesetzt werden. Jeweils abhängig von anderen Betriebs- oder Randbedingungen wie Last oder Schmiermittelviskosität.

Eine Übersicht zur Zuordnung von Umfangsgeschwindigkeit, spez. Flächenpressung und Bohrungsform bietet die folgende Tabelle:

Auswahl der Ölsorte:

Für die Wahl der zu verwendenden Ölsorte kann folgende Tabelle als Richtlinie verwendet werden:

Hinweis:

Falls Betriebsparameter wie Verlustleistung oder andere Betriebsbedingungen nicht zufriedenstellend sind oder Grenzwerte überschritten werden, können evtl. durch die Wahl einer anderen Ölsorte oder Lagergröße günstigere Ergebnisse erzielt werden.

Im Falle des Über- oder Unterschreitens von Betriebsgrenzen (Grenzwerten) wie minimale Spaltweite oder Lagertemperatur werden am Ende des Berechnungs-Ausdrucks ein oder mehrere Hinweise sichtbar. In diesen Fällen kann die Wahl eines anderen Lagertyps oder Lagergröße die richtige Entscheidung sein. In der Regel wird dies bei zu hoher Lagerlast ein größeres Lager sein (bei sehr hoher Drehzahl kann sogar auch die Reduzierung des Lagerdurchmessers eine Herabsetzung der Lagertemperatur zur Folge haben).

Ölvolumenstrom und kleinste zulässige Schmierfilmdicke:

Eine Maßnahme zur Senkung des Ölvolumenstroms kann u.a. sein,  die zulässige Ölerwärmung zwischen Ölaustritt- und Öleintrittstemperatur zu erhöhen. Z.B. von 15°C auf 20°C.

Zum Vergleich der minimalen Schmierfilmdicke mit der gerade noch zulässigen Schmierfilmdicke kann folgende Tabelle entsprechend der DIN 31699 zugrunde gelegt werden.

Natürliche (Luft-) Kühlung und Eigenschmierung:

Bei der Eigenschmierung wird die Ölversorgung durch den Einsatz von Los- oder Festschmierringen gewährleistet. Los-Schmierringe sind bis 20 m/s Umfangsgeschwindigkeit der Welle, Fest-Schmierringe bis 17,5 m/s Umfangsgeschwindigkeit am Ringaußendurchmesser einsetzbar.

In Lagern mit Ölumlaufschmierung können Los-Schmierringe mit bis zu 26 m/s Umfangsgeschwindigkeit am Ringaußendurchmesser eingesetzt warden.

N.B.: Höher belastete Axialteile sollten mit einem separatem Ölzuführungssystem versorgt werden.

 

5. Beispiel

Ein Ausdruck sollte das folgende Erscheinungsbild haben:

6. Zusatzinformationen zu den Lager-Spezifikationen und mögliche Fehler in Berechnungen

N.B.: ZOLLERN steht es frei, Änderungen oder Neuerungen innerhalb des Programms – welches im Internet (z.B. durch Citrix-Zugang) verfügbar ist - oder Versionsänderungen vorzunehmen, ohne die Anwender (z.B. Kunden der Fa. ZOLLERN) und überhaupt jeglichen Benutzer darüber zu informieren.

⇒ Verschiedene Programmversionen können zu etwas unterschiedlichen Ausgabewerten oder Betriebsbedingungen wie z.B. Ölmenge, Verlustleistung, Temperaturwerte oder andere zu berechnende Parameter führen.

Das Programm liefert nicht für alle in den Katalogen oder Broschüren aufgeführten Lagergrößen und Lagertypen Lösungen. Dieses gilt ebenso für einzelne (technische) Angebote der Fa. ZOLLERN auf etwaige Anfragen von Kunden oder anderen Auftraggebern.

Z.B. ist der Lagertyp ZRZLD 22-300 nicht im Datensatz des Programms vorgesehen und kann somit auch nicht berechnet werden.

Speziell die Lagergröße ZRZLA 22-280 berechnet eine niedrigere spezifische Pressung als in praxi vorkommend.

N.B.: Die Angabe der Schmiermittelmenge setzt in vielen kombinierten Fällen (Lager besteht aus Radial- und Axialteil) voraus, daß ein Teil des Ölstroms zum Axialteil gelangt nachdem dieser bereits den Radialteil passiert hat.

Daher ist dieser Anteil des Ölstroms bereits in der Gesamtölmenge enthalten. Beide Ölmengenanteile können somit nicht mathematisch aufaddiert werden zu der Gesamtölmenge!

Ihr Ansprechpartner

Thilo Koch

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Tel.: +49 (0)5522 3127 50