Angestellte Lagerung: Eine auf das Lastkollektiv genau abgestimmte Lagervorspannung hilft dabei, die Lagerreibung zu reduzieren. (Bild: Schaeffler)
Der überwiegende Anteil an Baumaschinen wird heute noch konventionell, also diesel-motorisch und hydraulisch betrieben. In den weit verbreiteten verstellbaren Axialkolbenpumpen und -motoren lagern in der Regel zwei gegeneinander angestellte Kegelrollenlager, die An- beziehungsweise Abtriebswelle. Schon bei der Auslegung der Lagerung bietet es sich an, die Vorspannung passgenau auf das erforderliche Minimum, welches das Lastkollektiv zulässt, zu reduzieren. Die niedrigere Lagervorspannung führt zu permanent kleineren Axialkräften zwischen Kegelrollenstirn und Innenringbord und damit zu einem entsprechend reduzierten Reibmoment.
X-life: reduzierte Reibung, höhere dynamische Tragzahlen
Eine weitere Möglichkeit der Reibungsreduzierung ohne Design-Änderung sind Kegelrollenlager von Schaeffler in X-life-Qualität. Durch speziell bearbeitete Laufbahn- und Rollenoberflächen sowie eine optimierte Geometrie im Kontakt zwischen Wälzkörperstirn und Innenringbord kann die Reibung im Vergleich zu marktgängigen Lagern halbiert werden. Schon bei niedrigen Drehzahlen im Anfahrprozess entsteht aufgrund der verbesserten Oberflächen und Schmiegungen ein elastohydrodynamischer Schmierfilm, der Verschleiß und Reibung bei ohnehin niederviskosen Schmierbedingungen verringert.
Die Optimierungen an der Innenkonstruktion führen außerdem zu einer deutlichen Geräuschreduzierung sowie im Vergleich zu den Standard-Kegelrollenlagern von Schaeffler zu rund 25 Prozent höheren dynamischen Tragzahlen, was mit einer rechnerischen Lebensdauererhöhung von über 100 Prozent einhergeht. Ähnliche Fortschritte lassen sich mit dem Qualitätslabel X-life auch bei Zylinderrollenlagern erzielen. Die hohen dynamischen Tragzahlen erlauben hier den Wechsel von vollrolligen auf die deutlich reibungsärmeren käfiggeführten Zylinderrollenlager.
Wälzlager im Fokus
„Reibungs- und Performance optimierte Wälzlager können einen erheblichen Einfluss auf die Verringerung von Verlustleistung, Bauraum und Gewicht bei Hydraulikmotoren und -pumpen, Getrieben und Achsen von Baumaschinen haben. Auf der Bauma wollten wir daher die Aufmerksamkeit der Branche auf Wälzlager lenken, die eine wichtige Komponente für die Reduzierung von CO2-Emissionen sind“, sagt Stefan Scharting, Leiter der Anwendungstechnik für hydraulische und elektrische Antriebe bei Schaeffler.
Reibungsreduzierende Beschichtung
Für Wälzlager, insbesondere für Zylinderrollenlager mit radialer und axialer Belastung sowie für Kegelrollenlager, bietet Schaeffler zur Reibungsreduzierung Triondur C an. Diese DLC-(Diamond-like-Carbon-)Beschichtung ist speziell für die Belastung im Wälzkörperkontakt optimiert und reduziert die Reibung bei ‚Stahl-Stahl-Kontakt trocken‘ um rund 80 Prozent.
Reibung reduzieren mit Downsizing
Mit einem Downsizing bziehungsweise höherer Leistungsdichte ist nicht nur weniger Material- und Energieeinsatz bei der Herstellung verbunden, sondern oft auch eine niedrigere Reibung von Antrieben. Wie beschrieben, bieten X-life-Wälzlager aufgrund ihrer Tragzahlen hierfür die nötigen Reserven.
Mit Hochleistungs-Wälzlagerstählen von Schaeffler wie Cromadur kann zusätzliches Potenzial zur Steigerung der Leistungsdichte erschlossen werden.
Reibungsreduzierung mit Hilfe von CAE-Tools
Durch den Einsatz von spezialisierter Simulationssoftware ermöglicht Schaeffler Effizienzsteigerung bereits in der Produktentwicklungsphase. So können beispielsweise mit Hilfe von CFD-Simulationen Planschverluste in Hydraulikaggregaten und Getrieben auf ein Minimum reduziert werden. Mit Bearinx steht eine Auslegungs- und Simulationssoftware zur Verfügung, die es erlaubt, sehr effizient Lagerungen zu optimieren. Das sogenannte Bearinx Optikit kann verschiedene Lastfallbetrachtungen gegenüberstellen oder auch für bestimmte Zielwerte die passenden Parameter ermitteln, sodass beispielweise die optimale Lagervorspannung ermittelt werden kann.
Nachweisbares Einsparpotenzial
Mit X-life-Kegelrollenlagern in Verbindung mit einer optimierten Vorspannung konnte im Rahmen von Effizienzprojekten der Wirkungsgrad von Hydraulikpumpe und Hydraulikmotor um jeweils circa zwei Prozent gesteigert werden. In Summe ließen sich bei einem Radlader mit einer derart optimierten Hydraulikpumpe und zwei Hydraulikmotoren nennenswerte sechs Prozent Energie einsparen. Bei einer Antriebsleistung von 140 Kilowatt entspricht dies rund neun Kilowatt. Hochgerechnet auf 1.000 Radlader bei acht Stunden täglicher Betriebszeit ergibt sich daraus ein jährliches Einsparpotenzial von rund 26.000 MWh. Umgerechnet entspricht dies einer Einsparung von etwa 16.000 Tonnen CO2.
Status Quo und Ausblick
Die oben beschriebenen Lösungen für Hydraulikantriebe, aber auch für Getriebe, Differentiale und Achsantriebe erlauben mit Katalog-Produkten eine Halbierung der durch Wälzlager verursachten Reibmomente. Stefan Scharting gibt einen Zukunftsausblick: „Unter Ausschöpfung aller Möglichkeiten inklusive eines Lagerdesigns, welches auf dem Lastkollektiv der Kundenapplikation basiert, haben wir eine Reibungsreduzierung von über 71 Prozent gegenüber marktgängigen Kataloglagern nachgewiesen. Wir sind sicher, mit diesen Fortschritten den Nerv der Branche zu treffen.“
Quelle: Schaeffler Technologies AG & Co. KG