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Schwingsieb

Dieses Beispiel zeigt den Lagerauswahlprozess für einen Anwendungsfall, bei dem ein Hersteller von Schwingsieben die Lager für eine neue Maschine auswählt.

Jeder Schritt des Beispielprozesses wird in einem erweiterbaren/Drop-down-Abschnitt beschrieben. Die im Beispiel gelisteten Schritte entsprechen der Abfolge im Lagerauswahlprozess. Im Lagerauswahlprozess ist jeder einzelne Schritt ausführlich beschrieben.

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

Die neue Maschine ist ein Schwingsieb mit freier Kreisbewegung Die Schwingeinheit besteht aus einer Welle mit zwei Lagern und Gegengewichten. Das heißt, dass sich die hauptsächliche Radiallast mit der Welle dreht, während der Außenring stillsteht. Bild 1 zeigt die Anwendungszeichnung.

Die relevanten Leistungsanforderungen, Betriebsbedingungen und Input-Parameter für die Lagerauswahl sind:
  • Masse des Siebkastens ohne Füllung: G = 6 100 kg
  • Wellendurchmesser: 140 mm
  • Drehzahl: n = 756 min-1
  • Winkelgeschwindigkeit (n x 2π/60): ω = 79,2 rad/s
  • Schwingungsradius: r = 8,1 mm
  • Abstand zwischen den Schwerpunkten der Gegengewichte und der Wellenachse: R = 80 mm
  • Abstand zwischen den Lagern: 3 m
  • Schmierverfahren: Fett
  • Betriebstemperatur der Lager: T = 75 °C
  • Umgebung: Das Sieb kann sich im Freien, in rauen, staubigen und feuchten Umgebungen befinden.
  • Erforderliche erweiterte SKF Lebensdauer: 20.000 h
Lagerart und -anordnung
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Es wird eine Lagerung mit Fest- und Loslager verwendet. Das Lager auf der Antriebsseite ist das Festlager. Dies begrenzt die axiale Verschiebbarkeit der Transmissionsriemenscheibe, was den Energieverbrauch senkt und die Riemenlebensdauer verlängert. Das gegenüberliegende Lager ist das Loslager und nimmt die axiale Verschiebung auf, die durch eine Wärmeausdehnung der Welle bewirkt wird.

Der Abstand zwischen den Lagern beträgt 3 m und das Schwingsieb besteht aus geschweißten und verschraubten Stahlkomponenten. Aufgrund von Wellendurchbiegungen und Fluchtungsfehlern der Lageraufnahmen unter Last sind Lager erforderlich, die Schiefstellungen ausgleichen können.

Für dieses neue Schwingsieb werden Pendelrollenlager gewählt (Bild 2), die typische Lösung für solche Anwendungsfälle. Sie können hohe Belastungen aufnehmen und Schiefstellungen zwischen Innen- und Außenring ausgleichen, ohne dass dadurch ihre Gebrauchsdauer reduziert wird.
Lagergröße
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Um das erforderliche Wellen-Antriebsmoment zu übertragen und Wellendurchbiegungen zu begrenzen, ist ein Wellendurchmesser von 140 mm erforderlich.

Für Schwingungsanwendungen bietet SKF Lager der Reihe 223 an. Basierend auf dem erforderlichen Wellendurchmesser wird die Ausführung 22328 CCJA/W33VA405 ausgewählt. Wir werden die Größe mithilfe der erweiterten SKF Lebensdauer überprüfen.

Produktdaten für 22328 CCJA/W33VA405 → Produktdetails.

Für Schwingsiebe lässt sich die äquivalente dynamische Lagerbelastung P wie folgt annähernd ermitteln:



= 186 kN

Das Belastungsverhältnis C/P = 1357 / 186 = 7,3.

Erweiterte SKF Lebensdauer


 

1Schmierbedingungen – das Viskositätsverhältnis κ

κ = ν/ν1

Die Nennviskosität v1 = 10 mm2/s (Diagramm 1).

Da ein Viskositätsverhältnis κ von etwa 4 erzielt werden soll, um eine Vollschmierung im Betrieb sicherzustellen, sollte v ca. 40 mm2/s.

betragen. Das Viskositätsverhältnis ist nach Wahl des Schmierstoffs zu überprüfen.

2. Verunreinigungsbeiwert ηc

Gegeben:
  • typische Verunreinigungen (d. h. offene Lager, keine Filterung, Verschleißpartikel und Eindringen von Schmutz aus der rauen Umgebung)
  • dm = 220 mm
dann, mithilfe von Tabelle 1, ηc = 0,2

3SKF Lebensdauerbeiwert aSKF

Gegeben:
  • κ = 4
  • ηc Pu/P = 0,2 x 132/186 = 0,14
  • 22328 CCJA/W33VA405 ist ein SKF Explorer Lager
dann, mithilfe von Diagramm 2 für Radial-Rollenlager, aSKF = 1,3


= 1,3 x (106 / (60 x 756))(7,3)10/3 = 21 500 h > 20 000 h

Fazit

Das SKF Lager 22328 CCJA/W33VA405 ist die geeignete Größe, um die Lebensdaueranforderungen zu erfüllen.

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

Auswahl von Fett oder Öl

Tabelle 2 unter Auswahl von Fett oder Öl enthält die Grenzwerte für den Beiwert ndm , bis zu dem eine Fettschmierung normalerweise die geeignete Lösung hinsichtlich der Nachschmierfristen bei normalen Temperaturen ist.

Eingangswerte:
  • Pendelrollenlager der Reihe 223
  • C/P = 7,3
  • ndm = 756 x (140 + 300)/2 = 166 320
Gemäß Tabelle 2 empfiehlt sich als Grenze ndm für C/P ≈ 8 ein Wert von 150 000, der leicht unter dem tatsächlichen ndm Härtegrad Die Betriebsbedingungen liegen innerhalb der für eine Fettschmierung geeigneten Grenzwerte, und es sind kurze Nachschmierfristen zu erwarten. Dies ist allerdings bei Schwingsieben kein Problem, und es kann mit Fett geschmiert werden.

Schmierfettauswahl

Ein geeignetes SKF Schmierfett finden Sie mithilfe der Auswahltabelle für SKF Schmierfette [PDF]. Kriterien für die Auswahl des Schmierfetts sind:
  • Temperatur: 75 °C → M
  • Drehzahl: ndm ≈ 166 000 → M bis H
  • Belastung: C/P ≈ 8 → M
  • starke Schwingungen
  • feuchte Außenbedingungen → guter Korrosionsschutz
SKF LGEP2 ist eine geeignete Wahl, sofern ein Viskositätsverhältnis κ von 4 bestätigt wird.

LGEP2 hat folgende Eigenschaften:
  • ν = 200 mm2/s bei 40 °C
  • ν = 16 mm2/s bei 100 °C
  • die Viskosität im Betriebszustand bei 75 °C liegt bei 40 mm2/s, basierend auf Diagramm 3.
  • κ = ν/ν1 = 40/10 = 4 ist bestätigt

Schmierfrist und Fettmenge

Erfahrungsgemäß sollten die Lager im Schwingsieb alle 75 h mit 30 g Fett nachgeschmiert werden. Die kurzen Intervalle sind notwendig, um Verunreinigungen aus dem Lager zu drängen; die geringe Menge mindert die Wärmeentwicklung, die ansonsten bei großen Fettmengen auftritt.

Anhand der in Diagramm 4 angegebenen Standard-Nachschmierfristen und der Eingangswerte ergibt sich:
  • ndm bf = 166 320 x 2 ≈ 330 000
  • C/P ≈ 8
Die Nachschmierfrist beträgt 1700 h. Dieser Wert muss unter Berücksichtigung von Verunreinigungen und Schwingungen reduziert werden (→ Tabelle 3), wobei die für den Einsatz von Schwingsieblagern angewandten Erfahrungswerte in etwa zu bestätigen sind.

Die Nachschmiermenge beträgt:
Gp = 0,002 D B = 0,002 x 300 x 102 = 61 g

Eine Standard-Nachschmierung der Lager alle 75 h mit 30 g gewährleistet eine ausreichende Schmierung.

Erstbefüllung

Der Freiraum im Lager, der mit Fett gefüllt werden sollte, ist ungefähr:



V = 3,14/4 x 102 x (3002 - 1402) x 10-3 - 36,5/0,0078 = 957 cm3

Für einen Füllgrad von 50 % werden pro Lager etwa 430 g Fett benötigt.
Betriebstemperaturbereich und Drehzahl
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Aufgrund umfassender Erfahrungen aus ähnlichen Anwendungen ist mit Betriebstemperaturen von 70 bis 80 °C zu rechnen.

Die Füllung des Siebs hat Umgebungstemperatur, und es gibt keine weiteren externen wärmeerzeugenden Quellen. Die Drehzahl beträgt weniger als 50 % der Grenzdrehzahl. Obwohl das Belastungsverhältnis C/P unter 10 liegt, ist keine detaillierte thermische Analyse erforderlich.

Die tatsächliche Betriebstemperatur ist bei der echten Maschine zu prüfen.

Aus Berechnungen mithilfe des SKF Bearing Calculator ergeben sich Reibungsverluste von 1 900 W pro Lager.
Lagerschnittstellen
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Die Radiallast dreht sich phasengleich mit dem rotierenden Innenring, während der Außenring stillsteht. Der Innenring hat daher eine stationäre Lastbedingung, der Außenring eine rotierende Lastbedingung. Zwischen Außenring und Gehäuse ist eine feste Passung erforderlich. Zwischen Innenring und Welle kann eine lose Passung angewandt werden.

Die Standard-Passungsempfehlung ist:

Maßtoleranz
Gesamtrundlauf-Toleranz
Gesamtplanlauf-Toleranz
Ra
Welleg6ⒺIT5/2IT51,6 µm
GehäuseP7ⒺIT6/2IT63,2 µm

Unter Umständen können andere Maßtoleranzen als die Standardpassungen empfehlenswert sein:
  • Für eine leichte axiale Verschiebbarkeit des Innenrings wird f6Ⓔ gewählt. Zur Reduzierung der Gefahr von Reibkorrosion kann der Wellensitz gehärtet werden.
  • P6Ⓔ (engere Toleranzen) ist zu wählen, um die Unterstützung des Außenrings und die Lagergebrauchsdauer zu verbessern.


Weitere Empfehlungen

Es werden folgende zusätzliche Beiwerte empfohlen:
  • Die Lagermitte sollte an der Rahmenmitte des Schwingsiebs ausgerichtet werden (Bild 3).
  • Die Dicke der Gehäusewand sollte mehr als 40 % der Lagerbreite betragen.
  • Das Gehäuse sollte möglichst symmetrisch gestaltet werden, damit es auf beiden Seiten des Schwingsiebrahmens die gleiche Dicke aufweist und somit Gehäuseverformungen vermieden werden (Bild 4).
  • Ein Gewinde im Gehäuse vereinfacht den Ausbau des Gehäuses vom Siebkörper sowie den des Lagers vom Gehäuse mithilfe von Schrauben (Bild 5 und Bild 6).
Lagerausführung
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Das für diese Anwendung gewählte Lager ist ein Pendelrollenlager für Vibrationsmaschinen (→ Ausführungsvarianten)

Die Lager dieser Ausführungen haben die Nachsetzzeichen VA405 und VA406. Ihre Lagerluft C4 ist aufgrund der festen Passung des Außenrings in Kombination mit dem Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenringen besonders beim Anfahren erforderlich. Beim Betrieb mit Umfangslast am Außenring und hoher Beschleunigung mindern die gehärteten Fensterkäfige dieser Lager die interne Reibung und den Verschleiß, was zu einer niedrigeren Betriebstemperatur und längeren Schmierstofflebensdauer führt.

Die Ausführung VA406 ist für die Loslagerung ausgelegt und hat eine PTFE-beschichtete Bohrung. Dadurch wird Reibkorrosion verhindert, die infolge der losen Passung und der Schwingungen auftreten kann.
Abdichtung, Ein- und Ausbau
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  • In Schwingsieben werden zum Schutz der Rollenlager im Allgemeinen Labyrinthdichtungen eingesetzt. Bei diesem Dichtungstyp muss für eine ausreichende Menge Schmierfett in den Labyrinthspalten Sorge getragen werden, damit weder Schmutz noch Feuchtigkeit in die Lager eindringen können. Die Schmierfettmengen und die Nachschmierfristen sind gemäß den Beobachtungen des Bedieners anzupassen.
  • Wenn das Gehäuse am Siebrahmen montiert wird, muss der Gesamtrundlauf des Gehäusesitzes überprüft werden. Es könnten unzulässige Verformungen auftreten, die korrigierende Maßnahmen erforderlich machen würden.
Allgemeine Schlussfolgerungen
  • Das Lager 22328CCJA/W33VA405 erfüllt die Lebensdaueranforderung.
  • Das SKF Schmierfett LGEP2 eignet sich für die gegebenen Betriebsbedingungen.
  • Instandhaltungs- und Zustandsüberwachungsaspekte sind in diesem Beispiel nicht enthalten. Weiterführende Informationen über das SKF Angebot für Schwingsiebe finden Sie im Abschnitt Schwingsiebe unter Branchenlösungen.
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