Hallo, ich versuchte grade rauszufinden, in welcher Größenordnung denn das Haltemoment eines Kugellagers ist. Die unvermeidliche Haftreibung wird doch zu einem positiven Haltemoment führen, das überwunden werden muss ehe sich das Lager dreht.
In den Datenblättern zu Kugellagern, die man etwa bei Schaeffer findet kann ich dazu keinen Angaben finden. Weiß jemand wo ich da was finden könnte? Welche Wälzlagerbauform verspricht das kleinste Haltemoment zu haben?
Hintergrund der Frage sind Überlegungen zu einer Maschine, bei der ein mit einer Kraft (1KN) belastetes Seil mit einer Rolle mit Lager um 90° umgelenkt werden muss. Dieses Lager darf nun nicht zu einer ungleichmäßigen Bewegung des Seiles bzw. zu Lastschwankungen durch den Übergang von Haft- in Gleitreibung (Stick-Slip-Effekt) führen.
Mach den Rollendurchmesser so groß wie möglich und das Wälzlager so klein wie möglich. Dann hat das Seil jedenfalls minimalste Stick-Slip-Effekte.
Sorge dafür, dass aus einem Wälzlager möglichst zwei werden, die sich nicht irgendwie verkanten können. Verkanten für zu großen Drehmomentänderungen. Also rück' sie auf der Welle möglichst weit auseinander.
Je nach nötigen Kräften suche dir die passenden Lager raus. Möglichst nicht gedichtet, weil die Dichtung zusätzliche Reibung in's Spiel bringt.
Nimm möglichst dünnflüssigen Schmierstoff. Was geht, hängt von vielen Faktoren ab. Hohe Last und wenig Bewegung -> Festschmierstoff (z.B. Graphit). Hohe Last und wenig Bewegung -> Fett. Mit viel Bewegung kannst du dünnflüssigeres Zeug nehmen
Dazu wird es deswegen keine Daten geben, weil das ganz extrem von der Schmierung und Verschmutzung des Lagers sowie dessen Verschleißzustand und der Lagerluft bzw. Vorspannung abhängig ist. Bei einem neuen Zylinderrollenlager (wegen der wegen der linienförmigen Rollkörperberührung geringeren Flächenprssung gegenüber der Punktlast bei Kugellagern - ohne Vorspannung, also etwas Lagerluft, und dünnflüssiger Ölnebelschmierung sollte die tangentiale Haftkraft am Umfang weit unter einem Promille der resultierenden Radialkraft liegen.
Man sollte ein geometrisch möglichst kleines Lager verwenden, weil geringere Lagerradien bei gegebenen Umfangsmomenten zu größeren Tangentialkräften führen, die die Haftreibung leichter überwinden können.
Wenn die Lagerreibung dabei kritisch ist, dann solltest Du die Konstruktion überdenken. Wie wäre es damit, statt einer zwei Umlenkrollen zu verwenden, die das Seil jeweils nur um 45° umlenken und an den Enden eines "Waagebalkens" angebracht sind? Wenn sich eine Kraftdifferenz zwischen den beiden Trumms ergibt, dann reagiert darauf zunächst der Waagebalken sehr empfindlich durch Auslenkung und eliminiert die dadurch, die zugleich auftretenden Belastungsänderungen an den Rollenlagern - der radiale Kraftvektor dreht sich - sollten die dann dadurch "losbrechen" und anlaufen lassen. Der Waagebalken kommt dann durch eine Rückstellfeder oder die eingebaute Unsymmetrie - der Drehpunkt des Balkens liegt außerhalb der Verbindung der Rollenlagermitten - wieder in die Neutralstellung. Das Waagebalkenlager kann geometrisch sehr klein und damit reibungsarm ausgelegt werden, denn es läuft nicht um und wird deswegen praktisch nur statisch belastet (und verschleißt deswegen auch kaum). Man kann wohl auch ein Schneidenlager verwenden, das sollte evtl. noch reibungsärmer sein, aber bitte zum Schutz vor Verschmutzung kapseln.
Ob man Schneidenlager kaufen kann, weiß ich nicht - ggf. Einzelanfertigung, Werkstatt: Pfanne und Schneide aus gehärtetem Material und sorgfältig und präzise schleifen. (100Cr6 muß unbedingt ständig gut geölt sein, es korrodiert an der Luft sofort.)
Am Sat, 09 Aug 2008 19:00:57 +0200 schrieb Florian Rist:
Stick-Slip bei Wälzlagern? Wenn du das messen willst begibst du dich in absolut grenzwertige Bereiche der Messtechnik. Schon mal vorab: VIEL VERGNÜGEN!
Oh, ich will den Effekt selbst nicht messen, ich fürchte nur, er tritt auf und versaut die eigentliche Messung. Wenn es so schwierig ist den Effekt zu messen, dass wird er kaum eine andere Messung verhageln. Das wäre ja schön. Ich bin nur etwas beunruhigt, weil ich an das erstbeste Kugellager, dass ich grad so gefunden hab (Billigteil, gedichtet, voll zähem Fett) ein Gummiband geklebt habe und wenn ich vorsichtig dran ziehe (mit einer Schraube) kann dem den Stick-Slip beobachten. Das ist aber eben ein schlechtes Lager und über das Gummiband bringe ich ein Drehmoment in der Größenordnung vom 10mNm auf. Allerdings ist bei diesem Experiment die radiale Belastung praktisch Null, im Ernstfall müsste das Lager Stick-Slip frei laufen bei 1kN Radialerbelastung und winzigen Drehzahlen (10^-5 UpM).
OK. Das dürfte insbesondere Nötigwerden, wenn die Rolle groß wird. Bisher hatte ich vor nur ein Lager einzusetzen. Ein zweites verdoppelt zu überwindende Haltemoment ja gleich. Aber der Gewinn den man durch sicheres Verhindern von Verkanten erreicht ist wohl höher.
Klar. Sollte ich vielleicht versuchen Lager ohne Käfige zu bekommen? (Gibt?s so was überhaupt noch?) Die zwischen Kugeln oder Rollen und Käfig gibt es ja Gleitreibung, das müsste sich doch in einem erhöhtem Haltemoment bemerkbar machen.
Hmm, ich hab eine relativ hohe radiale Last und kaum Bewegung. Verschleiß spielt übrigens keine Rolle. Die Lager machen nur ein paar Umdrehungen in ihrer Lebenszeit.
1 Promille der Radialkraft. Hmm, also bei 1kN radialer Belastung in der Größenordnung von 1N. Hast Du das so gemeint? Das wäre ja noch ganz schön viel. Aber danke für den Wert, ich rechne mal rum, was das für Folgen haben könnte. Dazu wäre aber noch der Zeitliche Verlauf interessant, der Übergang zur Rollreibung und wider zurück. Wie in welcher Größenordnung kann man denn die Rollreibung bei sehr kleinen Drehzahlen ansetzen?
Mach ich.
Das hab ich schon versucht, war aber bisher nicht erfolgreich. Ich hab nur Überlegungen mit einer Rolle an einem Scheidengelagerten Balken gemacht. Da sah auf den ersten Blick ganz gut aus, bei genauerer Betrachtung hat es aber überhaupt nichts gebracht.
Deinen Vorschlag mit den zwei Rollen werde ich mal durchdenken ? mal sehen ob ich verstanden hab was Du meinst.
Das wäre wahrscheinlich keine gute Idee. Insbesondere mit Kugellagern nicht. Denn dann laufen die Kugeln selbst aneinander. Statistisch ziemlich wirr auch noch. Bei Punktberührung gehört nicht viel dazu, um den Schmierfilm wegzurdrücken. Vor allem, wenn es nur um kleine Bewegungen geht.
Klar gibt's Gleitreibung. Die hält sich aber in Grenzen. Schlimmer wär's, wenn die Rollkörper sich direkt berühren.
Da kann man sich leicht täuschen. Die Älteren wissen's vielleicht noch. Wenn Autos per Bahnverladung verschickt wurden und die Handbremse war angezogen, waren nicht wenige Radlager, die für 100.000 km dimensioniert waren, am Zielort schon kaputt, ohne dass zwischenzeitlich jemand damit gefahren wäre. Ursache: Kaltverschweißung, weil die Wälzkörper den Schmierfilm wegdrückten und der Druck dann für die Kaltverschweißung reichte. Ohne Handbremse war etwas Bewegung im Spiel, so dass sich der Schmierfilm immer wieder neu aufbauen konnte.
Wie schaut's eigentlich mit dem zeitlichen Verlauf der Kräfte aus? Wie genau muss die Sache denn werden? Wenn's WIRKLICH GENAU werden soll, wirst du um Gleitlager kaum herum kommen. Und zwar um AKTIVE. Also mit eigener Schmiermittelpumpe, die auch bei Stillstand für den nötigen Schmierfilm sorgt. In der Hochpräzisionsoptik sind da Luftlager Standard. Mit Öl oder Wasser gibt's halt Kleckerei, weil Dichtungen ja das Ergebnis wg. ihrer Reibung versauen könnten.
Langweilig. :-) konstante Kraft in dem erwähnten Seil, und eine kleine, langsame Verschiebung (10^-6 mm/s), sprich Drehung der Rolle.
Das ist nich so einfach zu sagen, hängt davon ab wie negativ der Einfluss des Stick-Slip Effektes ist und dazu gibt?s keine Daten.
Ja an solche aktive Fluidlager hab ich auch schon gedacht, aber der Aufwand ist eben arg groß. Mit dynamischen Fluidlagern geht?s ja noch aber wie Du ja auch schreibst brauche ich ja ein Lager mit aktiver Pumpe, die den Film aufrechterhält. Gibt's sowas eigentlich von der Stange? Ich hab nichts gefunden.
Luftlager würden immerhin nicht so dreckeln. Das wird aber warscheinlich noch teuerer.
Warum denn? Man braucht halt eine Luftpumpe mit mäßiger Leistung. Das Lager kann man selber bauen (oder auch bauen lassen): Ein entsprechender Hohlwellenabschnitt bekommt zwei oder drei radiale Bohrungen und wird dann hochgenau rundgeschliffen, dazu wird eine passende Hülse mit wenigen µm Spiel gefertigt. Und dann eben immer Luftdruck auf die Hohlwelle geben...
Aber ich habe eine ganz andere Lösung, die das Problem vollkommen beseitigt: Laß den Innenring einfach angetrieben langsam rotieren, dann gibt es gar kein Haftmoment. Bei noch höheren Anforderungen werden mehrere Lager axial nebeneinander angeordnet, deren Innenringe sich im Gegensinn drehen, dann kompensiert sich auch das Mitnahmemoment auf die äußere Rolle weitgehend. (Die Innenringe werden ihrerseits auf vorgespannten, dadurch spielfreien Lagern montiert - deren höhere Reibung stört nicht.) Die Lager müssen aber sehr genau fluchten.
Das ist Dein Problem. Die nicht berührungsfreien Gummidichtungen bauen ein spürbares Haftmoment auf, das Lager selbst nicht. Bei Wasserpumpen ist diese Dichtung das die Lebensdauer bestimmende Element und diese Haftreibung das einzige vor dem (Wieder-) Einbau einfach mögliche Kriterium.
Ganz so einfach ist es nicht. Drosselstellen und Ausgleichsräume braucht man schon auch noch. Andernfalls verkantet das Lager und läuft irgendwo an. Spätestens dann ist es vorbei mit der Präzision. Diesbezüglich habe ich praktische Erfahrung.
-----|Druckluftversorgung|----
-----|Druckluftversorgung|----
-----|Druckluftversorgung|----
----------|xxx| |xxx|--------- Drossel
----------|xxx| |xxx|--------- Drossel
----------| |---------
----------| |--------- Puffer
----------| |--------- Puffer
----------| |--------- __________|_________|_________ ______________________________ Abstand d //////////////////////////////
Die Drossel wird hergestellt, indem die Bohrung mit xxx zugeklebt wird. In den Kleber legt man allerdings noch einen dünnen Draht, der nach dem Aushärten herausgezogen wird. Damit kann man sehr dünne Löcher produzieren.
Der Sinn des Puffers ist Laien nicht leicht einsichtigt. Ist aber trotzdem leicht erklärt: Wird der Abstand d klein, kann aus der Düse (Puffer) nicht mehr viel Luft entweichen. Deshalb steigt dort der Druck und damit auch die Kraft, die den nötigen Abstand sicherstellt. Wird der Abstand d groß, fällt der Druck, weil das Gas aus dem Puffer leicht entweichen kann. Die Drossel sorgt dafür, dass nicht zu viel Luft nachfließen kann und somit die Abstandskraft auch wirklich klein werden kann. Schließlich soll der Abstand am Ende ja möglichst konstant sein.
Weil die Löcher in den Drosseln ziemlich klein sein sollten, ist leicht einzusehen, dass nur mit gefilteter, sauberer Luft gearbeitet werden sollte.
Da hab ich schon mal drangedacht, das aber dann wieder verworfen weil ich fürchtete die Eigenschaften des Lagern würden so nicht über die ganze Betriebszeit konstant bleiben.
Da bin ich nicht draufgekommen. Solange die Lager gleich altern würde das ja auch Alterungserscheinungen kompensieren. Je mehr Lager desto besser, oder? Da wird ich jetzt gleich auf dem Heimweg nachdenken, wie ich die antreiben könnte.
Wobei die Lustlagersache schon auch was hätte. Wie groß ist denn der Luftverbrauch eines solchen Lagers so ganz grob? Vielleicht versuch ich mal eines zu bauen. Dumm nur, dass ich keine Schleifmaschine hab, gedreht sieht man da wohl kein Land, oder? Die Oberflächen werden wohl immer zu rau sein (jedenfalls auf der lausigen Drehbank hier). Wie groß sollte der Spalt etwa sein?
Wie Ralf schon anmerkte - schwierig sind Luftlager nun wirklich nicht herzustellen. Drehbank (sofern nicht aus den Anfängen der Industrialisierung) sollte reichen. Hohe Herstellungspräzision braucht man nur, um den Luftverbrauch klein zu halten. Man kann Luftlager ja auch so bauen, dass sie über rauhen Beton oder über Meere (Hovercraft) laufen. Dementsprechend ist dann aber auch der Luftbedarf.
Literatur müsste ich jetzt raussuchen. Geht nicht, da grade auf den Sprung in ein paar Tage Urlaub. Mit Probieren und etwas Gefühl kommt man aber m.E. genauso schnell ans Ziel wie mit lang Literatur wälzen und rumrechnen. Drossel und Pufferraum dürfen halt nicht vergessen werden. Das wäre ein typischer Anfängerfehler, dem langes Rätselraten ob der miserablen Funktion folgt. Gemeinerweise funktioniert so ein Lager meistens auch ohne. Aber eben nie so richtig, weil's ständig irgendwie wegkippt.
Mir gehts eher darum etwas in Richtung Kochrezept zu finden. Es gibt ja Einlaß- und Auslaß-gedrosselte Luftlager. Das hier ist ein Einlaßgedrosseltes. Bleiben wir dabei.
Was mich interessiert sind einfach die Dimensionen eines ausgeführten Lagers
Lagerluft
Lage und Anzahl der Einlässe (wohl je eine Reihe/Feld links + rechts)
Drm Drossel; Maße Puffer
Abstand Einlaß zum Lagerende (Entlüftungsnut in der Mitte)
... und welche Radiallast mit welchem Druck erreicht wurde
Und Tips was passiert wenn man an welchen Parametern dreht.
Ich würde das nicht so stehen lassen. Den Teil mit den -RS (2RS) oder -Z (2Z) schon. Aber ein mit Petroleum ausgespühltes Lager das dann nur noch mit z.B. Petroleum läuft hat deutlich weniger Widerstand (auch wenn man sich normalerweise darum nicht kümmern muß).
Mit dem Nachteil, daß man dann gefilterte Luft braucht, damit sich der Staub nicht im Spalt festsetzt - daran hätte ich jetzt nicht gedacht, aber andererseits ist die Filterung ja nun auch kein so großes Drama. (Ich würde ein Ölluftfilter nehmen, also einfach die Luft durch ein Ölbad blubbern lassen, dann kann man das Öl im laufenden Betrieb austauschen, und durch den mit der Luft mitgerissenen Ölnebel wird das Lager auch noch geschmiert (Korrosionsschutz).)
Aber die hohe Präzision braucht man natürlich auch, wenn man präzise Lagerungen haben will.
Das Kippen läßt sich natürlich auch konstruktiv verhindern, z. B. mit zwei Lagern in einiger Distanz. Aber ich vermute, daß sich Deine Vorstellungen, die für schnellaufende Lager sicher richtig sind, gar nicht so ohne weiteres auf die vorliegende Situation des praktisch nur statisch belasteten Lagers übertragen lassen. Hier wäre vielleicht eine ganz andere Konstruktion sinnvoll: Die Rolle wird auf eine Welle gesetzt, die in Lagerbuchsen läuft. Und diese Lagerbuchsen haben eine radiale Luftzuführungsbohrung und eine nicht durchgehende Längsnut von der Seite, die auf Druck beansprucht wird:
Von dieser Lagerbauart wären zwingend mindestens zwei anzuordnen (oder ein langes mit zwei getrennten Nuten hintereinander), eben, um das Kippen zu verhindern. Die Luftzuführungen müssen getrennt gedrosselt sein, damit ein Luftdruckabfall an der einen Nut (weil sich die Welle etwas anhebt), nicht zu einem Druckzusammenbruch an der anderen Lagerstelle führt. (Einfach genug Luftdruck und eine Zuführung mit einem gegenüber dem Lagerspalt großen Querschnitt sollte es aber auch tun.) Anstatt der eher schwierig zu fertigenden Längsnut kann man natürlich einfach auch zwei oder drei Bohrungen axial anordnen:
| | | | | o o o | | | | |
Interessant wäre die Frage, ob die strömende Tragluft ggf. ein Moment auf die Welle ausübt, und was man dagegen tun könnte.
Am Sun, 10 Aug 2008 17:05:06 +0200 schrieb Florian Rist:
Abgesehen vom oft verschmäten Lehrbuch: Der ganze Kram findet sich auch in den Katalogen der Hersteller weil es ansonsten schlicht unmöglich wäre das passende Lager zu finden. Und in deinem Fall würde ich mal ganz vorsichtig bei pi-Physiks (
PolyTech Forum website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.