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Lagerlebensdauer

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Zur Ermittlung der erwarteten Lagerlebensdauer verwendet man entweder die nominelle Lebensdauer L10, oder erweiterte SKF Lebensdauer L10m.
Wenn die Betriebsbedingungen hinsichtlich Schmierung und Verunreinigung bekannt sind und gewiss ist, dass die Gegebenheiten keine wesentlichen Auswirkungen auf die Lebensdauer der Lager haben, ist die Berechnung der nominellen Lebensdauer heranzuziehen; andernfalls empfiehlt SKF die Verwendung der erweiterten SKF Lebensdauer.

Definition der Lagergebrauchsdauer
Als Lebensdauer eines Wälzlagers wird die Anzahl der Umdrehungen oder die Anzahl der Betriebsstunden bei unveränderlicher Drehzahl bezeichnet, die das Lager erreicht, bis sich erste Anzeichen von Werkstoffermüdung (Abblätterungen) an einer Laufbahn oder einem Wälzkörper bemerkbar machen.

Tests an offensichtlich identischen Lagern und unter identischen Betriebsbedingungen führen zu großen Schwankungen in der Anzahl der Zyklen oder des Zeitraums, bis die Werkstoffermüdung eintritt. Daher sind Schätzungen der Lagergebrauchsdauer auf Basis der Ermüdungslebensdauer (RCF) nicht präzise genug, und es bedarf eines statistischen Ansatzes, um die Lagergröße zu ermitteln.

Die nominelle Lebensdauer L10wird definiert als die Ermüdungslebensdauer, die 90 % einer ausreichend großen Menge offensichtlich gleichartiger Lager unter identischen Betriebsbedingungen erreichen oder überschreiten.

Zur Bestimmung der Lagergröße anhand der hier genannten Definition ist die berechnete nominelle Lebensdauer mit der erwarteten Lebensdauer aus der Anwendung des Lagers zu vergleichen; hilfreich dabei sind Erfahrungen mit früheren Dimensionierungen. Andernfalls können die in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegebenen Richtwerte zugrundegelegt werden.

Zu beachten ist auch, dass zur Ermüdungslebensdauer eines einzelnen Lagers nur statistische Aussagen gemacht werden können, da sich Lebensdauerberechnungen immer auf eine hinreichend große Menge offensichtlich gleicher Lager und auf eine bestimmte Ausfallwahrscheinlichkeit beziehen.

Untersuchungen haben ergeben, dass die Auslegung von Lagerungen und die Bestimmung der erforderlichen Lagergrößen auf Basis einer Auswahlwahrscheinlichkeit von 90 % und der üblichen dynamischen und statischen Sicherheitsfaktoren in der Regel zuverlässige Systemlösungen zum Ergebnis hat, bei denen mit keinen Ermüdungsausfällen zu rechnen ist.

Nominelle Lebensdauer
Werden nur die Belastung und Drehzahl berücksichtigt, kann nominelle Lebensdauer verwendet werden: L10.

Die nominelle Lebensdauer eines Lagers nach DIN ISO 281:1990 ergibt sich aus

Basic rating life
Berechnung durchführen

Bei unveränderlicher Drehzahl ist es häufig angebracht, die nominelle Lebensdauer in Betriebsstunden zu rechnen

Basic rating life in hours

Hierin sind:
L10Lebensdauer (bei 90 % Erlebenswahrscheinlichkeit) [Mio. Umdrehungen]
L10hNominelle Lebensdauer (bei 90 % Erlebenswahrscheinlichkeit)[Betriebsstunden]
Cdynamische Tragzahl [kN]
Päquivalente dynamische Lagerbelastung [kN]
nBetriebsdrehzahl [min-1]
pExponent der Lebensdauergleichung
= 3 für Kugellager
= 10/3 für Rollenlager


Erweiterte SKF Lebensdauer
Bei modernen Lagern hoher Qualität kann die errechnete nominelle Lebensdauer erheblich von der in einem Anwendungsfall tatsächlichen erreichten Gebrauchsdauer abweichen. Die Gebrauchsdauer einer Lagerung hängt von vielen Einflüssen ab. Neben der Belastung und der Lagergröße gehören die Schmierungsbedingungen, die Sauberkeit, die Betriebstemperaturen, eventuelle Fluchtungsfehler aber auch die Montagesorgfalt dazu.

ISO 281 basiert auf einem modifizierten Lebensdauerbeiwert zur Ergänzung der nominellen Lebensdauer. Der Lebensdauerbeiwert aSKF wendet das gleiche Konzept einer Ermüdungsgrenzbelastung Pu (→ Ermüdungsgrenzbelastung, Pu) an wie in ISO 281 beschrieben. Werte von Pu sind in den Produkttabellen angegeben. Um genau wie in ISO 281 drei der wichtigsten Betriebsbedingungen abzubilden, berücksichtigt der Lebensdauerbeiwert aSKF setzt die Schmierbedingungen (→ Schmierbedingungen – Viskositätsverhältnis, κ), die Belastung in Relation zur Ermüdungsgrenzbelastung, und einen Faktor ηc für die Verunreinigung (→ Verunreinigungsbeiwert ηc) unter Verwendung von

SKF rating life
Berechnung durchführen

Bei konstanter Drehzahl lässt sich die Lebensdauer (in Betriebsstunden) wie folgt bestimmen:

SKF rating life in hours

Hierin sind:
LnmErweiterte SKF Lebensdauer (bei 100 – n1) % Zuverlässigkeit) [Mio. Umdrehungen]
LnmhErweiterte SKF Lebensdauer (bei 100 – n1) % Zuverlässigkeit) [Betriebsstunden]
L10Lebensdauer (bei 90 % Erlebenswahrscheinlichkeit) [Mio. Umdrehungen]
a1Lebensdauerbeiwert für die Überlebenswahrscheinlichkeit (Tabelle 3, Werte entsprechend ISO 281)
aSKFLebensdauerbeiwert
Cdynamische Tragzahl [kN]
Päquivalente dynamische Lagerbelastung [kN]
nBetriebsdrehzahl [min-1]
pExponent der Lebensdauergleichung
= 3 für Kugellager
= 10/3 für Rollenlager

1) Der Beiwert n gibt die Ausfallwahrscheinlichkeit an, d. h. die Differenz zwischen der erforderlichen Erlebenswahrscheinlichkeit und 100 %.

Für eine Zuverlässigkeit von 90 %:

Lnm = erweiterte SKF Lebensdauer (bei 100 – n1)% Zuverlässigkeit) [Mio. Umdrehungen]

Wird:

L10m = erweiterte SKF Lebensdauer [Mio. Umdrehungen]

Da sich der Lebensdauerbeiwert a1 auf die Ermüdung bezieht, ist er weniger relevant für die Belastungen P unterhalb der Ermüdungsgrenzbelastung Pu. Die Dimensionierung mit Lebensdauerbeiwerten, die eine sehr hohe Zuverlässigkeit (wie 99 %) darstellen, führt zu großen Lagern für bestimmte Belastungen. In diesen Fällen ist die Lagerbelastung gegen die Anforderungen an die Mindestbelastung für das Lager zu prüfen. Die Berechnung der Mindestbelastung ist in Erforderliche Mindestbelastungen beschrieben.

Um die Umrechnung der Lebensdauer in andere gängige Einheiten zu erleichtern, sind Umrechnungsfaktoren in Tabelle 4 angegeben.

Lagerlebensdauerberechnung bei veränderlichen Betriebsbedingungen, veränderliche Last

Es gibt eine Vielzahl von Lagerungen, z. B. die von Windkraftanlagen, Industrie- oder Fahrzeuggetrieben, bei denen die Belastung über die Zeit sowohl in der Größe als auch in der Richtung, die Drehzahl, die Betriebstemperatur und die Schmierbedingungen veränderlich sind. In Fällen mit veränderlichen Betriebsbedingungen sind deshalb die einzelnen Betriebsphasen auf eine begrenzte Anzahl von vereinfachten Lastfällen zu reduzieren (Diagramm 1).

Bei kontinuierlich veränderlichen Belastungen können verschiedene Belastungsstufen gebildet werden. Das Belastungsspektrum kann dann auf ein Histogramm mit Intervallen von konstanten Betriebsbedingungen reduziert werden. Hierbei repräsentiert jedes Intervall einen bestimmten Zeitanteil des Betriebes. Hohe und mittlere Belastungen „verbrauchen“ deutlich mehr Lagerlebensdauer als leichte Belastungen. Deshalb ist es wichtig, auch Spitzenbelastungen im Histogramm ausreichend zu berücksichtigen, selbst dann, wenn diese nur relativ selten auftreten und nur relativ kurz anhalten. 


Innerhalb eines jeden Intervalls werden für die Lagerbelastung und die übrigen Betriebsbedingungen repräsentative, konstante Mittelwerte festgelegt. Die Anzahl der Betriebsstunden oder Umdrehungen eines jeden Intervalls kennzeichnen deren Anteil am Gesamtlebenszyklus der Lagerung. Wenn also N1 der Anzahl der Umdrehungen während der Lastbedingung P1entspricht und N die erwartete Anzahl der Umdrehungen nach Ende aller variablen Belastungszyklen ist, wird der Lebenszyklusanteil U1 = N1/N für die Lastbedingung P1mit der berechneten Lebensdauer L10m1verwendet. Unter variablen Betriebsbedingungen kann die Lagerlebensdauer wie folgt berechnet werden:

Bearing life

Hierin sind:

L10mErweiterte SKF Lebensdauer (bei 90% Zuverlässigkeit) [Mio. Umdrehungen]
L10m1, L10m2, ...SKF Lebensdauer (bei 90% Zuverlässigkeit) bei konstanten Bedingungen 1, 2, ... [Millionen Umdrehungen]
U1, U2, ...Anteil am Gesamtlebensdauerzyklus unter den Betriebsbedingungen 1, 2 …
U1 + U2 + ... Un = 1


Die Verwendung dieses Berechnungsverfahrens eignet sich für Anwendungsbedingungen mit veränderlicher Belastung und veränderlicher Drehzahl mit bekannten Zeitanteilen.

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