Die Ingenieurin

May 12, 2023

Warum sindLeichte Drehkränze,(Lager)Wird es schnell zur ersten Wahl für Konstrukteure bei anspruchsvollen Bewegungssteuerungsanwendungen, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie?

Ganz einfach: Wo es auf absolute Genauigkeit, optimale mechanische Leistung und gute Korrosionsbeständigkeit ankommt, bewähren sich leichte Drehkränze auch in den anspruchsvollsten Anwendungen.Carl Brundell, MD vonLagerspezialistenCarter Manufacturing,untersucht die Gründe dafür genauer.

Manchmal erzählen die Zahlen die Geschichte. Beispielsweise haben wir kürzlich eines unserer leichten, hochbelastbaren Aluminium-Schwenklager gesehen, das für die Turmmontage in einer Verteidigungsanwendung spezifiziert wurde. Der Turmdurchmesser beträgt über 2 Meter, weist jedoch einen Rundlauffehler auf, der in Mikrometern gemessen wird. Vereinfacht gesagt ermöglicht ein Drehkranz oder Lager den Konstruktionsteams, gepaarte Lager durch ein einziges Element zu ersetzen, was die Anzahl der Teile, das Gewicht, die Komplexität und die Kosten reduziert.

Zu den typischen Anwendungen, an denen Carter beteiligt war, gehören: Antriebssysteme und kardanische Radarlager für Raumfahrzeuge, CT-Scanner, Herz-Kreislauf-Geräte für medizinische Anwendungen, Hubschraubersitzhalterungen, Waffensysteme für die Luft- und Raumfahrt und andere militärische Präzisionssysteme, einschließlich Roboter, Geschütztürme und Überwachungssysteme.

Während für weniger anspruchsvolle Bewegungssteuerungsanwendungen viele Drehkränze verfügbar sind, ist die Auswahl für High-Tech-Anwendungen begrenzt. Beispiele hierfür sind AFVs (gepanzerte Kampffahrzeuge), Satelliten, Ultrahochvakuumumgebungen oder militärische Spezifikationsverfolgungssysteme, die ein deutlich höheres Maß an Genauigkeit, Gewichtseinsparung und Korrosionsbeständigkeit erfordern. Mit dem zuvor erwähnten Drehkranz aus Aluminium wurde durch den Einsatz einer revolutionären geteilten Dünnschichtlagerkonstruktion eine außergewöhnliche Genauigkeit erreicht.

Es verfügt über einen geteilten Innen- und Außenring, sodass die Lagervorspannung durch die Wellen- und Gehäusepassungen bestimmt werden kann, sodass Spiel- oder Vorspannungseinstellungen bereits in der Konstruktionsphase der Anwendung festgelegt werden können. Dies bedeutet eine erhebliche Kostenreduzierung, da keine besonderen Vorspannungen erforderlich sind, die bei der Werksmontage in das Lager eingebaut werden müssen, während Edelstahlkomponenten in Teilen der Konstruktion die Korrosionsbeständigkeit optimieren.

Ein Großwälzlager ist so konstruiert, dass die Wälzkörper unter Last eine reaktive Bewegung innerhalb des Lagers erzeugen, die den vorhandenen Überlauflasten (oder Kipplasten) entgegenwirkt, die in der Bewegungssteuerungsanwendung vorhanden sind.

Dies ist für Entwickler militärischer Land-, See- und Luftausrüstung von entscheidender Bedeutung, da Schiffe, Fahrzeuge und UAVs aufgrund ihrer geringeren Größe im operativen Einsatz schwieriger zu sehen oder zu verfolgen sind. Ein weiterer Vorteil der Verwendung leichter Großwälzlager liegt in Anwendungen, bei denen ein zugehöriges Antriebssystem oder ein Zahnkranz vorhanden sein muss. Für diese Projekte können Drehkränze mit bereits vorhandener erforderlicher Bearbeitung (z. B. Einbau eines Zahnkranzes) spezifiziert werden.

Diese zusätzliche Technik ist bei den meisten Großwälzlagern in den meisten Größen und Tragzahlen möglich und trägt dazu bei, erhebliche Einsparungen bei den Anschaffungskosten zu erzielen und unnötige Komplexität zu beseitigen. Die Großwälzlager, die Carter an Auftragnehmer aus den Bereichen Verteidigung und Luft- und Raumfahrt liefert, verfügen über Zahnkränze oder Zähne, die je nach Bedarf des ausgewählten Antriebs- oder Aufnahmesystems entweder am Innen- oder Außenring (oder sogar an beiden) angebracht werden können.

Die am häufigsten spezifizierten Großwälzlager sind Gleit-, Flansch- oder Zahnradlager, die mithilfe von Löchern im Innen- und Außenring auf den erforderlichen Flächen montiert werden, um absolute Festigkeit, Präzision und Haltbarkeit zu gewährleisten. Dies sind wichtige Konstruktionsmerkmale, insbesondere für hochpräzise Anwendungen wie Radargeräte, Zielverfolgungsgeräte oder Schützentürme für Schützenpanzer. Abhängig von den eingestellten Quer- oder Längsbelastungsparametern können auch alternative Montagemethoden eingesetzt werden.

Das Sortiment an Großwälzlagern für den Einsatz in High-Tech-Anwendungen in der Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrt-, Kryo- oder Nuklearindustrie bietet unterschiedliche Innen- und Außenausführungen. Sobald die Kräfte für jede Anwendung vorhergesagt sind, können Ingenieure aus einer Reihe von Optionen wählen. Zum Beispiel; ein Einzel- oder Doppelkugeldesign, ein Rollendesign (oder Doppelrolle je nach Bedarf für den Einsatz in einer Richtung), Kreuzrollen (geeignet für den Einsatz in zwei Richtungen), Dreifachrollen oder Kugel-/Rollen-/Nadelkombinationen mit entweder geteiltem Design oder Draht -Renneinsätze. Dies ermöglicht es Carter, die Reaktion des Schwenklagers auf eine bestimmte Anwendung abzustimmen, unabhängig davon, ob es für den Transport eines 200-g-Scanners ausgelegt ist, der sich mit 200 Grad pro Sekunde dreht, oder eines 12-Tonnen-Teleskops, das 20 Stunden für die vollständige Drehung benötigt.

Zu den für Ultrahochvakuumanwendungen verfügbaren Materialien gehört Aluminium, das sich ideal für gewichtskritische Anwendungen eignet, bei denen eine Kombination aus ultrakompakter Bauweise und gleichzeitig hoher Festigkeit erforderlich ist. Während sich Konstrukteure möglicherweise darauf konzentrieren, Zeichnungen zu liefern, die den erforderlichen Spezifikationen entsprechen, wird es manchmal anderen überlassen, einen weiteren wichtigen Aspekt der Lagerleistung zu berücksichtigen, der für Großwälzlager genauso gilt wie für alle anderen Lagertypen – nämlich die Abdichtung und Schmierung .

Schwenklager, die in aggressiven Umgebungen, in Raumfahrzeugen, im Ultrahochvakuum oder bei Anwendungen mit extremen Temperaturen eingesetzt werden, erfordern spezielle Dichtungen und Schmierung, während für allgemeine Fertigungsanwendungen viele Standardoptionen zur Auswahl stehen. Die faszinierenderen Wissenschafts- und Fertigungsprojekte haben jedoch zur Entwicklung maßgeschneiderter Dichtungen und innovativer Schmierstoffe geführt, die sich als echte Game-Changer erwiesen haben. Auch das umfangreiche Spektrum an Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtanwendungen, bei denen jetzt leichte Drehkränze spezifiziert werden, hat die Vorteile der hauseigenen und gefragten CAD/CAM- und FEA-Einrichtung von Carter hervorgehoben.

Genauigkeit, Langlebigkeit, Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind von entscheidender Bedeutung. Die Einrichtungen von Carter ermöglichen es den Konstrukteuren, ihre Lageranforderungen zu simulieren und die erforderlichen wesentlichen Daten zu erfassen, um die besten Materialien und Lagerkonstruktionen auszuwählen, bevor funktionsfähige Prototypen hergestellt werden. Die wesentlichen Parameter sind; Drehzahl, Biegelasten, Plattformsteifigkeit und -steifigkeit, vertikales Spiel, Montagemöglichkeiten, Korrosionsschutz, Schutz vor eindringendem Wasser und Leichtgängigkeit der Rotation. Um einem so vielfältigen Anwendungsspektrum gerecht zu werden, können Drehkränze mit Wälzkörpern aus verschiedenen Grundmaterialien, einschließlich Keramik, Chromstahl und rostfreien Stählen, spezifiziert werden.

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