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Hallo!
Ich habe bei einem Bolzen für ein Kistenkippgerät ein kleines Problem mit der Festigkeit. Mit dem Kistenkippgerät wird eine Kiste mit einem Gewicht von ca. 800kg durch einen Hydraulikzylinder (mit ungünstigem Kraftangriffspunkt) gekippt. Der Zylinder (Durchmesser 60mm, Betriebsdruck 200bar) muss hierbei ca. eine Kraft von 31900N aufbringen. Der Standardhydraulikzylinder von unserem Zulieferer hat eine 25,5mm Bohrung in der Kolbenstange die über einen zweischnittigen Querbolzen mit der Maschine verbunden. Der Bolzen war bis jetzt in der Aufnahme gegen verdrehen gesichert. Hierdurch kam es zu einer Gleitbewegung zwischen der Kolbenstange und dem Bolzen, die wegen der schlechten Gleitpaarung (Stahl auf Stahl ohne Schmierung) mit einer zu großen Flächenpressung dazu geführt hat, dass der Bolzen gefressen hat. Dieses Problem kann ich denk ich durch eine passend ausgelegte Gleitpaarung mit Igudur Z Gleitlagern (dynamische Flächenpressung bis 150N/mm²) beseitigen.

Beim Durchrechnen ist mir jedoch neben der zu Hohen Flächenpressung aufgefallen dass laut Roloff Matek die Biegespannung bei 462N/mm² liegt.
Spielpassung an Stange und Gabel:
Mbmax= F*(tS+2*tG)/8
Mbmax=578Nm
sigmab=1.25*578Nm/(0,1*(25mm)³)
sigmab=462N/mm²
Bolzenwerkstoff 42CrMo4, schwellende Belastung
sigmabzul=0,2*Rm=200N/mm³

-> Sicherheit bei Biegung 0,43
-> Flächenpressung zu groß
-> Abscherung passt

Wenn der Bolzen in die Gabel eingepresst wird und an der Stange eine Spielpassung hat (Einbaufall 2) läge die Sicherheit bei der Biegung über 1 und wäre somit ok. Laut unserem Hydrauliklieferanten werden die Bolzen jedoch immer mit einer Spielpassung eingebaut und nur außen versplintet somit müsste ich nach Fall 1 rechnen.

Jetzt die große Frage: Wieso liegt die Sicherheit gegen Biegung am Bolzen bei dem Standardzylinder mit der Standardbohrung 25,5mm bei einem Kolbendurchmesser von 60mm schon bei 31900N unter Null wenn dieser doch Theoretisch bei 200bar 56548N drücken könnte und über diesen Bolzen übertragen müsste. Hier ein Datenblatt, dass Ziemlich genau dem meines Zylinders entspricht http://www.fk-soehnchen.de/out/media/chapel_zylinder.pdf

1. Habe ich Falsch gerechnet?
2. Ist der Bolzen falsch eingebaut (muss er doch in die Gabel eingepresst werden)?
3. Spiel Biegung eventuell doch keine Rolle und ich muss nur auf Flächenpressung und Abscherung rechnen?

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In einem ähnlichen Fall habe ich hier Zylinder mit vergrößerten (wartungsfreien, sphärischen) Gelenköpfen an beiden Enden anfertigen lassen. Der Aufpreis war vernachlässigbar.

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An eine Sonderanfertigung habe ich auch schon gedacht. Mit stellt sich nur die Frage warum die Bohrung bei einem Standardzylinder nicht so groß ist, dass der Bolzen zumindest bei einem Anwendungsfaktor von 1 im statischen Fall auf Biegung ausreichend dimensioniert ist. Wenn man einen Durchmesser 60mm Zylinder für 200 bar kauft dann muss doch auch der in die Bohrung des Zylinders passende Bolzen zwangsläufig ca 56,5kN übertragen können. Vorteilhaft wäre hier sogar ein Anwendungsfaktor von mehr als 1 weil unter Umständen auch Schläge auf den Bolzen treffen könnten wenn der Zylinder z.B. etwas Rüttelt.

Aber auch die Toleranzen bzw. Abmessungen der Bohrungen sind ein wenig Merkwürdig mit 25,5. Das ist ja schon eine ziemlich reichliche Spielpassung (bei einem h7 Bolzen).

[Diese Nachricht wurde von klucky am 04. Mrz. 2014 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von klucky am 04. Mrz. 2014 editiert.]

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Mmmh.

Wenn Du es jetzt etwas genauer rechnen würdest:

sigmabsch=820N/mm²
b1=0,82
b2=0,9
ßk=1

kämst Du auf v=820*0,82*0,9/1/462=1,3
Unter den richtigen Umständen wäre das doch schon hinreichend schöngerechnet.
Ansonsten eventuell noch höher ansetzen mit 34CrNiMo6.

Gruß, Torsten

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Hallo und einen guten Start in den Tag klucky.

du bist sicher , das die Bolzen nach Norm (ISO 2340 / ISO 2341) sind?
Die 25,5 springen mir als 1" ins Augen. (autsch).

Es gibt solche Bolzen, welche fettgeschmiert durch eine zentrische Bohrung gelagert sind.
Eine ander Möglichkeit ist den Bolzen extra fertigen zu lassen und Tenifer zu beschichten. Diese Beschichtung bieten gewisse Trockenlaufeigenschaft.

Wie ist denn der Verschleiß an dem eingebauten Zylinder?
Ist die Bohrung noch in Ordnung oder ist die Gegenlagerung defekt?

Hast du die Möglichkeit die Konstellation entsprechend ausztauschen?

Gruß
ThoMay

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Das Auge des Zylinders ist jetzt ein langloch. Und der Bolzen sieht aus wie eine Kurbelwelle.
Bei der Konstruktion trat das Problem früher an der Gabel auf,  bis mein Kollege den Bolzen fixiert hat.
Viel Platz für Änderungen habe ich an der Stelle nicht und die Maschine ist in einer Anlage so verbaut dass man überhaupt nur schlecht ran kommt.

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Zitat:

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Original erstellt von klucky:
... Bolzenwerkstoff 42CrMo4, schwellende Belastung
sigmabzul=0,2*Rm=200N/mm³ ...

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Wo hast Du das denn her?
Nach DIN 743 Teil 3 liegt der Biege-Wechselfestigkeitskennwert für 42CrMo4 bei 550N/mm². Der entsprechende Schwellfestigkeistkennwert liegt als mit Sicherheit erheblich höher.
In älteren Werkstofftabellen finde ich Werte von 750N/mm² bis ca. 800N/mm².

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Hi,

Weil das so im Roloff Mattek steht, dass man erfahrungsgemäß die zulässige Biegespannung abhängig von Zugfestigkeit bei schwellender Belastung <sigma>bzul = 0,2*Rm annehmen soll. 

So kann man natürlich jeden Werkstoff kaputtrechnen.

Grüße,

Gollum

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Seid ihr auch total fertig und versteht die Welt nicht mehr? Teilt euren Schmerz in meinem Gästebuch.

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Roloff Matek:

Gleichung 9.2:
sb = KA*Mbnenn/W =  KA*Mbnenn/(0,1*d3³) < sbzul

sbzul zulässige Biegespannung wie zu Gl. (9.1)

Gleichung 9.1:
... gilt erfahrungsgemäß: 0,3*Rm bei ruhender, 0,2*Rm bei schwellender und 0,15*Rm bei wechselnder Belastung.

Also doch falsch bzw. zu grob gerechnet  

[Diese Nachricht wurde von klucky am 05. Mrz. 2014 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von klucky:
Roloff Matek: [...] Also doch falsch bzw. zu grob gerechnet ... [Diese Nachricht wurde von klucky am 05. Mrz. 2014 editiert.]

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Nein, sondern nicht verstanden, wobei der Roloff/Matek genau an solchen Stellen meiner Meinung nach immer ein wenig Erklärung vermissen lässt.
Wenn eine zulässige Spannung angegeben wird, dann heißt das üblicherweise, dass diese wirklich erreicht werden darf, ohne dass es zu einem Schaden kommen dürfte. Demnach muss bei der Berechnung einer zulässigen Spannung die Sicherheit und ggf. Kerbwirkung bereits dort mit eingerechnet sein. Im vorliegenden Beispiel würde das bedeuten, dass bei Ihren Sig_b_Schw_zul=200 N/mm² gegenüber den Festigkeitsgrenzwerten von Sig_b_schw_max=700 N/mm² ein Zuschlag von 3,5 für Sicherheit (z.B. 2,5), Kerbwirkung (z. B. 1,4), Oberflächeneinfluss usw. eingerechnet wurde. Das passt dann auch wieder, da in der angegebenen sehr einfach gehaltenen Formel diese Einflüsse unberücksichtigt sind.

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Zitat:

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Original erstellt von Wyndorps:

In älteren Werkstofftabellen finde ich Werte von 750N/mm² bis ca. 800N/mm².

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Hatte ich doch oben schon gemacht.
R/M von ca. 1990 sigmabschw 820N/mm².

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Zitat:

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Original erstellt von Torsten Niemeier:
Hatte ich doch oben schon gemacht.
R/M von ca. 1990 sigmabschw 820N/mm².

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Da stand doch einfach kommentarlos nur ein anderer, erheblich höherer Wert, aber ohne die Quellenangabe.

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"Ich stimme mit der Mathematik nicht überein. Ich meine, daß die Summe von Nullen eine gefährliche Zahl ist."  (Stanislaw Jerzy Lec)

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Zitat:

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Original erstellt von Wyndorps:

Da stand doch einfach kommentarlos nur ein anderer, erheblich höherer Wert, aber ohne die Quellenangabe.

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Ok, ich bin raus.

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Hallo und Mahlzeit.

kluncky schreibt:

Zitat:

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Das Auge des Zylinders ist jetzt ein langloch. Und der Bolzen sieht aus wie eine Kurbelwelle.

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Das wirst du aber jetzt nicht gut rechnen können/wollen,oder?
Eine sauber Instandsetzung bedingt in diesem Falle neuen Zylinder und Gegenlager.
Sollte das Gegenlager nicht so einfach austauschbar sein, kann man ein Ausbuchsen in Erwägung ziehen.
=> Dann hast zumindest begrenzte Möglichkeit der Änderung. Z. B. Bolzendurchmesser genormt
In wie weit eine Reparatur des H-Zylinder wirtschaftlich ist???

Gruß
ThoMay

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Nein Schönrechnen will ich da nichts. Das muss schon getauscht werden. Ich will es nur beim nächsten mal so haben dass es Dauerhaft hält.
Man sieht auch direkt am Bolzen, dass die Flächenpressung zum versagen geführt hat. Zumal dort ursprünglich für den Bolzen ungehärteter Stahl eingesetzt wurde und der Bolzen in der Gabel gegen Verdrehung gesichert war, so dass sich die Kolbenstange bei jedem Hub 130° um den Bolzen gedreht hat.
Ich hab mich nur beim Durchrechnen gewundert warum die Sicherheit bei der Biegung bei dem Bolzen für die Standardbohrung auf Biegung nicht groß genug war.
Ich denke auch nicht, dass eine Reparatur der Zylinder wirtschaftlich und vor allem nicht vor Ort durchführbar ist.

Die 25,5mm Bohrung ist scheinbar echt für einen 25,4mm bzw 1Zoll Bolzen gedacht. Jetzt muss ich nur noch einen Hersteller für solche Bolzen finden. Weiß jemand eventuell wo man so etwas bekommt. Wenn bei den Standartzylindern immer eine 25,5mm Bohrung vorhanden ist muss es doch irgendwo auch fertige passende Bolzen geben.

Das Gegenlager würde ich auf auf jeden Fall tauschen. Dort sind jetzt zwei 25mm Dicke Laserteile eingeschweißt.
An dieser Stelle bin ich jetzt auf der suche nach einem Fertigteil ( http://www.wsw-waelzlager.de/produkte/index.htm ) oder ich werde mir eine Aufnahme mit Igudur Z Gleitlagerbuchsen anfertigen lassen, dann kann der Bolzen sich an dieser Stelle schonmal ohne Probleme mitdrehen.
Bei den Fertigen Aufnahmen habe ich im Moment noch keine gefunden bei der das Maß CM http://www.gelenklagertechnik.de/_downloads/CBB.pdf zu meiner Kolbenstange passt (vorne 57-60mm Durchmesser bei 25,5mm Bolzendurchmesser). Oder brauche ich an dieser Stelle noch einen Gelenkkopf der auf die Kolbenstange gesteckt und mit dem 25,5mm Bolzen gesichert wird?

[Diese Nachricht wurde von klucky am 05. Mrz. 2014 editiert.]

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Hallo und einen guten Start in den Tag klucky.

Du schreibst:

Zitat:

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mit Igudur Z Gleitlagerbuchsen anfertigen

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Die gibt es meines Wissens nur von der Stange und nicht als Einzelfertigung.
Zudem sind diese Gleitlager meiner Information nach nicht für deinen Einsatzfall geeignet, aber bitte entsprechend Kontakt zum Lieferanten aufnehmen.

Also die von dir beispilehaft angegebenen Lagerböcke sind für einen Bolzendurchmesser von 25mm gedacht.
Entsprechend würde das Gegenstück ein Gelenkauge mit Innengewinde für auf die Kolbenstange, Konternmutter und dem Bolzendurchmesser 25mm auszusuchen sein.
Was dem evtl. entgegensteht ist der Einbauraum des neuen H-Zylinders.

Gruß
ThoMay

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Gleitlager.png

Hallo und Danke erstmal dass du so fleißig antwortest,
Ich glaube ich habe mich ein wenig unverständlich ausgedrückt das Gleitlager sollte von der Stange sein und die Aufnahme angefertigt werden.
was spricht denn an dieser Stelle gegen Gleitlager? Wenn ich mir das Datenblatt (http://www.igus.de/_Product_Files/Download/pdf/22_GL_igl_Z_RZ.pdf oder http://www.igus.de/_wpck/pdf/global/iglidur%20G%20Werkstoffdatenblatt.pdf) beide sind von der Flächenpressung her mehr als ausreichend und sollten zu einem geringeren Verschleiß führen. Aber diesbezüglich müsste ich dann wie du es gesagt hast nochmal mit Igus sprechen.
Den Bolzen würde ich in diesem Fall warscheinlich sogar in der Kolbenstange fixieren, so dass die Gleitbewegung ausschließlich an den Lagern auftritt.
Ich bin zur Zeit aber noch für alle Ideen und Einwände offen   .

[Diese Nachricht wurde von klucky am 06. Mrz. 2014 editiert.]

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Hallo kluckay

Gegen die Gleitlager spricht die einförmige Belastung.
Du hast die auftretende Last nur auf eine kleinem Bereich und nicht am vollen Umfang wie bei einer Drehung.
Es war ein ähnlicher Einsatzfall bei uns und der Vertreter war so ehrlich zuzugeben, daß das Lager so etwas nicht lange mitmacht.
Aber versicher dich selbst.

Gruß
ThoMay

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Gleitlager an den Enden von Hydraulikzylindern und deren Kolbenstangen sind absoluter Standard. Kann man an jedem Bagger sehen, inklusive einem halben Pfund Fett um jede Lagerstelle herum 
Bevorzugt als Gelenkkopf, weil die nun mal prinzipbedingt vollkommen unempfindlich gegen Schiefstellung sind.

Gleitlager lassen sich sehr wohl auch für Schwenkbewegungen (<360°) auslegen, natürlich eher nicht die klassische Variante mit hydrodynamischer Ölschmierung, sondern besagte Gelenklager oder auch zylindrische Gleitlagebuchsen, z. B. von SKF oder von ELGES (INA). Berechnung siehe dort, sowohl die wartungspflichtige, fettgeschmierte Variante, als auch wartungsfrei.
Solche wartungsfreien Gleitlagerbuchsen gibt es übrigens auch bei WSW Wälzlager, die Du ja bereits gefunden hattest, dort allerdings mit äußerst spärlichen Angaben zur Berechnung. (Die Dinger haben wir auch im Einsatz, allerdings noch nicht sehr lange, daher kann ich leider noch nicht aus eigener Erfahrung Angaben zur Dauerhaftigkeit machen.)

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Zitat:

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Original erstellt von ThoMay:
Gegen die Gleitlager spricht die einförmige Belastung.

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Das mögen Wälzlager aber noch weniger, und Stöße mögen sie erst recht nicht.

------------------
Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

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Hallo und einen guten Tag Gemeinde.

@Roland.
Habe auch nicht geschrieben, das Wälzlager besser wäre.
Wenn das so rüber gekommen ist, habe ich mich unklar ausgedrückt.

@Alle
Die weiter oben beschriebenen einfache Gleitlager mit der geringen Wandstärke waren gemeint.
Die Lager in den Gelenkaugen sind entsprechend auf die beschriebene Belastung angepasst.
Wenn ich Klucky richtig verstanden habe, ist der Einbauraum nicht groß genug für Gelenkaugen und H-Zyl.
Bin davon ausgegangen, das der Bolzen durch die Kolbenstange und dann beidseitig in einen Lagerbock gebaut wird. In dem Lagerbock sollen die Gleitlager.

Schön, wenn das gleichartige aus den Gelenkaugen sein können.

Klucky, hast du am Lagerbock Platz dafür?

Gruß
ThoMay

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