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Ein Leitfaden zur Auswahl von Motorlagern
Als eine der Kernkomponenten von Elektromotoren Motorlager waren schon immer ein wichtiges Thema im Bereich der Motorenfertigung. Die Auswahl geeigneter Lager steht in direktem Zusammenhang mit mehreren Aspekten wie der Betriebsstabilität, der Lebensdauer und den Wartungskosten des Motors. Daher muss man bei der Herstellung eines Motors eine Auswahl aus zahlreichen Lagermodellen treffen, die auf den tatsächlichen Arbeitsbedingungen und Leistungsanforderungen basieren. Motorlager sind so konzipiert, dass sie kontinuierlich Last von der Welle auf den Motor übertragen und den Rotor stützen. Ein Ausfall dieser Lager führt oft zu kostspieligen Motorreparaturen. Es gibt keine universelle Wälzlagerlösung für Elektromotoren, die für alle passt. Jeder Lagertyp weist spezifische Leistungsmerkmale auf und ist daher für bestimmte Betriebsbedingungen geeignet. Eine Nichtübereinstimmung zwischen Lagern und Motoranwendungen kann zu ernsthaften Problemen führen. Dieser Blog befasst sich mit Design, Typ, Überlegungen usw. zur Auswahl von Motorlagern und bietet konstruktive Vorschläge für die Auswahl eines geeigneten Motors.
Motoren mit einer Leistung von mehr als 125 PS, Drehzahlen über 1,200 U/min und ausgestattet mit Rillenkugellagern, die für direkte Riemenanbindungsaufgaben ausgelegt sind, können zu mechanischer Überlastung und vorzeitigem Ausfall führen.
Wenn ein Motor, der für Hochleistungsriemen ausgelegt ist, an eine gekoppelte Last angeschlossen wird, kann es sein, dass die Wälzkörper des Lagers nicht ausreichend radial belastet werden. Sie können auf den Laufbahnen gleiten oder rutschen, was zu hohen Temperaturen und möglicherweise einem völligen Ausfall der Schmierung führen kann.
Wenn die Wälzlager unterbelastet sind (auch bei Riemenbelastung), kann es aufgrund des gleichen Schlupfphänomens zu einem vorzeitigen Motorausfall kommen.
Der Einbau von Motoren mit horizontalen Lagern in vertikalen Anwendungen führt zu unbeabsichtigten zusätzlichen axialen Belastungen und kann zu Fettverlust in den Lagern führen.
Wenn der Streustromfluss durch die Lager (der häufig bei großen Motoren mit variabler Drehzahl auftritt) nicht behoben wird, kann es zu galvanischen Korrosionsschäden kommen, die zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen.
Motorlagerdesign
Wälzlager (Kugeln und Rollen) in Elektromotoren werden verwendet, um den Rotor zu stützen und zu positionieren, den Luftspalt klein und gleichmäßig zu halten und die Last von der Welle auf das Motorgehäuse zu übertragen. Lager sollen den Betrieb bei hohen und niedrigen Drehzahlen unterstützen, die Reibung minimieren, Geräusche reduzieren, die Lebensdauer verlängern und Strom sparen. Da die Konstruktion und Verwendung von Elektromotoren in den verschiedenen Branchen unterschiedlich ist, werden zu ihrer Lagerung viele Arten von Lagern verwendet. Zu den für Elektromotoren geeigneten Lagertypen gehören Rillenkugellager, Schrägkugellager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager und Axial-Pendelrollenlager. Jedes Lager hat seine eigene Konfiguration und seine eigenen Leistungsmerkmale. Elektromotoren enthalten typischerweise Fest- und Loslageranordnungen, um den Rotor radial zu stützen und den Rotor relativ zum Stator axial zu positionieren. Festlager positionieren die Welle und nehmen axiale Belastungen auf, während Loslager eine axiale Bewegung der Welle ermöglichen und Überlastbedingungen kompensieren, wenn sich die Welle thermisch ausdehnt.
Kugellager werden häufig in riemenlosen Anwendungen in Motoren mit bis zu 150 PS eingesetzt. Sie halten radialen und axialen Belastungen stand. Bei kleinen Motoren, die in horizontalen Maschinen eingesetzt werden, werden am häufigsten zwei Rillenkugellager verwendet, die in einer Kreuzlagerkonfiguration auf einem Wellenstumpf montiert sind, um die Bewegung der Welle zu steuern. In den meisten mittelgroßen und großen Elektromotoren, die in horizontalen Maschinen eingesetzt werden, werden Rillenkugellager als Festlager verwendet, während die Loslager je nach Belastung, Geschwindigkeit, Temperatur und Umgebung der Anwendung Zylinderrollenlager sein können. Loslager nehmen jede axiale Ausdehnung auf, die durch Hitze oder Maschinentoleranzen verursacht wird.
Schrägkugellager sind so konzipiert, dass sie hohen axialen Belastungen standhalten und einen reibungslosen Betrieb bei hohen Drehzahlen in Elektromotoren ermöglichen. Sie können ein- oder zweireihig konfiguriert und in verschiedenen Käfigausführungen eingesetzt werden. Vertikale Maschinen sind in der Regel auf Rillenkugellager oder Schrägkugellager oder Axial-Pendelrollenlager angewiesen, abhängig von vertikalen Belastungen, Wellen- und Rotorgewicht, Geschwindigkeit, Temperatur und Betriebsumgebung.
Zylinderrollenlager sind genau das, was Motoren benötigen, wenn sie extrem hohe axiale Belastungen bewältigen müssen. Sie arbeiten sowohl bei mittleren als auch bei hohen Geschwindigkeiten effizient und sind in verschiedenen Designkonfigurationen erhältlich. Sie werden am häufigsten in riemen- oder zahnradgetriebenen Elektromotoren eingesetzt.
Abgedichtete Lager
Bei abgedichteten Lagern handelt es sich um eine Lagerkonstruktion, die üblicherweise in kleinen Motoren verwendet wird und die die Belastung des Lagers durch Verunreinigungen begrenzen soll. Diese Lager können nach dem Einbau nicht mit neuem Fett geschmiert werden. Das bedeutet, dass sie eine begrenzte Lebensdauer haben und sorgfältig überwacht werden sollten, damit sie bei Problemen sofort ausgetauscht werden können.
Abgeschirmte Lager
Abgeschirmte Lager sind eine weitere Lagerkonstruktion, die dazu dient, die Verunreinigung von Wälzkörpern vom Einbau bis zum Motorbetrieb zu begrenzen. Diese Lager können mit gefülltem Fett nachgeschmiert werden. Wenn der Innendruck jedoch nicht entlastet wird, kann dies dazu führen, dass die Abschirmung gegen den Käfig oder die Wälzkörper drückt, was zu großen Problemen führt.
Einer der Faktoren, die Sie bei der Auswahl von Motorlagern immer berücksichtigen müssen, ist, welche Art von Lagerkonstruktion für den Motor, den Sie für die Aufgabe verwenden, am besten geeignet ist. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welches Lagerdesign für Ihre Arbeitsumgebung am besten geeignet ist, wenden Sie sich an einen Experten für Motorlager, um herauszufinden, welche Lagerkonfiguration und welcher Motor für Sie am besten geeignet sind.
Auswirkung der Belastung
Die Art der Belastung ist einer der Hauptfaktoren bei der Lagerauswahl. Damit sich die Wälzkörper richtig drehen und im Wälzkontaktbereich ein besserer Schmierfilm entsteht, benötigen Lager immer eine bestimmte Mindestlast. Andernfalls kann es zu Schlupf kommen, was zu höheren Betriebstemperaturen und einer Verschlechterung des Schmiermittels führt. Selbstverständlich muss das Lager eine ausreichende Belastbarkeit bieten, um in der Anwendung eine zufriedenstellende Lebensdauer zu erreichen. Dabei müssen alle Belastungen berücksichtigt werden – nicht nur das Gewicht und die durch die übertragene Leistung erzeugten Kräfte, sondern auch Kupplungslasten und Riemenlasten, die mit der Antriebslast verbunden sind. Bei gekoppelten Lasten wird die Motorwelle üblicherweise über eine elastische Kupplung mit der die Last antreibenden Welle verbunden. Diese Art von Belastung erzeugt außer dem Gewicht der Motorrotor- und Wellenbaugruppe keine axialen oder radialen Belastungen auf die Motorlager. (Eine durch falsche Installation verursachte Fehlausrichtung kann jedoch die Radiallasten erhöhen.)
Im Allgemeinen sind Rollenlager für schwere Lasten und Kugellager für leichte Lasten geeignet. Lasten können Radiallasten, Axiallasten oder eine Kombination aus beidem sein. Einige Lager, wie z. B. Zylinderrollenlager, sind im Allgemeinen nur für die Aufnahme radialer Lasten ausgelegt. Andere Lager, wie z. B. Schrägkugellager, eignen sich vorrangig zur Aufnahme axialer Belastungen. Zylinderrollenlager können nur reine Radiallasten und minimale Axiallasten aufnehmen. Andere Radiallager (z. B. Kegelrollenlager und Pendelrollenlager) können neben Radiallasten auch Axiallasten aufnehmen, es gibt jedoch auch Überlegungen zur Mindestlast.
Schrägkugellager können mittlere Axiallasten bei relativ hohen Drehzahlen aufnehmen. Für mäßige und schwere axiale Belastungen, die in eine Richtung wirken, sind Axial-Pendelrollenlager zu empfehlen. Die Fähigkeit des Lagers, Axiallasten zu tragen, wird durch den Kontaktwinkel oder die Lastwirkung im Lager bestimmt (je größer der Winkel, desto geeigneter ist das Lager für Axiallasten). Einreihige Schrägkugellager und Kegelrollenlager können axiale Belastungen nur in einer Richtung aufnehmen. Bei Anwendungen, bei denen axiale Belastungen abwechselnd wirken, müssen diese Lager mit einem anderen Lager kombiniert werden, das den axialen Belastungen standhält. Wenn radiale und axiale Belastungen gleichzeitig wirken, treten kombinierte Belastungen auf. In diesen Fällen sind ein- und zweireihige Schrägkugellager sowie einreihige Kegelrollenlager die gebräuchlichsten Lagerlösungen (obwohl je nach Verhältnis von axialer zu radialer Belastung auch Rillenkugellager geeignet sein können).
Speed.
Die Drehzahl beeinflusst die Betriebstemperatur, was wiederum Auswirkungen auf die Lager- und Schmierstofflebensdauer hat. Daher sind der Käfig, das Schmiermittel, die Betriebsgenauigkeit und das Spiel des Lagers, die Resonanzfrequenz des Systems und das Gleichgewicht der rotierenden Teile wichtige Faktoren bei der Lagerauswahl. Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen sind Kugellager oft besser geeignet als Rollenlager. Bei Ultrahochgeschwindigkeitsanwendungen können Präzisionslager oder Hybridlager Vorteile bieten.
Temperatur.
Die zulässigen Lagerbetriebstemperaturen in Motoranwendungen begrenzen die Betriebsgeschwindigkeit von Wälzlagern. Lagertypen mit geringer Reibung und geringer innerer Lagerwärme funktionieren gut im Hochgeschwindigkeitsbetrieb. Wenn es sich bei der Last um eine reine Radiallast handelt, können Rillenkugellager die höchste Geschwindigkeit erreichen; Wenn die Last eine kombinierte Last ist, können Schrägkugellager die höchste Geschwindigkeit erreichen. Dies gilt insbesondere für Lager mit Keramikwälzkörpern.
schmierend
Unter normalen Geschwindigkeits- und Temperaturbedingungen werden Motorlager normalerweise mit Fett geschmiert. Fett ermöglicht einfachere und kostengünstigere Gehäuse- und Dichtungskonstruktionen, ermöglicht eine bessere Haftung des Schmiermittels an kritischen Oberflächen und bietet einen zuverlässigen Schutz vor Verschmutzung als Öl. Die Lebenserwartung eines Fettes hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, darunter der Art des Lagers, der Art des Fettes, der Drehrichtung und Drehzahl des Motors sowie der Betriebstemperatur des Lagers. Die kleinen Kugellager in Standard-Elektromotoren sind in der Regel mit Dichtungen oder Schutzvorrichtungen ausgestattet und lebensdauergeschmiert – sie müssen nicht nachgefettet werden, können aber während der normalen Wartungsintervalle des Motors ausgetauscht werden. Unabhängig von der Größe sind Hochleistungselektromotoren typischerweise mit offenen Lagern und Nachschmierung ausgestattet. (Wenn die Fettlebensdauer kürzer als die erwartete Lagerlebensdauer ist, müssen die Lager natürlich nachgeschmiert werden, solange das Fett noch wie erwartet funktioniert.)
Manchmal machen Drehzahl oder Betriebstemperatur die Verwendung von Fett unpraktisch oder unmöglich, weil die Fettlebensdauer oder die Nachschmierzeit zu kurz ist. Diese Situationen erfordern eine Ölschmierung. Im Allgemeinen werden nur große Elektromotoren mit Öl geschmiert, was teilweise auf die Notwendigkeit komplexer Dichtungen und das potenzielle Risiko einer Systemleckage zurückzuführen ist.
Betriebsumgebung
Faktoren wie Umgebungstemperatur, Betriebstemperatur, Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Verunreinigungen wie Staub, Schmutz, Metall-, Holz- oder Kunststoffpartikel können sich auf die Art des von Ihnen gewählten Lagers und darauf auswirken, ob das Lager abgeschirmt oder abgedichtet werden muss. Feuchtigkeit ist besonders schädlich für Lager. Daher müssen immer Maßnahmen ergriffen werden, um die Auswirkungen von Feuchtigkeit in feuchten oder kondensationsgefährdeten Umgebungen zu mildern.
Ursachen für Motorlagerschäden
Wenn ein Motor ausfällt, können die Lager die Ursache sein, aber es gibt viele andere Ursachen als die Lager. Zu diesen Ursachen gehören Wicklungs-, Verkabelungs-, Fett- oder Dichtungsfehler, die wiederum zu einem Lagerausfall führen können (obwohl das Lager nicht die Hauptursache ist). Eine unsachgemäße Verwendung und Wartung von Motoren kann das Risiko von Problemen und einem vorzeitigen Lagerausfall erhöhen.
Arc
Durch Lichtbögen erzeugte Streuströme können Lagerschäden verursachen. Obwohl Lichtbögen im Allgemeinen dazu neigen, isoliert und lokalisiert zu sein, ist die Wirkung auf ein Lager fast wie eine Reihe kleiner Blitzeinschläge, die die innere Lageroberfläche schmelzen und neu ausrichten. Die Folge ist, dass ein Teil des Oberflächenmaterials abblättert und auseinanderfällt, was zu Geräuschen im Lager führt und möglicherweise die Lebensdauer verkürzt. Eine Möglichkeit zur Vermeidung von Lichtbogenproblemen besteht darin, die Lager von Wellenströmen zu isolieren. Um den Stromfluss durch das Lager zu verhindern, können spezielle Keramikbeschichtungen auf den Außen- oder Innendurchmesser des Lagers aufgebracht werden. Hybridlagerkonstruktionen bieten eine weitere Lösung, indem sie die metallischen Wälzkörper im Lager durch Keramikkugeln oder -rollen ersetzen. Sie isolieren das Lager effektiv von innen.
Feuchtigkeit
Feuchtigkeit lässt sich nicht immer vermeiden, aber kontrollieren. Bei laufendem Motor ist Feuchtigkeit in der Regel nicht schädlich. Wenn der Motor jedoch ausgeschaltet und abgekühlt ist, kommt es zur Kondensation. Kondensation kann nicht verhindert werden, aber die schädlichen Auswirkungen können durch die Verwendung von Fett mit Rostschutzmitteln in den Lagerbaugruppen und durch häufiges Drehen der Welle eines Motors im Leerlauf bei Verdacht auf Kondensation verhindert werden. Gute Abdichtungen verhindern das Eindringen von Feuchtigkeit in den Hohlraum. Es ist außerdem wichtig, beim Spülen zu vermeiden, dass Wasser direkt auf die Dichtung spritzt.
Wellenfehlausrichtung
Eine häufige Ursache für vorzeitigen Lagerausfall ist eine Fehlausrichtung zwischen der Motorwelle und der Antriebsausrüstung, die zu übermäßigen Vibrationen und interner Lagerbelastung führen und die Lebensdauer des Motors verkürzen kann. Kupplungen sind in der Regel flexibel und können Fehlausrichtungen ausgleichen. Betrachten Sie die Flexibilität jedoch nicht als selbstverständlich. Um eine optimale Wellenausrichtung zu erreichen, sichern Sie zunächst die Antriebsausrüstung und montieren Sie dann die Kupplung. Erst nachdem die Kupplung an das Gerät angeschlossen ist, sollte der Motor in die richtige Ausrichtung gebracht und gesichert werden.
Unsachgemäße Schmierung
Eine wirksame Lagerschmierung erfordert eine geeignete Schmierstoffart und -menge, Nachfüllintervalle und Anwendungsmethoden. Es gibt keine allgemeingültigen Regeln für korrekte Schmierintervalle. Stattdessen sollten die Intervalle auf der Grundlage von Lagergröße und -typ, Betriebsgeschwindigkeit, allgemeiner Betriebsumgebung und Motortyp festgelegt werden. (Vertikalmotoren müssen doppelt so oft geschmiert werden wie Horizontalmotoren.) Lager, die auf Lebensdauer abgedichtet oder abgeschirmt sind, sollten im Allgemeinen nicht nachgeschmiert werden. Bevor Sie ein Lager schmieren, ermitteln Sie das aktuell verwendete Fett und wählen Sie die gleiche Fettsorte oder ein kompatibles Produkt – nicht alle Fette sind kompatibel. (Schmierstoffhersteller stellen Kompatibilitätstabellen zur Verfügung.) Berücksichtigen Sie immer die Empfehlungen des Motorherstellers.
Vermeiden Sie eine Überschmierung
Die Zugabe von Schmiermittel als angegeben verkürzt die Lebensdauer des Fetts, da es zu erhöhter Reibung und Temperatur kommt, was zu Lagerschäden und einer Beeinträchtigung der Motorleistung führen kann. Bei zu viel Fett benötigen die Wälzkörper Energie, um sich zu drehen. Dadurch wird der Motor stärker belastet. Eine Überschmierung kann auch zu einem unerwünschten Wärmestau führen, da die Wälzkörper versuchen, überschüssiges Fett wegzudrücken. Wärmestau führt zu Reibung, Verschleiß und einer verkürzten Fettlebensdauer.
Fazit
Die richtige Auswahl, Installation und Wartung von Lagern kann dazu beitragen, die Leistung und Lebensdauer Ihres Elektromotors zu optimieren. Zunächst müssen Sie die Betriebsbedingungen des Motors verstehen, einschließlich Informationen zu Drehzahl, Arbeitsbelastung, Temperatur und Geräusch. Insbesondere im Hochgeschwindigkeitsbetrieb müssen Lager eine hohe aktive Stabilität und Steifigkeit aufweisen, um den normalen Betrieb des Motors sicherzustellen. Bestimmen Sie das Modell entsprechend den Einsatzbedingungen und Anforderungen des Motors. Es wird empfohlen, einige bekannte Marken und hochwertige Lagermodelle zu wählen. Achten Sie dabei auf die Spezifikationen und die Genauigkeit der Lager. Führen Sie entsprechende Berechnungen und Tests durch, überprüfen und passen Sie das Lagermodell an, um sicherzustellen, dass der Motor unter verschiedenen Arbeitsbedingungen normal funktionieren kann. Darüber hinaus sind während des Einsatzes einige grundlegende Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten erforderlich, wie zum Beispiel das Reinigen und Schmieren der Lager.
Auswahl des richtigen Lagers Typ ist wichtig, aber nicht das einzige Kriterium. Darüber hinaus ist es auch notwendig, den Einfluss vieler Faktoren wie Lagermaterial, Genauigkeit, Schmiermethode und Größe zu berücksichtigen. Bei großen Motoren oder Motoren mit hoher Drehzahl sollte besonderes Augenmerk auf die technischen Indikatoren und die Qualität der Lager gelegt werden. Bei der Wartung des Motors und dem Austausch von Teilen sollte auf Lagerauswahl, Installation und Fehlerbehebung geachtet werden, um den normalen Betrieb des Motors sicherzustellen. Kurz gesagt, die Wahl des richtigen Motorlagermodells ist ein wichtiger Schutz, um den normalen Betrieb des Motors sicherzustellen. Bei der Auswahl von Motorlagern müssen die tatsächlichen Bedingungen und Anforderungen berücksichtigt und ausgewählt werden, um die Lebensdauer und das Leistungsniveau des Motors sicherzustellen. Es kann schwierig sein, alle relevanten Faktoren zu sortieren, aber Sie müssen es nicht alleine schaffen. Ein sachkundiger Lagerhersteller kann Ihnen dabei helfen, die beste Lösung für Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu finden.