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Einfluss von Schmierfetten auf das Wälzlagergeräusch
Archiv | 29.03.2011 | Geräusch ist eine wichtige Kenngröße bei der Bewertung der Qualität eines Schmierfettes. Da Schmierung für die Gebrauchsdauer, aber auch für das Geräuschverhalten von Wälzlagern so entscheidend ist, sieht SKF in der Entwicklung von Prüfgeräten für die Geräuschmessung von Fetten eine wichtige Aufgabe. Die letzte Neuentwicklung auf dem Markt ist die SKF Fettprüfmaschine BeQuiet+ mit erweiterten Analysefunktionen.
Die Entwicklungen bei SKF auf dem Gebiet von
Geräuschprüfmachinen für Fette basieren auf dem Kundenwunsch nach
verlängerter Lagergebrauchsdauer und geräuscharmem Verhalten. Die
Überprüfung, ob der verlangte Reinheitsgrad und die Schmierbedingungen
erfüllt werden, erfordert ein hoch entwickeltes Prüfsystem. Die SKF
Fettprüfmaschine BeQuiet+ ermöglicht die Bewertung der
Schmierstoffqualität in Hinblick auf Sauberkeit und
Dämpfungseigenschaften.
Im Lauf der Jahre hat SKF zur Vertiefung des
Verständnisses der Schmierungstheorie eine Vielzahl von
Fettprüfmaschinen entwickelt. Hierdurch wurde die Marktstellung von SKF
nicht nur als führender Lagerhersteller, sondern auch als ein
Hauptfettlieferant bestätigt. Das SKF Quality Technology Centre in
Steyr/Österreich ist verantwortlich für die Entwicklung, Herstellung und
den Verkauf von Fettprüfmaschinen. Die Entwicklung wurde in enger
Zusammenarbeit mit SKF ERC, dem SKF Forschungszentrum in den
Niederlanden, durchgeführt.
SKF ist der Marktführer in der Fettprüftechnologie. Die
Technik wurde viele Jahre durch Forschung auf tribologischem Gebiet
erweitert und seit Jahren erfolgreich von SKF in der Industrie
umgesetzt. Der SKF Fettgeräuschtester BeQuiet+ war so erfolgreich, dass
er zum Standard für Fettgeräuschtests in der Schmierungsindustrie wurde.
In der Schmierstoffindustrie wird die SKF
Fettprüfmaschine BeQuiet bei der Entwicklung von neuen Fetten und für
die Fertigungskontrolle eingesetzt. Aber auch Lagerhersteller können die
Prüfmaschine als ein Werkzeug bei der Auswahl des bestgeeigneten
Schmierstoffs auf dem Markt verwenden. Eine Vielzahl von Industriekunden
setzt die Maschine auch für die Eingangskontrolle von Schmierfetten
ein.
Bedeutung von Schmierstoffen mit hohem Reinheitsgrad
Die
SKF Lebensdauertheorie für Lager hebt die Verwendung reiner
Schmierstoffe für Wälzlager als essenziell für eine lange
Lagergebrauchsdauer hervor. Im Fall von Fettschmierung können viele
Faktoren den Reinheitsgrad während des Betriebs beeinflussen. Für die
Erstbefettung sowie zum Nachschmieren wird aber grundsätzlich ein reines
Fett benötigt. Auch in Anwendungen, wo die Ermüdungslebensdauer nicht
auf dem Spiel steht (z.B. bei sehr geringer Belastung), kann der Bedarf
an reinen Fetten extrem wichtig sein, beispielsweise als Beitrag zu
geringem Lagergeräusch, das für Anwendungen wie Elektromotoren,
Ventilatoren usw. erforderlich ist.
Von Lagern in Automobilgetrieben wird erwartet, dass sie
so lange halten wie das Fahrzeug selbst. Solche Lager enthalten im
Getriebeöl oft Fremdstoffe, die vom Abrieb der Zahnräder stammen. Dies
hat einen negativen Einfluss auf die Lager. Werden die Partikel
überrollt, beschädigen sie die Laufbahn. Sie erzeugen Eindrücke, sog.
„Dents" und erhöhen das Spannungsniveau an den Rändern. Hierdurch wird
ein Alterungsprozess begünstigt, der zu Oberflächenzerrüttung führt.
Dies wiederum führt zu Geräuschzunahme und schließlich zu Lagerermüdung.
Wie Geräusch erzeugt wird
Der Schmierfilm,
der die Gegenflächen im Wälzkontakt trennt, ist sehr dünn
(üblicherweise unter einem Mikrometer). Damit kann jeder Partikel, der
größer als die Filmdicke ist, den ruhigen Lauf stören. Die Erfahrung hat deutlich gemacht, dass das Überrollen
von Partikeln in vier Qualitätsklassen unterteilt werden kann:
verschmutzt, geräuschvoll, sauber und leise. Diese Einteilung kann wie
folgt definiert werden:
- Verschmutzt
Die Härte und Größe der
Partikel führt bei Überrollung zu permanenter Schädigung der
Berührungsflächen. Dies führt zu einer Zunahme des Gesamtgeräusches und
verringert die Gebrauchsdauer des Lagers.
- Geräuschvoll
Die Härte und Größe der
überrollten Partikel kann die Berührungsflächen des Lagers beschädigen,
was zu einem spürbaren Anstieg im Gesamtgeräusch führt. Jedoch nicht zu
einem Grad, bei dem die Gebrauchsdauer des Lagers beeinträchtigt wird.
- Sauber
Die Härte und Größe der überrollten
Partikel erzeugt spürbare Schwingungsspitzen, aber es besteht kein
permanenter Schaden an den Lagerberührungsflächen.
- Leise
Der höchste Reinheitsgrad dank einer minimalen Anzahl an Partikeln, die Schwingungsspitzen erzeugen.
Schmierstoffe der Klasse „verschmutzt" kommen im
Anlieferungszustand selten vor, aber aufgrund der Anwendungssituation
könnte dieser Zustand vorkommen.
Es gibt einige Fette auf dem Markt, die aufgrund des
Verdickertyps oder der Einlagerung fester Additive in die Klasse
„geräuschvoll" fallen. Typische Beispiele sind Calcium-Komplex-Fette,
die große Partikel Calciumsalze enthalten, die kleine permanente
Eindrücke hinterlassen.
Die Mehrzahl der heutigen Fette fällt in die Klasse
„sauber" Typische Beispiele sind Polyharnstofffette, wo große
Agglomerate von Verdicker vorhanden sein können. Diese Fette können
starke Schwingungsspitzen verursachen. Da die Härte dieser Partikel
jedoch gering ist, werden beim Überrollen keine erkennbaren Eindrücke
hinterlassen.
Nur wenige Fette können als „leise" klassifiziert
werden. Typische Beispiele sind Lithiumseifenfette, die in sauberer
Umgebung hergestellt werden. Dabei wird eine feine Seifenstruktur
erzeugt und unzulässige Partikel herausgefiltert.
Die Aufgabe der neuen SKF Fettprüfmaschine BeQuiet+ ist
die Bestimmung der Fettqualität in diesen Niveaus zur Entwicklung,
Verbesserung oder Identifizierung leiser Fette. Der Vergleich der
Dämpfungseigenschaften an verschiedenen Schmierstoffen sollte an ein und
demselben Lager vorgenommen werden, das in identischer Weise montiert
wird. Wenn alle diese Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, kann die
Auswahl des Schmierstoffes mit optimalen Dämpfungseigenschaften
erfolgreich durchgeführt werden.
Es wurde festgestellt, dass viele Faktoren innerhalb des
Schmierstoffs zur Dämpfung beitragen. Bei Ölen sind die wichtigsten
Faktoren die Viskosität, der Grundöltyp und der verwendete Additivtyp.
Ein deutlicher Trend zu besserer Dämpfung bei zunehmender Ölviskosität
kann oft beobachtet werden.
Bei Fetten kann die Dämpfungscharakteristik sehr unregelmäßig sein,
wahrscheinlich auch, weil der Verdickertyp und seine Mikrostruktur eine
Rolle spielen. Darüber hinaus können Additive, die die Benetzbarkeit mit
starkem Oberflächenangriff beeinflussen, dominieren.
Die SKF Fettprüfmaschine BeQuiet+ erlaubt den
Fettherstellern, Schmierstoffe mit höchsten Dämpfungseigenschaften zu
entwickeln. Er kann aber auch die Lagerhersteller bei der A uswahl von
Fett mit höchsten Dämpfungseigenschaften unterstützen.
Messverfahren
Das Messverfahren der SKF Fettprüfmaschine BeQuiet+ wurde in internationalen Normen wie dem ISO Standard 15242 und ANSI/ABMA Standard 13-1987 festgelegt.
Diese Standards definieren geeignete Frequenzbänder und
andere Randbedingungen für die Beurteilung der Geräuschqualität der
Fette. Der Innenring des Lagers dreht mit 1.800 U/min; ein
Geschwindigkeitssensor am (nicht-drehenden) Außenring misst die radiale
Schwingbewegung des Außenrings.
Die Software filtert aus dem gemessenen
Schwingungssignal drei Frequenzbereiche aus (niedrig, mittel und hoch).
Die Erfahrung hat gezeigt, dass der niedrige Bereich im Wesentlichen nur
Formfehler vom Lager selbst erfasst. Aus diesem Grund werden nur der
mittlere und der hohe Bandbereich für die Auswertung des
Fettgeräuschverhaltens eines Lagers herangezogen. Das gemessene Signal
wird mathematisch gefiltert und dann entsprechend der SKF Bequiet+
Messmethode und/oder der MGG 11 Auswertemethode analysiert.
BeQuiet+ Messmethode
Der Vorteil der SKF
BeQuiet+ Messmethode liegt in der hoch entwickelten Prüfmethode und dem
Grad der Automatisierung. Das vollautomatische Verfahren besteht aus dem
wiederholten Dosieren des Schmierstoffs in das Prüflager und dem
automatischen Aufzeichnen des Schwingungsniveaus und der Spitzenwerte.
Dieser Vorgang vermeidet das Eindringen von Schmutzpartikeln aus der
Umgebung, die das Messergebnis verfälschen könnten. Auch kann dasselbe
Lager für verschiedene Versuche verwendet werden, ohne dass es
demontiert werden muss. Das kann für die Ermittlung der
„Schädigungsmerkmale" schmutziger Schmierstoffe von Vorteil sein, wobei
erst ein Bezugsschmierstoff untersucht wird, dann der zu untersuchende
Schmierstoff und schließlich erneut der Bezugsschmierstoff.
Die Schlüsselkomponente des Prüfstands ist der spezielle
SKF Peak Detection Algorithm, der diese Schwingungsspitzen aus dem
Gesamtlagerschwingungssignal errechnet. Die Intensität der erfassten
Spitzen wird zur Beurteilung der Laufruhe auf quantitative Weise
verwendet. Der Anwender ist dann in der Lage, die Ergebnisse mit einem
definierbaren Zielwert zu vergleichen.
MGG 11 Messmethode
Eine definierte Anzahl
von 608 Rillenkugellagern wird gereinigt und in Kalibrierungsöl
konserviert. Ihr Geräuschverhalten wird identifiziert und als
Referenzwert gespeichert. Dies entspricht der realen Alltagssituation:
Am Ende des Fertigungsprozesses werden die Lager erst konserviert und
dann mit Fett befüllt.
Nachdem der Referenzzustand ermittelt ist, werden die Lager mit Fett befüllt und ihr Geräuschverhalten geprüft.
Die Messungen werden verarbeitet und die Geräuschklasse
mithilfe des MGG 11 Algorithmus, der auf der SKF Fettprüfmaschine
BeQuiet+ läuft, bestimmt. Die Ergebnisse beschreiben die Geräuschklasse
und das Anlaufverhalten. Das erlaubt eine fein abgestufte Einteilung der
untersuchten Schmierfette. Die MGG 11 Prüfmethode liefert Herstellern
und Kunden wertvolle Einzelheiten bezüglich Qualität und Homogenität
eines Fettes sowohl für die Entwicklung neuer Fette als auch zur
Routineüberprüfung. Ferner kann das Langzeitverhalten von Schmierfetten
und Konservierungsölen und ihre Kompatibilität in Beanspruchungstests
untersucht werden.
Mit der neuen SKF Fettprüfmaschine BeQuiet+ und der
neuen Software kann die Auswertung von Fettgeräuschtests nach SKF und
MGG 11 Spezifikation in einem einzigen System durchgeführt werden. Sie
kombiniert die Vorteile zweier Systeme und bestimmt folgende Fettgrößen:
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Laufruheklassifizierung der Schmierstoffe in Bezug auf
Partikel-Überrollung
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Bestimmung permanenter Lagerschäden durch den Schmierstoff
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Schmierstoffdämpfungseigenschaften
-
Anlaufverhalten der Fette
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Gleichmäßiges Laufgeräusch der Fette
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Geräuschspitzen im mittleren und hohen Band
-
Schmierstoffvergleich bezogen auf die Dämpfungseigenschaften.
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