antriebstechnik 5/2022

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
REIBUNG VON ZYLINDERROLLEN-
LAGERN UM 2/3 REDUZIERT – TEIL 1
Das Zylinderrollenlager mit
stützrollengeführtem Käfig (SG-Lager) hat
seit über 20 Jahren im harten Einsatz als
Bahnmotorlager seinen tiefen Reibwert
und seine Betriebssicherheit bewiesen.
Trotzdem wurden die Ursachen für dieses
Phänomen bisher nie wirklich untersucht.
Der nachstehende Artikel zeigt, dank welcher
Eigenschaften und Gesetzmäßigkeiten die
tiefen Reibwerte erreicht werden.
1. ENTWICKLUNGSGESCHICHTE
Das in diesem Artikel als „SG-Lager“ bezeichnete Lager mit stützrollengeführtem
Käfig wurde entwickelt, um Lagerausfälle zu
vermeiden, welche bei Motorlagern von Lokomotiven nach einer
Geschwindigkeitserhöhung von 125 auf 140 km/h häufig nach
kurzer Zeit auftraten. Durch diese Geschwindigkeitserhöhung erhöhte
sich neben der Gleitgeschwindigkeit an den Führungsflächen
des Käfigs auch die Härte der Schläge durch Vibrationen.
Die Folge war zeitweise Mangelschmierung an den Gleitkontakten,
dadurch ein Heißlaufen und schlussendlich Blockieren der
Lager. Mit anderen Worten: Die Einsatzgrenze der Wälzlager wird
bestimmt durch interne Gleitlager. Diese handelsüblichen Lager
werden nachfolgend als „konventionelle Lager“ bezeichnet. Mit
dem SG-Lager wurde deshalb ein Lager entwickelt, bei dem die
Gleitlagerung des Käfigs durch eine Wälzlagerung ersetzt wurde.
Dabei werden in jedem Käfigbord 3 wälzgelagerte Stützrollen
eingesetzt, welche den Käfig genau zentrisch im Außenringbord
führen. Dieses Lager hat sich seit bald 30 Jahren als Motorlager
von Universallokomotiven im schweizweiten täglichen Betrieb
bewährt. Das Schweizer Schienennetz stellt mit seinen Flachund
Bergstrecken sowie alpenquerenden Tunneln hohe Anforderungen.
Dabei hat sich auch die Betriebssicherheit der SG-Lager
als hervorragend erwiesen. Sie werden nach einem normalen
Einsatzintervall revidiert und erneut eingesetzt.
Mit den Erfolgen im Praxiseinsatz wurden die Erwartungen an
die Betriebssicherheit voll erfüllt, deshalb wurden die Gründe
für die tiefen Reibwerte bisher nicht genauer erforscht. Verschiedene
Aspekte der Prüfstands- und Praxisresultate wurden
in den Fachartikeln in der Eisenbahntechnischen Rundschau
vom Dezember 1995 [1] und der Schweizer Eisenbahnrevue vom
Dezember 2011 [2] beschrieben. Im vorliegenden Artikel werden
nun die Ursachen der tiefen Reibwerte analytisch untersucht.
2. ZUSAMMENSETZUNG DES REIBWERTES VON
KONVENTIONELLEN WÄLZLAGERN
In den Katalogen der Wälzlagerhersteller werden meist drei Reibwerte
für die verschiedenen Wälzlagertypen angegeben
■ Ein „globaler“ Reibwert µ. Dieser beträgt für Zylinderrollenlager
0,0013 [5]
■ Ein drehzahlabhängiger Reibwert mit einem Lagerbeiwert f o
■ Ein lastabhängiger Reibwert mit einem Lagerbeiwert f 1
. Hier ist
aber der Lagerbeiwert f 1
nicht eine lineare Konstante für den
lastabhängigen Anteil, sondern nur eine typenabhängige
Kennzahl.
Die Formel für das drehzahlabhängige Reibmoment lautet [5]:
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