Das Projekt "Universeller dynamischer Prüfstand für große Lager" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SKF GmbH durchgeführt. Im Rahmen der Errichtung eines neuen Testzentrums für große Wälzlager plant die SKF GmbH in Schweinfurt den großtechnischen Ersteinsatz eines universellen dynamischen Prüfstandes für die ressourceneffiziente Herstellung von industriell eingesetzten, für den individuellen Einsatzzweck gefertigten Großlagern, die hohen Drehzahlen in Kombination mit hohen Lasten ausgesetzt sind. Da es derzeit für solche Anwendungen keine geeigneten Prüfstände gibt, werden Großwälzlager mit erheblichen Sicherheitszuschlägen beim Materialeinsatz und der Härtetiefe gefertigt, um potenziellen Mängeln bei der Kundenanwendung zu begegnen. Der von der SKF GmbH geplante, in den Produktionsprozess integrierte Prüfstand soll nun erstmals ein vollumfängliches Testen der Lager ermöglichen und damit das Risiko von Folgeschäden in der Anwendung beim Endkunden deutlich reduzieren. Bei erheblichen Energie- und Materialeinsparungen sollen die Lebensdauer der Lager verlängert und die Betriebssicherheit erhöht werden. Durch den Einsatz des Prüfstandes kann die Ausfallquote der Lager in der Kundenanwendung künftig deutlich reduziert werden. Abwärme aus dem Prüfstandbetrieb wird zurückgewonnen und im werkseigenen Wärmenetz genutzt. Mittelfristig geht die SKF GmbH jährlich von einer Materialeinsparung von rund 160 Tonnen Rohstahl sowie einer Energieeinsparung von rund 12.500 Megawattstunden aus. Dies geht mit einer Minderung des CO2-Ausstoßes um 6.250 Tonnen einher. Ziel des neuen Verfahrens ist zugleich die Ermittlung empirischer Daten für eine künftig eng an den realen Belastungsbedingungen orientierte Entwicklung sowie eine weitgehend prozesssichere, ressourcenschonende Fertigung von Großlagern.
Das Projekt "Demonstration eines Induktionshärteverfahrens für die Herstellung von großen Wälzlagern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EFD Induction GmbH durchgeführt. Wälzlager sind Schlüsselelemente, die z. B. als Hauptwellenlager und/oder in Getrieben von Windturbinen eingesetzt werden. Gegenwärtig ist eine Entwicklung zu immer größeren Anlagen zu beobachten und demzufolge wächst die Nachfrage nach immer größeren Wälzlagern. Hauptwellenlager haben heute einen Durchmesser von bis zu 2.300 mm. In Zukunft werden Wälzlager von bis zu 4.000 mm Durchmesser benötigt. Mit den heutigen Wärmebehandlungsverfahren sind der Fertigung von größeren Wälzlagern technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Ziel der Verfahrensentwicklung und Demonstration ist es, bei der Herstellung von großen Hauptwellenlagern vom derzeitig angewendeten Härteverfahren (Einsatz- oder Durchhärten) auf induktive Randschichthärtung umzustellen und erheblich Energie einzusparen. Um das hocheffiziente Induktionshärten in diesem Anwendungsfeld zu etablieren, müssen neue Anlagen entwickelt und gebaut werden. Eine Umstellung des Wärmebehandlungsverfahrens ist nicht ohne gleichzeitige Materialumstellung möglich. Damit ergeben sich techn. wie auch wirtschaftl. Risiken sowohl aus der Eignung des Verfahrens als auch der Werkstoffe. Erschwerend kommt hinzu, dass in diesem Größen- bzw. Anwendungsbereich Lebensdauertests im Labormaßstab nur bedingt übertragbar sind und daher simuliert werden sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren für diese Anwendung qualifiziert werden müssen. Allein auf Basis der erwarteten Verkaufszahlen für große Lager ergibt sich durch die Umstellung des Härteverfahrens auf die neue Anlage eine jährl. Reduzierung des Stromverbrauchs in Höhe von 2,3 Mio. kWh und von 58.000 m3 Erdgas. Daraus ergibt sich eine signifikante Reduzierung des CO2-Ausstoßes in Höhe von 1.481 t im Jahre 2011. Wäre die Anlage (bei gleichbleibender Stückzahl) im Jahr voll ausgelastet, so wären im Vergleich zum aktuellen Härteverfahren Einsparungen von 12 Mio. kWh und 260.000 m3 Erdgas respektive 7.646 t CO2 p.a. zu erwarten. EFD rechnet mit einem Umsatzwachstum von 27 Prozent im Anlagenbau.
Das Projekt "Demonstration eines Induktionshärteverfahrens für die Herstellung von großen Wälzlagern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SKF GmbH durchgeführt. Wälzlager sind Schlüsselelemente, die z. B. als Hauptwellenlager und/oder in Getrieben von Windturbinen eingesetzt werden. Gegenwärtig ist eine Entwicklung zu immer größeren Anlagen zu beobachten und demzufolge wächst die Nachfrage nach immer größeren Wälzlagern. Hauptwellenlager haben heute einen Durchmesser von bis zu 2.300 mm. In Zukunft werden Wälzlager von bis zu 4.000 mm Durchmesser benötigt. Mit den heutigen Wärmebehandlungsverfahren sind der Fertigung von größeren Wälzlagern technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Ziel der Verfahrensentwicklung und Demonstration ist es, bei der Herstellung von großen Hauptwellenlagern vom derzeitig angewendeten Härteverfahren (Einsatz- oder Durchhärten) auf induktive Randschichthärtung umzustellen und erheblich Energie einzusparen. Um das hocheffiziente Induktionshärten in diesem Anwendungsfeld zu etablieren, müssen neue Anlagen entwickelt und gebaut werden. Eine Umstellung des Wärmebehandlungsverfahrens ist nicht ohne gleichzeitige Materialumstellung möglich. Damit ergeben sich technische wie auch wirtschaftliche Risiken sowohl aus der Eignung des Verfahrens als auch der Werkstoffe. Erschwerend kommt hinzu, dass in diesem Größen- bzw. Anwendungsbereich Lebensdauertests im Labormaßstab nur bedingt übertragbar sind und daher simuliert werden sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren für diese Anwendung qualifiziert werden müssen. Allein auf der Basis der erwarteten Verkaufszahlen von zusätzlich 1.000 Lagern (dies entspricht einer Umsatzsteigerung von 100 Prozent) ergibt sich durch die Umstellung der Härteverfahren eine jährliche Reduzierung des Stromverbrauchs in Höhe von 2,3 Mio. kWh und von 58.000 m3 Erdgas. Daraus ergibt sich eine signifikante Reduzierung des CO2-Ausstoßes in Höhe von 1.481 t im Jahre 2011. Wäre die Anlage (bei gleichbleibender Stückzahl) im Jahr voll ausgelastet, so wären im Vergleich zum aktuellen Härteverfahren Einsparungen von 12 MkWh und 260.000 m3 Erdgas respektive 7.646 t CO2 pro Jahr zu erwarten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Qualifizierung von elektrisch leitfähigen Schmierstoffen für Stahl- und Hybridlager sowie Getrieben in WKA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Klüber Lubrication München GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer tribologisch höchstbeanspruchter Komponenten in Windkraftanlagen zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit. Erreicht werden soll dies mit neuartigen, elektrisch leitfähigen Schmierstoffen, mit denen elektrische und chemische Einflüsse, die nach neuesten Erkenntnissen zu frühzeitigen Schädigungen führen, verringert bzw. gesteuert werden können. Neueste Ergebnisse zur Ermüdungsschädigung von Wälzlagern und Getriebekomponenten haben gezeigt, dass bestimmte Störeinflüsse ein Frühversagen verursachen. Im Erfolgsfall können auf der Basis der Projektergebnisse Schmierstoffe und Schutzsysteme für Windkraftanlagen entwickelt werden, mit denen eine erhebliche Steigerung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der tribologisch beanspruchten Komponenten erreicht werden kann. Neben einem direkten wirtschaftlichen Nutzen der Anlagenbetreiber wird die Wettbewerbsfähigkeit der Partner und deren Kunden in Deutschland und Europa gestärkt und die Windkrafttechnologie für weitere Anlagenentwicklungen befähigt.
Das Projekt "Teilprojekt B2: Wälzlager, Linearführungen und Gewindetriebe für den schmierstoff-optimierten Betrieb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen durchgeführt. In dem durch die DFG geförderten Sonderforschungsbereich SFB442 wird die Entwicklung von umweltverträglichen Tribosystemen angestrebt, d.h. die Funktionalität der oberflächenaktiven umweltgefährdenden Additive soll bei gleich bleibender Performance vom Schmierstoff in die Oberflächen der Laufbahnen übertragen werden. Auf diese Weise soll die Verwendung unadditivierter, biokompatibler Schmierstoffe ermöglicht werden. Die Arbeiten im Teilprojekt B2 konzentrieren sich auf die Realisierung von umweltverträglichen Tribosystemen für die Maschinenelemente Wälzlager, Linearführung und Kugelgewindetrieb. In der dritten Antragsphase des SFB wurden die Laufbahnen von Hochleistungsspindellagern mit SFB internen (CrAlN) sowie auch externen Schichtsystemen (a-C:H:W, a-C:H, Cr) beschichtet. Diese Vorgehensweise verfolgte die Zielsetzung, die Funktionalität der Schmierstoff-Additive (Verschleißschutz, Optimierung der Reibung, etc.) in die Laufbahnoberflächen zu übertragen und somit in Kombination mit im SFB442 entwickelten biokompatiblen Schmierstoffen auf Ester-Basis ein umweltverträgliches Tribosystem zu entwickeln. Neben reinen Stahllagern wurden ebenfalls Hybridlager mit Kugeln aus Siliziumnitrid (Si3N4) in die Arbeiten einbezogen. Schwerpunktmäßig wurden die Zusammenhänge zwischen Schichthaftung, Reibmoment- sowie Temperaturverhalten in Kombination mit den biokompatiblen Schmierstoffen und lagertypischen Eigenschaften wie Oberflächentopographie, Werkstoff der Lagerringe etc. untersucht. Kurzzeit-Stufenversuche mit beschichteten, SFB internen Lagern (CrAlN) zeigten eine zuverlässige Haftung der Schicht, auch in Kombination mit biokompatiblen Schmierstoffen. Die Ergebnisse der detaillierten Oberflächenanalysen, insbesondere auch an beschichteten Triboscheiben, wiesen deutlich auf die Notwendigkeit einer hochwertigen Laufbahntopographie zur Sicherung einer guten Schichthaftung hin. Rechnerische Analysen in Zusammenarbeit mit dem Teilbereich C1 konnten diesen Aspekt untermauern. In der dritten Phase ergab sich besonderer Forschungsbedarf hinsichtlich des Lagerkäfigs, der insbesondere in Fällen von Mangelschmierung zum Lagerfrühausfall führte. Schichtsysteme mit hohem C-Anteil (z.B. a-C:H:W) zeigten in Stichversuchen, dass die Beschichtung Notlaufeigenschaften im Lager sicherstellen kann. Neben dem Maschinenelement Spindellager wurden im Teilprojekt B2 Kugelgewindetriebe und Linearführungen erforscht. Die Arbeiten konzentrierten sich auf die Untersuchung neuer Werkstoffe (z.B. keramische Wälzkörper) sowie der entwickelten Schmierstoffe. Zur tribologischen Optimierung wurden Tribometeruntersuchungen mit diversen Ölen und Führungsbahnbeschichtungen (z.B. Hartverchromung, WC/C) durchgeführt. usw.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Verbesserung des Reib- und Verschleißverhaltens von Wälzlagerkomponenten durch In-Situ strukturiete DLC-Schichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CEROBEAR GmbH durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung einer DLC-Schicht mit einer strukturierten Oberfläche für Werkzeuge, Gleit und Wälzlager. In dem hier beantragen Teilprojekt soll mit Hilfe einer DLC-Schicht die Gebrauchsdauer von Hybrid- und Keramikwälzlagern unter Medien und Mangelschmierung erhöht werden. Durch die gezielte Strukturierung einer DLC-Schicht während des Beschichtungsprozesses soll vor allem der kritische Verschleiß an den Reibkontakten im Wälzlager vermindert werden. Cerobear wird Proben- und Versuchsbauteile fertigen und gemeinsam mit den übrigen Projektpartnern verschiedene Schichtvarianten entwickeln und testen. Auch die Versuche zu Charakterisierung des Reib- und Verschleißverhaltens unter wälzlagertypischen Bedingungen werden von Cerobear durchgeführt. Nach einer erfolgreichen Übertragung der strukturieren DLC-Schichten auf komplexe Versuchsbauteile können nach Projektende Wälzlagerkomponenten unterschiedlicher Geometrie und Abmessung beschichtet werden. Eine Verwertung ist für Anwendungen, in denen extreme Schmierungsbedingungen (Mangelschmierung, Medienschmierung) herrschen, von großem wirtschaftlichem Interesse.
Das Projekt "Teilvorhaben: Verifizierung elektrisch leitfähiger Schmierstoffe mit ionischen Flüssigkeiten in Wälzlagern für Anwendungen im Bereich der Windenergie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schäffler Technologies AG & Co. KG durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer tribologisch höchstbeanspruchter Komponenten in Windkraftanlagen zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit. Erreicht werden soll dies mit neuartigen, elektrisch leitfähigen Schmierstoffen, mit denen elektrische und chemische Einflüsse, die nach neuesten Erkenntnissen zu frühzeitigen Schädigungen führen, verringert bzw. gesteuert werden können. Neueste Ergebnisse zur Ermüdungsschädigung von Wälzlagern und Getriebekomponenten haben gezeigt, dass bestimmte Störeinflüsse ein Frühversagen verursachen. Hierfür wurden Gegenmaßnahmen identifiziert, die im Rahmen dieses Projekts entwickelt und überprüft werden sollen. Schaeffler stellt hierfür das Know-How und die Kapazitäten für die wälzlagertechnische Überprüfung bereit. Schaeffler prüft die Langzeiteignung der gefundenen ionischen Flüssigkeiten im Wälzlagerprüfstand unter praxisrelevanten Bedingungen.
Das Projekt "Teilprojekt: Galvanische Schichtentwicklung zur Energieeffizienzsteigerung beim Einsatz von Lagern unter tribokorrosiven Betriebsbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. Im Bereich der Lagertechnik, dies sind Maschinenelemente, die zum Führen von gegeneinander beweglichen Bauteilen dienen, muss nach dem aktuellen Stand der Technik beim Einsatz in korrosiven Medien eine Kapselung oder Abdichtung der Lagerung erfolgen. Die dabei notwendigen Dichtungssysteme führen zu Reibungsverlusten in Höhe von 30 Prozent. Dies führt wiederum zu einer reduzierten Energieeffizienz. Aktuell ist jedoch ein Verzicht auf die effizienzmindernde Dichtung beim Einsatz in korrosiven Medien nicht möglich, da keine Werkstoffe bzw. Beschichtungen zur Verfügung stehen, deren Eigenschaften dem Belastungskollektiv aus korrosiver und tribologischer Beanspruchung dauerhaft standhalten. Eine für die Zielerreichung des Vorhabens, die Steigerung der Energieeffizienz in industriell angewandten Produkten, unerlässliche Schlüsseltechnologie ist somit die Entwicklung von Lagerwerkstoffen, die für den Einsatz in korrosiven Medien geeignet sind und auf Abdichtungen verzichten. Zur Erreichung des Gesamtziels des Verbundvorhabens werden folgende Wege beschritten: - Die Entwicklung neuartiger metallischer Lagerwerkstoffe mit ausreichender Korrosions- und Verschleißbeständigkeit. - Die Beschichtung verfügbarer Lagerwerkstoffe, um die Korrosionsbeständigkeit bei wirkender tribologischer Beanspruchung zu gewährleisten. Als Beschichtungsverfahren kommen galvanische und PVD-Verfahren zum Einsatz. Diese beiden Technologien können sowohl einzeln als auch in Kombination eingesetzt werden. Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) werden im Rahmen des Vorhabens die Entwicklungen galvanischer Beschichtungen als Komponente der Gesamtlösung durchgeführt. Ein wesentlicher Bestandteil ist hierbei die Schicht- und Verfahrensentwicklung. Dies umfasst die Entwicklung einer galvanischen Schicht, die dem Anforderungsprofil gerecht wird bis hin zur produktionstechnischen Umsetzung von Prüfstandlagern in einer Beschichtungsanlage, die auf das entwickelte Verfahren abgestimmt ist. Im Rahmen des Projektes sollen die zu entwickelnden Systeme Technologiereife erlangen. Als Demonstrator dient das Wälzlager für maritime Anwendungen, wie zum Beispiel Meerwasserkraftwerke, Pumpen oder Schleusensysteme. Die Verwendung des Demonstrators Wälzlager wird aus zwei Gründen gewählt: Zum einen stellt eine abdichtungsfreie tribologische Anwendung unter korrosiver Beanspruchung durch das umgebende Meerwasser eine anspruchsvolle Aufgabenstellung dar. Bei einer industriellen Umsetzung wird hierdurch die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft deutlich gestärkt und ein Beitrag zur Erhöhung der Energieeffizienz geliefert. Zum anderen existieren im Konsortium für derartige Anwendungen eine Vielzahl von Testmethoden bis hin zu Prüfständen, so dass im Rahmen des Projektes praxisrelevante Bauteilprüfungen durchgeführt werden können, um somit eine zielführende und effiziente Einführung in den Markt zu gewährleisten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Grundlegende Untersuchung elektrisch leitfähiger Schmierstoffe und elektrochemische Konzepte zum Schutz von Lager- und Getriebekomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer tribologisch höchstbeanspruchter Komponenten in Windkraftanlagen zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit. Erreicht werden soll dies mit neuartigen, elektrisch leitfähigen Schmierstoffen, mit denen elektrische und chemische Einflüsse, die nach neuesten Erkenntnissen zu frühzeitigen Schädigungen führen, verringert bzw. gesteuert werden können. Neueste Ergebnisse zur Ermüdungsschädigung von Wälzlagern und Getriebekomponenten haben gezeigt, dass bestimmte Störeinflüsse ein Frühversagen verursachen. Hierfür wurden Gegenmaßnahmen identifiziert, die im Rahmen dieses Projekts entwickelt und überprüft werden sollen. Das Teilprojekt des Fraunhofer IWM befasst sich insbesondere mit der Entwicklung von Konzepten zur Vermeidung versagenskritischer elektrischer und elektrochemischer Störeinflüsse. In Untersuchungen sollen die tribologischen Mechanismen und Einflüsse, die zur Wälzkontaktschädigung führen dargestellt und eingeordnet werden. Es soll dann auf einer Modellebene gezeigt werden, wie die versch. Störeinflüsse so beeinflusst werden können, dass die Neigung des Systems zu frühzeitigem Versagen erheblich vermindert wird.
Das Projekt "HA-RCF Wasserstoff-forcierte Ermüdungseffekte in Wälzlagerwerkstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt.
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