Effizienzsteigernde Getriebe 1

Hohe Zuverlässigkeit und maximale Leistung bei allen Betriebsbedingungen – diese Forderungen gelten für Schlepper und Grader gleichermaßen. Dabei ist ein energieeffizienter Betrieb ohne fortschrittliche Getriebekonstruktion nicht möglich. Und dazu wiederum braucht es reibungsoptimierte Wälzlager.

 

Traktoren und Grader arbeiten bei hohen Antriebsleistungen und Geschwindigkeiten. Gefordert sind dabei nicht nur hohe Betriebssicherheit für alle möglichen Last- und Geschwindigkeitsfälle, sondern auch ein reduzierter Kraftstoffverbrauch und die Schonung der Umwelt. Moderne Traktoren weisen vielfach über 100 kW Leistung auf und können manchmal bis zu 80 km/h auf der Straße erreichen. Grader arbeiten überwiegend mit Vollast bei Geschwindigkeiten bis zu 40 km/h. Die dazu erforderlichen, hohen Leistungen werden von Getriebe und Differential übertragen. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades im Triebstrang hat daher sehr großes Potenzial zur Kraftstoffeinsparung.

Um diesen Leistungsanforderungen gerecht zu werden, hat die Schaeffler-Gruppe Industrie neue Lagerausführungen für sehr hohe Energieeffizienz entwickelt.
Wälzlager und Energie sparen – diese Begriffe können fast als Synonyme verwendet werden. Oder anders formuliert: Der Sinn eines Wälzlagers besteht darin, Energie zu sparen. Wo immer mechanische Arbeit verrichtet wird und Dinge in Bewegung sind, vermindern Wälzlager die Reibung und steigern den Wirkungsgrad.

Das Wälzlager als universelles und sehr häufig eingesetztes Maschinenelement wird daher auch in Zukunft einer der Schlüssel zur Energieeinsparung sein. Die ständige Verbesserung der Simulationsmethoden und Berechnungswerkzeuge ist heute die zentrale Voraussetzung dafür, Lager noch weiter zu verbessern. Sie können so präziser auf die Kundenanforderungen und damit auch energieeffizienter ausgelegt werden.

Nicht nur der Auswahl des Lagertyps kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Auch die Details der Innenkonstruktion eines Wälzlagers, wie etwa das Design des Wälzlagerkäfigs, haben einen wesentlichen Einfluss auf Leistungsfähigkeit und Reibung. Der Einsatz reibungsreduzierender und verschleißresistenter Werkstoffe sowie entsprechender Beschichtungen ist ein weiterer Ansatzpunkt, ebenso die in der Serienfertigung erzielte Oberflächenqualität der Funktionsflächen.

Logarithmisches Profil
Die reibungsreduzierten Kegelrollenlager sind in Geometrie, Oberfläche, Werkstoff sowie Maß- und Laufgenauigkeit optimiert. Ergebnis ist die Steigerung der dynamischen Tragzahlen um bis zu 20 Prozent und der nominellen Lebensdauer um etwa 70 Prozent. Für bestimmte Anwendungen kann die Lagerung kleiner dimensioniert werden, was zusätzlich Reibungsreduzierung ermöglicht. Ein wichtiger Grund dafür sind die Premiumwerkstoffe und spezielle Wärmebehandlungen mit höherer Widerstandsfähigkeit gegen Feststoffpartikel.

Für die Laufbahnen und die Rollenmantelfläche wurde außerdem ein abgestimmtes, logarithmisches Profil entwickelt, das bei hoher Belastung und eventueller Schiefstellung Spannungsspitzen ausgleicht. Durch die optimierten Oberflächen und Kontaktgeometrie bildet sich bereits bei sehr geringen Drehzahlen ein elastohydrodynamischer Schmierfilm. Dieser erlaubt es, die Lager sofort beim Anlaufen hoch zu belasten und das Reibmoment um bis zu 75 Prozent gegenüber handelsüblichen Produkten zu senken.

Die von INA- und FAG-Experten entwickelten Tandem-Schrägkugellager vermeiden Vorspannungsverlust, verringern Reibungsverluste, erhöhen damit den Wirkungsgrad des Getriebes und ermöglichen signifikante Kraftstoffeinsparungen. Schrägkugellager können ebenso wie Kegelrollenlager axiale und radiale Kräfte aufnehmen, sind jedoch durch ihren Punktkontakt grundsätzlich reibungsärmer. Zusätzlich verfügen sie im Gegensatz zu Kegelrollenlagern über keinen reibungstechnisch ungünstigen Rolle-Bord-Gleitkontakt. Ihr Punktkontakt ist einfacher zu schmieren als der Linienkontakt von Kegelrollenlagern. Dadurch laufen Schrägkugellager reibungsärmer als Kegelrollenlager vergleichbarer Größe.

Durch den Einsatz zweireihiger Schrägkugellager wird zum einen die erforderliche Tragfähigkeit erreicht, gleichzeitig aber auch ein niedrigeres Reibmoment erzielt, als es mit einreihigen Schrägkugellagern gleicher Tragfähigkeit möglich wäre. Weiterer Vorteil der Schrägkugellager ist der Erhalt der Vorspannung und dadurch eine unverändert hohe Steifigkeit.

Die Innovation „Kugelrollenlager“ beruht auf einer hervorragenden Idee, einem neuartigen Wälzkörper ebenso wie auf neuen Montagemethoden. Vom herkömmlichen Wälzköper „Kugel“ werden alle nicht belasteten Bereiche entfernt, das heißt, es werden je 15 Prozent des Kugeldurchmessers abgeschnitten. So entsteht eine beidseitig abgeflachte Kugel, die so genannte Kugelrolle, die um 30 Prozent schmaler ist als eine Kugel. Wertvoller Bauraum kann so eingespart werden.

Die besonders schlanke Form der Kugelrolle und speziell entwickelte Montageverfahren ermöglichen es darüber hinaus, den Füllgrad der Lager (die Befüllung mit Wälzkörpern) bis etwa 90 Prozent zu steigern. Mehr Wälzkörper im gleichen Bauraum bedeuten eine deutlich höhere Tragzahl und eine entsprechend höhere Lebensdauer. Dies eröffnet auch Chancen zum Downsizing von Produkten und Aggregaten.

Die Zwei-Käfig-Bauweise ermöglicht es, beide Laufbahnen unabhängig voneinander optimal auf den Anwendungsfall einzustellen. Das garantiert maximale Lastaufnahme bei minimaler Baugröße und noch weiter verringerter Reibung.

Die Schaeffler-Gruppe
Die Schaeffler-Gruppe zählt mit rund 66 000 Mitarbeitern an weltweit mehr als 180 Standorten und einem Gruppenumsatz von 8,9 Milliarden Euro (Geschäftsjahr 2008) zu den weltweit führenden Wälzlagerherstellern und Automobilzulieferern. Zum Unternehmensverbund gehören die Schaeffler KG, Hauptsitz Herzogenaurach, mit den Marken INA und FAG sowie die LuK-Gruppe, Stammhaus Bühl/Baden. Die Sparte Industrie liefert über eine weltweit marktnahe Organisation und Anwendungsberatung Lagerlösungen für rund 60 verschiedene Industriebereiche.