Wälzlager

Innovationen für Energieeffizienz

Die Zukunft des Wälzlagers
Der verbesserte Kontakt zwischen Stirnfläche und Bord reduziert die Reibung und steigert die axiale Belastbarkeit von Zylinderrollenlagern signifikant.
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 – ob im Antriebsstrang eines Autos, im Rotor einer Windkraftanlage oder im Mixer einer Küchenmaschine. Das Wälzlager als universelles und häufig eingesetztes Maschinenelement wird daher auch in Zukunft ein Schlüssel zur Energieeinsparung sein.

Die ständige Verbesserung der Simulationsmethoden und Berechnungswerkzeuge ist heute 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, zum Beispiel der Ersatz von Gleitlagern durch reibungsarme Wälzlager, wo dieser sinnvoll ist. Auch die Details der Innenkonstruktion eines Wälzlagers, wie etwa das Design des Wälzlagerkäfigs, haben einen wesentlichen Einfluss auf Leistungsfähigkeit und Reibung. Reibungsmindernde und verschleißresistente Werkstoffe sowie entsprechende Beschichtungen sind weitere Ansatzpunkte, ebenso die Oberflächenqualität der Funktionsflächen. Auch die Verwendung spezieller Schmierstoffe und die Optimierung der Schmierstoffversorgung selbst sowie reibungsarme Dichtsysteme können erheblich zur Energieeinsparung beitragen.

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Obwohl die Schaeffler-Gruppe bereits eine Vielzahl reibungsoptimierter Produkte anbietet, gilt es hier, weiteres Potenzial zu heben. Die Strategie beruht dabei auf mehreren Säulen. Eine ist die Optimierung beziehungsweise Neuentwicklung energieeffizienter Komponenten (Lager, Dichtungen, Schmierstoffe, Antriebe). Zusätzlich zu den üblichen Auslegungskriterien wie Tragzahl oder Steifigkeit gewinnt die Energieeffizienz als neues Kriterium bei der Lagerauswahl und Lösungsgestaltung zunehmend an Bedeutung. Schaeffler bietet dafür die notwendigen Auslegungswerkzeuge und theoretischen Modelle.

Ein Kundensystem kann nur dann energieeffizient ausgelegt werden, wenn nicht nur die Einzelkomponenten isoliert betrachtet werden, sondern eine Gesamtbetrachtung des Systems erfolgt. Das heißt: Energieeffiziente Komponenten müssen auch im Sinne des Endprodukts/Systems passend eingesetzt werden. Dazu bedarf es umfassender Systemkenntnis.

Mehr Effizienz im Automobil

Wieviel Potenzial in effizienteren Wälzlagern steckt, zeigt das Beispiel Kfz-Getriebelagerungen. Zwei Prozent Wirkungsgradverbesserung, die man mit verbesserten Lagern durchaus erreichen kann, führen zu einer jährlichen Energieeinspaarung von 36.000 Gigawattstunden. Man könnte damit 500.000 Einfamilienhäuser heizen. Setzt man den Primärenergiebedarf pro Einwohner in der westlichen Welt mit 50.000 Kilowattstunden pro Jahr, reicht das für den Primärenergiebedarf von einer Dreiviertelmillion Menschen. Bei der Entwicklung energieeffizienter Lager spielt die Reibungsminimierung eine entscheidende Rolle. Im Kegelrollenlager hat Schaeffler mit Hilfe neuer Berechnungsmethoden und veränderter Fertigungsverfahren die Effizienz deutlich erhöht. Die optimierten Berührverhältnisse zwischen Wälzkörperstirn und Bord lassen das Reibmoment unter Axiallast um bis zu 75 Prozent gegenüber handelsüblichen Produkten absinken. Damit steigt die Effizienz erheblich.

Auch im Automobil erhöht der Einsatz von modernen Wälzlagern die Effizienz signifikant und senkt Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Für Antriebsstrang und Fahrwerk im Automobil bietet Schaeffler mit reibungsarmen zwei- beziehungsweise vierreihigen Schrägkugellagern eine Alternative zu herkömmlichen Kegelrollenlagern. Die um bis zu 50 Prozent geringere Lagerreibung – zum Beispiel in Radlagern oder Achsgetrieben von Personenfahrzeugen – senkt den Verbrauch in der Größenordnung von 1,5 Prozent.

Höhere Effizienz durch Downsizing

Ein weiterer innovativer Ansatz ist die teilweise Entlastung eines Wälzlagers durch die Kombination mit einem Permanentmagnetlager. Im Rundtischlager einer Werkzeugmaschine lässt sich so durch gleichpolige Anordnung der Magnete an stehendem und drehendem Teil beispielsweise die auf das Lager wirkende Gewichtskraft teilweise kompensieren. Im Ergebnis bedeutet das eine höhere Lagerlebensdauer bei gleicher Lagergröße oder eine höhere Grenzdrehzahl durch Nutzung eines kleineren Wälzlagers. Mit zahlreichen Produktinnovationen trägt Schaeffler zu mehr Energieeffizienz bei. Das Wälzlager als universelles und am meisten eingesetzte Maschinenelement erweist sich dabei als einer der Schlüssel zur Energieeinsparung. Überall lassen sich so durch mehr Effizienz große Energieeinsparpotenziale mit optimierten Lagerungen heben, hinter denen entsprechendes Entwicklungs- und Fertigungs-Know-how der Schaeffler-Gruppe steckt. PR/gm

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