"UFO" für SKF

In Schweinfurt errichtet SKF derzeit das leistungsfähigste Großlager-Prüfzentrum der Welt. Die 40-Millionen-Investition soll helfen, künftige Großlager dank der Erkenntnisse aus zwei neuen Testständen viel präziser und effizienter als bislang möglich auf ihre späteren Aufgaben zuzuschneiden. Nun hat das High Tech-Center sein Herzstück erhalten: Eine 125 Tonnen schwere „Untertasse“ ist in den größeren der beiden neuen SKF Prüfstande eingeschwebt. Sie wird die Prüflinge an ihre absoluten Belastungsgrenzen treiben.

Der überdimensionale Diskus hat einen Durchmesser von ca. sieben Metern. Er wird in einem noch größeren Gehäuse rotieren, das über 64 kreisförmig angeordnete Axial- und Radialzylinder verfügt. Diese Zylinder sind in der Lage, enorme dynamische Kräfte im Bereich von mehreren Meganewton zu entwickeln. Ihre Aufgabe ist es, all diejenigen Belastungen zu simulieren, denen Großlager beispielsweise in Windenergieanlagen ausgesetzt sind. „Solche Lager sollen aus Wirtschaftlichkeitsgründen 20 Jahre und länger halten“, erläutert Dr. Martin Göbel, Leiter des Prüfzentrum-Projekts bei SKF. „Diese 20 Jahre – und alle in dieser Zeit denkbaren Belastungen – werden wir mit dem neuen Prüfstand in einem Zeitraum von wenigen Wochen sehr realitätsgetreu abbilden können.“ Das spare nicht nur viel Zeit und Geld, sondern auch Energie – zumal die Abwärme des Prüfstandes per Wärmerückgewinnungsanlage genutzt werde. Unter anderem deshalb wird das Projekt vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie mit rund 1,9 Mio. Euro gefördert.

Für die hoch effizienten „Stresstests“ wirken die Hydraulikzylinder im großen Prüfstand zunächst auf die gerade eingebrachte 125-Tonnen-Scheibe ein. Die wiederum reicht die entsprechenden Lasten an den Prüfling weiter, der per Adapter an der Scheibe befestigt ist. „Das ist ein innovatives Konzept“, so Göbel, „und es hat einen entscheidenden Vorteil. Denn die aufs zu prüfende Lager einwirkenden Kräfte werden nicht durch die ,Eigen-Stabilität‘ eines lastausübenden Lagers beschränkt.“

Dank des extrem robusten Sieben-Meter-Diskus‘ lassen sich die zu testenden Großlager deutlich stärker belasten als bei „klassischen“ Prüfstanddesigns. Unter dem Strich können die 64 Zylinder in Kooperation mit der Scheibe über alle Achsen hinweg Kräfte entfesseln, die in ihrer Kombination sogar um ein Mehrfaches höher liegen als bei der aktuell stärksten Großlager-Prüfanlage. Zusätzlich wird der von der Augsburger RENK Test System GmbH gefertigte Prüfstand – in Bezug auf die Größe der Prüflinge – hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten ermöglichen: bis zu 30 min-1. Dabei kann er nicht nur ein einzelnes Großlager mit bis zu sechs Metern Außendurchmesser, sondern gleich die komplette Lagerungseinheit (inklusive Umbauteilen des Kunden) testen.

Kein Wunder also, dass Projektleiter Göbel zu folgender Überzeugung gelangt: „Dank der massiven Scheibe wird der künftige SKF Prüfstand bezüglich der Kombination von Dynamik, maximale Kräfte und Biegemomente sowie Drehzahlen alles bisher Dagewesene in den Schatten stellen. So können wir aus den Tests Erkenntnisse gewinnen, die es uns ermöglichen, gegenwärtige rechnerische Simulationsmodelle zu vervollkommnen und kommende Großlager-Generationen viel präziser und ressourcenschonender auf ihre spätere Aufgabe zuzuschneiden.“

Kräfte unter Kontrolle

Damit die Großlager der Zukunft ebenso langlebig wie leicht werden, ist im Prüfzentrum derzeit noch echte Schwerstarbeit erforderlich: Das Gehäuse für das 125-Tonnen-„UFO“ besteht aus sechs Segmenten. Allein die beiden unteren Segmente wiegen jeweils rund 60 Tonnen. „Wir haben diese Segmente mit insgesamt rund zweihundert M80-Gewindebolzen und einer Vorspannkraft von mehreren Meganewton auf ihren Sockeln fixiert“, berichtet Andreas Büchner, Senior Project Manager im Testcenter-Team von SKF.

Die Sockel, in denen die Schrauben stecken, sind Bestandteil eines 3.000 Tonnen schweren Fundaments, das vom Rest des offen und leicht anmutenden Gebäudes entkoppelt ist – um keine störende Wechselwirkung mit dem Gebäude zu erhalten. Angesichts des massiven Unterbaus ist die Präzisionsarbeit an der Schnittstelle zwischen den Sockeln und den Gehäuse-Unterteilen umso erstaunlicher: „Was die Ebenheit der Auflageflächen anbelangt, reden wir über Toleranzen von wenigen Zehntel Millimetern“, erläutert Büchner, „und zwar über eine Distanz von rund zehn Metern!“

Nun gelte es, die restlichen drei Gehäuse-Segmente um die Scheibe herum zu montieren. Zwei davon sind jeweils rund 70 Tonnen schwer. „Im Endeffekt wird der Prüfstand dadurch ein Eigengewicht von etwa 700 Tonnen erzielen“, so Büchner weiter, „und damit stabil genug sein, um seine gewaltigen Kräfte kontrolliert auf die Prüflinge aufzubringen.“

Kleiner, flexibler, schneller

Im direkten Vergleich mit seinem „großen Bruder“ wirkt der kleinere der beiden neuen SKF Prüfstände zwar weniger monumental, aber auch er hat es in sich: In seinem 130-Tonnen-Prüfkopf stecken vier Axial- und zwei Radialzylinder, die mit Hilfe von Außen- und Innenringadaptern auf verschiedenste Großlager-Designs einwirken können. Seine Prüflinge können beispielsweise aus Anwendungsbereichen wie dem Schiffbau, dem Bergbau oder auch der Zement- und Stahlindustrie stammen. Das macht ihn außerordentlich vielseitig einsetzbar. Seiner „Flexibilität“ zum Trotz wird naturgemäß auch dieser Teststand ein äußerst stabiles Ungetüm: Sein Eigengewicht dürfte letztlich bei rund 300 Tonnen liegen.

„Unser kleiner Prüfstand wird Kräfte von gut einem halben Dutzend Meganewton entwickeln“, so Dr. Martin Göbel, „und natürlich auch deutlich höhere Rotationsgeschwindigkeiten erzielen als der Prüfstand mit Schwerpunkt ,Windenergie‘. In diesem Fall reden wir von weit über 200 Umdrehungen pro Minute.“ Die Kombination derartiger Lasten und Drehzahlen mache selbst den „David“ unter den beiden neuen SKF Prüfständen weltweit konkurrenzlos, betont der Gesamtprojekt-Leiter. Dank seiner besonderen Fähigkeiten werde demzufolge auch der kleinere Teststand den Wälzlager-Experten bei SKF Einblicke in bestimmte innere Abläufe ermöglichen, die sich bislang von keinem Computer-Simulationsprogramm zuverlässig abbilden lassen. Darüber hinaus soll der Prüfstand u. a. maßgebliche Potenziale zur Energie- und Materialeinsparung bei der Herstellung neuartiger Großlager aufzeigen. Das ist einer der Gründe dafür, dass der kleinere der beiden neuen SKF Prüfstände in das Umweltinnovationsprogramm des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit aufgenommen wurde und von diesem mit ca. 1,6 Mio. Euro gefördert wird.

„Die Erkenntnisse aus den Tests werden uns zum einen dabei helfen, bestehende Lebensdauer-Berechnungsmodelle für Großlager im Hinblick auf eine größere Realitätsnähe zu optimieren. Zum anderen werden diese Erkenntnisse natürlich auch in unsere Produktentwicklung einfließen und beispielsweise dazu beitragen, dass kommende Großlager-Generationen bei möglichst geringem Gewicht und minimaler Reibung in ihrer jeweiligen Anwendung ein Maximum an Haltbarkeit erzielen. Alles zusammen schont Ressourcen – nicht nur in der Herstellung, sondern auch beim Einsatz künftiger SKF Großlager. Davon profitieren Umwelt und Anwender gleichermaßen“, resümiert Göbel.

Jenseits aller Science Fiction kann sich das in Schweinfurt gelandete „UFO“ also schon bald für viele Kunden in der knallharten Wirklichkeit des globalen Wettbewerbs bezahlt machen: Seinen Betrieb soll das SKF Prüfzentrum Mitte 2017 aufnehmen.