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False-Brinelling und Stillstandsmarkierungen bei Wälzlagern

Schäden bei Vibrationsbelastung oder kleinen Schwenkwinkeln Studienausgabe

von Grebe, Markus Fach: Technik/ Ingenieurwesen;

False-Brinelling-Schäden oder Stillstandsmarkierungen sind ein bekanntes Problem bei Wälzlagern, die nur bei kleinen Schwenkwinkeln betrieben werden oder die Vibrationen oder schwellenden Normalkräften ausgesetzt sind. In diesen Fällen ist eine Berechnung der Lebensdauer nicht möglich. Die Auslegung muss also auf Basis von Erfahrungswerten erfolgen, die in aller Regel nicht vorliegen. Solche kritischen Betriebsbedingungen findet man beispielsweise bei den Pitch-Lagerungen von Windkraftanlagen, im Umfeld von Hydraulikaggregaten oder bei stark vibrationsbelasteten Anlagen z.B. bei Baumaschinen.
Dieses Buch beschäftigt sich mit den kritischen Betriebsbedingungen und den typischen Schadenserscheinungen. Neben der Beschreibung der im Kontakt ablaufenden Vorgänge werden zahlreiche experimentelle Ergebnisse präsentiert, die die Wirkung einzelner Einflussfaktoren des Beanspruchungskollektivs und der Bestandteile des Schmierstoffs aufzeigen. Das Buch hilft, das Wissen auf diesem Gebiet zu vertiefen und für den jeweiligen eigenen Anwendungsfall eine mögliche Lösungsstrategie zu finden.
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Details
ISBN 9783838551609
UTB-Titelnummer E5160
Auflagennr. 1. Aufl.
Erscheinungsjahr 2017
Erscheinungsdatum 18.09.2017
Einband Nein
Formate UTB e-Only
Originalverlag UVK
Umfang 197 S.
Inhalt
1 Einleitung
1.1 Schäden an Wälzlagern durch kleine Schwenkwinkel und Vibration
1.2 Wälzlagerschäden und Ausfallursachen
1.2.1 Hauptausfallarten von Wälzlagern (nach ISO 15243)
1.2.1.1 Werkstoffermüdung
1.2.1.2 Verschlei
1.2.1.3 Korrosion
1.2.1.4 Elektroerosion
1.2.1.5 Plastische Verformung
1.2.1.6 Bruch und Rissbildung
1.3 Praxisbezug
2 Grundlagen und Begriffsdefinitionen
2.1 Entstehung des Begriffs „False-Brinelling
2.2 False-Brinelling oder Stillstandsmarkierung?
2.3 Abgrenzung zu verschiedenen ähnlichen Schadensbildern
2.3.1 Riefenbildung
2.3.2 Eindrücke
2.3.3 Riffel- oder Muldenbildung
2.3.3.1 Riffelbildung infolge elektrolytischer Kontaktkorrosion
2.3.3.2 Riffelbildung infolge Stromdurchgang
2.3.3.3 Riffelbildung, hervorgerufen durch Stillstandserschütterungen
3 Systemanalyse betroffener realer Systeme (Praxisbeispiele)
3.1 Windenergieanlagen und Pitchsysteme (von Matthias Stammler
3.1.1 Individual Pitch Control (IPC)
3.1.2 Rotorblattlager
3.1.3 Belastungen in Blattlagern
3.1.4 Schadensmechanismen
3.1.5 Zusammenfassung und Ausblick
3.2 Stoßdämpfer-Domlager
3.3 Pkw-Radlager (Hub-Units)
4 Überblick über den Stand der Wissenschaft und Technik
4.1 Stand der Wissenschaft auf dem Gebiet der Stillstandsmarkierungen und des False-Brinellings
4.2 Zusammenhang zwischen Stillstandsmarkierungen und tribochemischer Reaktion
4.2.1 Stand der Wissenschaft zum Thema Schwingreibverschleiß (Passungsrost, engl. „fretting corrosion“)
4.2.2 Theorien zur Rissentstehung und –ausbreitung bei Schwingbelastung
4.2.2.1 Ansätze basierend auf experimentellen Untersuchungen
4.2.2.2 Mathematisch-theoretische Ansätze auf Basis der Kontaktmechanik
4.3 Zusammenfassung des Standes der Wissenschaft
4.3.1 Zusammenfassung des Standes der Wissenschaft bezüglich Schwingreibverschleiß (Fretting)
5 Grundlagen zur Kontaktmechanik
5.1 Kontaktmodelle
5.1.1 Statischer Fall (Hertzsche Beanspruchung) unter reiner Normalkraft
5.1.2 Statischer Fall – Konstante Flächenlast mit konstanter Tangentialkraft
5.1.3 Statischer Fall – Punkt- bzw. Linienkontakt mit konstanter Normalkraft und konstanter Tangentialkraft
5.1.4 Dynamischer Fall – Punkt- bzw. Linienkontakt mit konstanter Normalkraft und sich verändernder Tangentialkraft
5.1.5 Dynamischer Fall - Rollen
5.1.6 Einflussfaktoren auf die entstehenden Spannungen
5.1.6.1 Elastisch-plastisches Verhalten
5.1.6.2 Einlaufeffekte
5.1.6.3 Bewertung der für die Rollreibung verantwortlichen Effekte
5.1.6.4 Schmierung
5.1.6.5 Thermo-elastische Effekte
5.1.6.6 Adhäsion
5.1.6.7 Rauheit
5.1.7 Zusammenfassung der im False-Brinelling-Kontakt wirkenden Spannungen
6 Lebensdauerberechnung, FEM-Berechnung, Computersimulation
7 Beschreibung der Vorgänge im Kontaktbereich bei der Entstehung von Stillstandsmarkierungen
7.1 Übergang von theoretischen Kontaktmodellen zu experimentellen Ergebnissen und zur tribologischen Schädigung
7.2 Anschauliche Darstellung der Wirkung der Spannungen in der Kontaktzone
8 Laborprüftechnik
8.1 Übersicht über die weltweit eingesetzten Laborprüfmethoden im Zusammenhang mit Stillstandsmarkierungen und False-Brinelling
8.1.1 Fafnir Fretting-Test (ASTM D4170)
8.1.2 SNR-FEB2-Test
8.1.3 SKF-Schwingprüfer
8.1.4 HRE-IME-Riffeltest und Pulsationsprüfstände
8.1.5 Sonstige bekannte False-Brinelling-Prüfstände
8.2 Prüftechnik an der Hochschule Mannheim
8.2.1 Versuche unter dynamischer Axiallast auf der servo-hydraulischen Prüfmaschine „Isotron Sinus Hydropuls
8.2.2 Versuche unter dynamischer, rotatorischer Schwingbewegung (False- Brinelling-Prüfstand)
8.2.3 Versuche auf dem Schwing-Reibverschleiß-Prüfstand (SRV®)
8.3 Festlegung von Standardprüfbedingungen
8.4 Festlegung von Referenz- und Musterschmierstoffen
8.5 Festlegung geeigneter Messgrößen
8.6 Statistik
9 Schadensentwicklung – Wirkende Verschleißarten und -mechanismen
9.1 Typische Schadensbilder
9.2 Schadensentwicklung bei kleinen Schwenkwinkeln (Quasi- Stillstandsmarkierungen)
9.3 Schadensentwicklung bei größeren Schwenkwinkeln (False-Brinelling- Bedingungen / SNR-FEB2-Test)
9.4 Lokal unterschiedliche Verschleißerscheinungen
9.4.1 Haftzone
9.4.2 Zone partiellen Gleitens
9.4.3 Mittlere Ellipsenkontur
9.4.4 Wälzbereich bei größeren Schwenkwinkeln
9.4.5 Kreisförmige Kratzer in der Stillstandsmarkierung (Spin der Kugel)
9.5 Wirkende Verschleißmechanismen
9.5.1 Tribochemische Reaktion
9.5.2 Oberflächenzerrüttung
9.5.3 Adhäsion
9.5.4 Wälzverschlei
10 Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Größen des Beanspruchungskollektivs
10.1 Einfluss der Belastungsform: axial-pulsend oder rotatorisch-oszillierend
10.2 Einfluss der Schwingzyklenzahl
10.3 Einfluss der Normalkraft
10.4 Einfluss der Lastfrequenz bei axialer Pulsation
10.5 Einfluss der Schwingfrequenz
10.6 Einfluss der Luftfeuchtigkeit und von Wasser im Schmierstoff
10.7 Einfluss der Temperatur
10.8 Einfluss des Schwenkwinkels
11 Einfluss des Zwischenstoffs (Grundöl, Verdicker, Additive)
11.1 Einfluss der Schmierstoffart (Öl / Fett)
11.2 Einfluss des Grundöls
11.2.1 Poly-Alpha-Olefin (PAO)
11.2.2 Trimethylolpropan Ester (TMP)
11.2.3 Polyglykol (PG)
11.2.4 Polyfluorierter Polyether (PFPE)
11.2.5 Paraffinbasisches Mineralöl
11.2.6 Naphthenbasisches Mineralöl
11.2.7 Silikonöl
11.2.8 Übersicht
11.3 Einfluss des Verdickers
11.4 Einfluss der Konsistenz und Viskosität
11.5 Einfluss von Additiven
11.6 Einfluss von Festschmierstoffen
11.7 Sonstige Erkenntnisse zum Schmierstoffeinfluss
11.7.1 Veröffentlichte Daten aus der Schmierstoffindustrie
11.7.2 Fettmischungen
12 Einfluss des Werkstoffs, der Härte und Oberflächenbehandlung und Nutzen von Beschichtungen
12.1 Einfluss der Laufbahnhärte
12.2 Einfluss des Kugelwerkstoffs
12.2.1 Wirkung von keramischen Wälzkörpern
12.3 Einfluss von Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen
12.3.1 Nitrocarburieren
12.3.2 Brünieren
12.3.3 DLC-Schichten
12.4 Einfluss des Einlaufvorgangs und der Kaltverfestigung
13 Einfluss geometrischer und topografischer Parameter
14 Einfluss konstruktiver Parameter
14.1 Einfluss der Lagerart (Axial-, Radiallager / Kugel-, Rollenlager)
14.2 Einfluss der Vorspannung bzw. des Lagerspiels
14.3 Einfluss der Schmiegung
14.4 Einfluss der Einbaulage
15 Untersuchung der Verschleißpartikel und Oxidationsprodukte
16 Einfluss von Stillstandsmarkierungen auf die Lebensdauer im Normalbetrieb
17 Effektive Möglichkeiten zur Vermeidung von Stillstandsmarkierungen und False-Brinelling-Schäden
17.1 Bekannte Lösungsansätze unter Quasi-Stillstandsbedingungen
17.1.1 Mechanisches Trennen von Grund- und Gegenkörper
17.1.2 Pressung erhöhen
17.1.3 Schwingungen reduzieren
17.1.4 Stillstand vermeiden
17.1.5 Geeignete Schmierstoffe
17.1.6 Beschichtungen
17.1.7 Geeignete Prüftechnik
17.1.8 Geeignete Prüftechnik für das Praxisbeispiel Blattlagerung Windkraftanlage
18 Zusammenfassung
19 Ausblick
20 Literaturhinweise und Quellenangaben
20.1 Internet
20.2 Patente
20.3 Normen
21 Stichwortverzeichnis
Autoreninfo

Grebe, Markus

Dr. Markus Grebe ist nun seit über 22 Jahren in der Tribologie tätig. Zusammen mit Prof. Dr. Feinle hat er das Kompetenzzentrum Tribologie an der Hochschule Mannheim aufgebaut. Dort werden angewandte Forschung und Wissenschaft mit zeitgemäßer Lehre verbunden. Schwerpunkt der interdisziplinären wissenschaftlichen Arbeit sind das Erforschen und Optimieren tribologischer Systeme auf Basis praxisnaher Modell- und Bauteilprüftechnik. In der Lehre liegt der Schwerpunkt auf dem systemanalytischen Gedanken der Tribologie sowie den Grundlagen von Reibung, Verschleiß und Schmierung mit praxisnahem Bezug.
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