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Wälzlager

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Dieser Artikel beschäftigt sich mit rotierenden Wälzlagern. Translatorische Wälzlager siehe Linearkugellager.
Kugellager mit stehendem Außenring
Kegelrollenlager

Wälzlager sind Lager, bei denen zwei zueinander bewegliche Komponenten, der sogenannte Innenring sowie der Außenring durch rollende Körper getrennt sind. Sie dienen der Abstützung von radialen und axialen Kräften bei Achsen und Wellen, und sollen dabei die durch Reibung entstehende Verlustleistung und den Verschleiß möglichst klein halten. [1] Zwischen den drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und Wälzkörper tritt hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen, ist die Rollreibung dieser Lager relativ gering.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Geschichte des Wälzlagers

Die Geschichte des Wälzlagers reicht über 2700 Jahre zurück. Bei Ausgrabungen eines keltischen Streitwagens wurden kleine zylinderförmige Buchenholzstücke in der Nähe der Radnaben entdeckt. Forscher schließen daraus, dass die Kelten bereits gegen 700 v. Chr. das Zylinderrollenlager kannten. Auch im römischen Reich, gegen Ende der Republik, wurden Kugellager in Hebezeugen verwendet. Bei der Bergung der Nemi-Schiffe des Kaisers Caligula (Amtszeit: 37–41 n. Chr.) wurde ein Drucklager gefunden, das möglicherweise zu einer drehbaren Statuenbasis gehörte.

Im Zuge der Industrialisierung entstand der Bedarf nach einer Lagerung, die sich bei niedriger Drehzahl besser verhielt als Gleitlager. Das Gleitlager verschleißt bei niedriger Drehzahl und/oder bei unzureichender Schmierung sehr schnell. In alten Dampfloks etwa wurden die Radlager ständig neu gegossen.

Lager von 1904

Im Laufe der Zeit kamen zahlreiche weitere Varianten hinzu. Insbesondere entwickelte sich die Fertigungsgenauigkeit und die Schmierstoffentwicklung weiter. Zahlreiche Normen legten auch gängige Standard-Abmessungen fest und vereinfachten so Konstruktion und Fertigung. Heute werden Lager mit integrierten Sensoren wie elektronischer Kraft- und Verschleißermittlung angeboten.

[Bearbeiten] Geschichte der deutschen Wälzlagerindustrie

[Bearbeiten] Wälzkörper und Wälzkörperkäfig

Kugellager

Die umgangssprachlich bekannten Kugellager sind eine Untergruppe der Wälzlager, bei denen Kugeln als Wälzkörper dienen.

Bei modernen Wälzlagern werden die Wälzkörper (Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen oder Kegel) durch einen Käfig in gleichem Abstand gehalten. Ältere Wälzlagertypen und Sonderausführungen kommen ohne Käfig aus. Vor allem Wälzlager in Steuerungssystemen von Flugzeugen haben keinen Käfig. Dadurch können mehr Wälzkörper pro Lager eingesetzt werden, was die Belastbarkeit deutlich erhöht. Jedoch eignen sie sich nicht für Drehzahlen größer als ca. 300 Umdrehungen pro Minute.

Käfigwerkstoff war früher Messing, wegen der erhöhten Laufruhe. Heute wird der Käfig aus Kosten- und Gewichtsgründen oft aus Kunststoff (Polyamid) gefertigt. Messingkäfige gibt es weiterhin für Sonderanwendungen. Bei vielen Wälzlagertypen wird der Käfig aus niederlegiertem, nicht gehärtetem Stahl verwendet.

[Bearbeiten] Lagerwerkstoffe

Üblicherweise werden Wälzlager aus Chromstahl gefertigt, sehr hart, aber leicht rostend, in der Stahlsorte 100Cr6 (Werkstoff-Nr. 1.3505), ein Stahl mit einem Gehalt von ca. 1 % Kohlenstoff und 1,5 % Chrom z.B. 100CrMn6, 100CrMo6.

Für Anwendungen in korrosiver Umgebung werden auch die Stähle X65Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.4037) und X30CrMoN15-1 (Werkstoff-Nr. 1.4108) verwendet. Letzterer kann, zumindest für einige Tage, auch in lebenden Menschen zum Einsatz kommen. Härtbare Stähle sind nie wirklich „rostfrei“ sondern nur für einen gewissen Zeitraum erhöht korrosionsbeständig.

Für besondere Betriebsbedingungen gibt es Lager aus

[Bearbeiten] Einbau von Wälzlagern

Üblicherweise werden Wälzlager auf Wellen oder Achsen montiert.

Bei Sonderbauformen (unter Verzicht auf einen getrennten Innen- und Außenring) können die geschliffenen bzw. gerollten und gehärteten Laufflächen direkt auf die Welle, bzw. Achse und/oder in das Lagergehäuse eingepresst und das Wälzlager somit in diese Komponenten integriert werden.

Die Lager werden oft mit einem Sicherungsring, einer Sicherungsmutter oder einer Abstandshülse gegen Verrutschen gesichert. Zum Schutz vor Verschmutzungen werden Lager in ein Lagergehäuse eingebaut oder mit einem Wellendichtring abgedeckt.

Beim Einbau der Lager darf die Einpresskraft nie über den Wälzkörpersatz geleitet werden, das Lager würde dadurch sofort beschädigt. Mit Spezialwerkzeugen, wie einer Einschlaghülse, wird das Lager z. B. nur über den Außenring eingetrieben. Nadellager müssen mit einem Dorn eingepresst werden.

Beim Ausbau der Lager ist darauf zu achten, das passende Werkzeug zu verwenden, z. B. einen Abzieher.

Defekte Lager erkennt man durch Schwergängigkeit beim langsamen Durchdrehen per Hand, fühlbares Lagerspiel sowie Laufgeräusche und Vibration unter Betriebsdrehzahlen. Ungeschmierte Lager fallen sofort aus.

Mehr dazu unter Einbau.

[Bearbeiten] Lebensdauer von Wälzlagern

Die Lagerlebensdauer hängt von zahlreichen Faktoren ab. Einige Einflussgrößen sind mess- oder berechenbar (wie etwa Lagerbelastung oder Oberflächengüte der Komponenten). Andere können nicht numerisch bestimmt werden (Verschmutzung oder genauer Schmierzustand). Einfache Berechnungstools gibt es auf den Seiten der Hersteller (siehe Weblinks).

Die von Wälzlagern geforderten Lebensdauern reichen von wenigen hundert Stunden z.B. für Haushaltsgeräte oder medizinisch-technische Geräte bis zu ca. 100.000 Stunden für Lauflager von Hochseeschiffen, Grubenpumpen und -gebläse und Papiermaschinen.

Ob ein Lager seine Lebensdauer erreicht hängt stark von den Einsatzbedingungen ab. Hohe Lagerbelastungen sollten ebenso möglichst vermieden werden wie schmutzige Einsatzbedingungen, hohe Betriebstemperaturen oder Eindringen von Wasser ins Lager. Speziell um das Eindringen von Schmutz und Wasser zu erschweren gibt es viele Lager auch in gekapselter Ausführung.

Mehr dazu unter Lagerauswahl.

[Bearbeiten] Anwendungen

Wälzlager werden bevorzugt in Anwendungsgebieten verwendet, wo Lagerungen bei kleinen Drehzahlen und hohen Lasten reibungsarm arbeiten sollen und wo sich Drehzahlen häufig ändern. Ein weiteres Kriterium kann der geringe Schmierungsbedarf von Wälzlagern sein.

Vorteile Nachteile
  • kaum Reibung (Anlaufmoment kaum größer als das Betriebsmoment), deshalb geringe Wärmeentwicklung
  • kein Stick-Slip-Effekt
  • kaum Schmierstoffverbrauch
  • kaum Pflege und Wartung
  • gute Normung und Bemessungsgrundlagen, deswegen gut austauschbar
  • Bei Stillstand und geringer Drehzahl empfindlich gegen Stöße und Erschütterungen
  • begrenzte Höchstdrehzahl und Lebensdauer
  • Verschmutzungsempfindlichkeit
  • aufwendige Bauweise im Vergleich zu Gleitlagern
  • höhere Geräuschentwicklung gegenüber Gleitlagern


[Bearbeiten] Wälzlager-Bauformen

Diverse Wälzlager: Axialkugellager, Rollenlager und Nadellager in einem Drehmomentwandler

Es wird zwischen Radial- und Axiallagern unterschieden. Zur Einordnung in diese beiden Kategorien wird der Druckwinkel α zur Hilfe genommen. Druckwinkel ist der Winkel zwischen der Radialebene und der Drucklinie, wobei die Lage der Drucklinie stark von verwendeten Wälzkörpern und Rollbahnen abhängig ist.

Es gibt sechs Grundformen von Wälzlagern:

  1. Kugellager
  2. Zylinderrollenlager
  3. Nadellager
  4. Kegelrollenlager
  5. Tonnenlager
  6. Carblager (SKF)

Kugellager sind die häufigsten verwendeten Wälzlager. Hier gibt es die breiteste Auswahl unterschiedlicher Abmessungen. Da sie kostengünstig sind, sollten sie bevorzugt verwendet werden.

[Bearbeiten] Radiallager

Offenes einreihiges Rillenkugellager

[Bearbeiten] Rillenkugellager (DIN 625)

Der bekannteste Typ ist das Rillenkugellager, es ist dafür ausgelegt, überwiegend radiale Kräfte aufzunehmen. Da die Kugeln eng an den relativ tiefen Laufrillen anliegen, kann dieses Lager auch geringe axiale Kräfte aufnehmen. Eine Faustregel besagt, dass die axiale Belastbarkeit ungefähr 10 % der radialen Belastbarkeit beträgt. Laut SKF-Katalog 2005 soll die axiale Belastung im Allgemeinen den Wert 0,5 C0, bei kleinen und leichten Lagern 0,25 C0 nicht übersteigen. Druckwinkel \alpha=0^\circ Rillenkugellager gibt es als Miniaturkugellager bereits ab der Abmessung von 0,6 × 2,5 × 1 mm (d x D x B)

[Bearbeiten] Schrägkugellager (DIN 628)

Schrägkugellager
(DIN 628)

[Bearbeiten] Einreihig

Das Schrägkugellager kann axiale Kräfte in einer Richtung und radiale Kräfte aufnehmen. Sie werden meist paarweise eingebaut und vorgespannt. Der paarweise Einbau kann in Form von Tandem-, O- oder X-Ausführung erfolgen. Je nach Einbauart verändern sich die axial aufnehmbaren Kräfte. Durch Rollbahnneigung entsteht auch bei rein radialer Belastung eine nicht zu ignorierende (innere) Axialkraft. Druckwinkel \alpha\approx40^\circ

[Bearbeiten] Zweireihig

Das zweireihige Schrägkugellager entspricht 2 einreihigen Schrägkugellagern in O-Anordnung. Es ist radial und axial in beide Richtungen hoch belastbar. Druckwinkel \alpha\approx25^\circ

[Bearbeiten] Vierpunktlager (DIN 628)

Dieses Wälzlager ist eine Sonderform des Schrägkugellagers mit einem Druckwinkel von \alpha\approx35^\circ. Es gibt 4 Berührpunkte der Wälzkörper mit den Laufbahnen. Durch den geteilten Innenring oder Außenring können mehr Kugeln bei einer geringeren Abmessung verwendet werden. Aus diesem Grund erhöhen sich sowohl die aufnehmbaren axialen als auch radialen Kräfte in beide Richtungen. Das zweireihige Schrägkugellager entspricht der sog. O-Anordnung von zwei einreihigen.

[Bearbeiten] Schulterkugellager (DIN 625)

Das Schulterkugellager ist eine spezielle und zerlegbare Form des Rillenkugellagers. Es hat nur eine geringe Tragfähigkeit in radialer und in einseitig axialer Richtung und wird für Geräte mit geringen Belastungen verwendet, wie zum Beispiel Messgeräte und Haushaltsgeräte. Es ist meist zerlegbar. Druckwinkel \alpha\approx0^\circ Schulterkugellager sind bis zu 30mm genormt und sind für hohe Drehzahlen geeignet.

[Bearbeiten] Pendelkugellager (DIN 630)

Das Pendelkugellager besitzt zwei Kugelreihen. Die Rollenlaufbahn des Außenrings hat eine Hohlkugelform. Innenring, Käfig und Kugeln lassen sich um wenige Winkelgrade aus der Mittelstellung schwenken. So können Fluchtfehler oder Durchbiegungen der Welle durch das Pendellager ausgeglichen werden. Die Belastung kann sowohl axial als auch radial in beide Richtungen erfolgen.

[Bearbeiten] Zylinderrollenlager (DIN 5412)

Zylinderrollenlager vom Typ NU (DIN 5412). Der Innenring lässt sich beidseitig herausziehen.

Das Zylinderrollenlager hat eine große radiale Tragfähigkeit, allerdings ist es in axialer Richtung nicht bzw. nur sehr wenig belastbar. Wälzkörper von Zylinderrollenlagern sind Kreiszylinder. Sie werden in unterschiedlichen Bauformen gefertigt (siehe Tabelle unten).

Abhängig von der Bauform können sie ausschließlich radiale (z.B. NU wie abgebildet), oder zusätzlich axiale Kräfte aufnehmen (z.B. einseitig mit Typ NJ). Die Bauformen unterscheiden sich durch Anordnung der „Borde“ am Innen- und Außenring. Bei fehlenden Borden kann der Innenring abgezogen werden, bei der Variante NU sogar von beiden Seiten. Daher eignen sich Zylinderrollenlager für Fest-Los-Lagerungen, denn Axialverschiebungen sind in gewissen Grenzen möglich.

Standard-Bauformen einreihiger Zylinderrollenlager:

  1. NU: 2 feste Borde am Außenring, kein Bord am Innenring
  2. N: kein Bord am Außenring, 2 Borde am Innenring
  3. NJ: 2 Borde am Außenring, 1 Bord am Innenring
  4. NUP: 2 Borde am Außenring, 1 Bord am Innenring und 1 lose Bordscheibe am Innenring

Ein Lager ohne Innenring bekommt den Vorsetzbuchstaben R, so bezeichnet RNU202 einen Zylinderrollenlager-Außenring vom Komplettlager NU202. In diesen kann ggf. auch ein NJ202-Innenring eingesteckt werden. Das führt bei Reparaturen zu Verwirrungen. Den Vorsatz R findet man weiter bei vielen Typen von Nadellagern und Stützrollen.

[Bearbeiten] Kegelrollenlager (DIN 720)

Kegelrollenlager

Dieses Lager ist sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sehr hoch belastbar. Es wird in der Regel paarweise eingebaut: 2 Lager werden gegeneinander angestellt, denn das Lager besteht aus 2 losen Elementen: dem Innenring (engl. cone) mit Wälzkörpern, und dem Außenring (engl. cup) als Lagerschale. Gängige Anwendungen sind: Radlager in PKWs, LKWs, als Lenkkopflager für Motorräder.

Die Wälzkörper auf dem Innenring haben die Form eines Kegelstumpfes, außerdem sind sie etwas gegen die Wellenachse geneigt. Das Spiel ist einstellbar. Die Kegelachsen von Innenring, Außenring und Kegelrollen treffen sich in einem Punkt auf der Drehachse, denn nur dann können die Kegelrollen ohne Schlupf abrollen.

Zwei Kegelrollenlager ( [< ) können in „O“- ( [< >] ) oder „X“-Anordnung ( [> <] ) als Lagerung montiert werden. Beispiel: Bei der Motorrad-Lenkkopflagerung ist die X-Anordnung gängig. Der Außenring wird oben unter dem Lenker eingepresst, der Innenring wird nach unten zeigend in den Innenring gelegt. Das untere Gegenlager wird mit Innenring nach oben zeigend montiert.

Gängig sind Lager in metrischen und auch Zollabmessungen, letztere haben ein völlig anderes Bezeichnungsschema.

[Bearbeiten] Tonnen- und Pendelrollenlager (DIN 635)

[Bearbeiten] Tonnenrollenlager

Diese Ausführung eines Wälzlagers ist für hohe stoßartige Radialkräfte ausgelegt, allerdings in Axialrichtung nur gering belastbar. Es eignet sich gut zum Ausgleichen von Fluchtfehlern. Diese sind winkeleinstellbar (bis zu 4° aus der Mittellage), da der Außenring eine kugelförmige Lauffläche hat. Die Rollkörper, die sogenannten Tonnenrollen, sind fassförmig. Tonnenlager sind einreihig, d. h. sie besitzen eine Reihe von Tonnenrollen in einem Käfig.

[Bearbeiten] Pendelrollenlager

Das Pendelrollenlager hält axialen und radialen Belastungen stand und eignet sich gut um Fluchtfehler auszugleichen. Pendelrollenlager sind, wie die Tonnenlager, winkeleinstellbar (bis zu 2° bei geringer Belastung, sonst bis 0,5°), jedoch zweireihig. Sie sind für schwerste Belastungen geeignet, weisen also hohe Tragzahlen auf.

[Bearbeiten] Nadellager

Ein Nadellager hat kreiszylindrischen Wälzkörper (Nadeln) mit sehr großen Längen im Verhältnis zum Wälzkörperdurchmesser. Es ist die kleine Sonderform des Zylinderrollenlagers. Es bietet sehr geringe Baugröße, wird häufig in Getrieben und Motoren verwendet. Gerade bei Nadellagern wird häufig auf einen Innenring verzichtet, dann dient die entsprechend ausgelegte Welle als Laufbahn.

Nadellager ist der Oberbegriff für eine ganze Reihe spezieller Typen:

[Bearbeiten] Axiallager („Drucklager“)

Axialkugellager

[Bearbeiten] Axial-Rillenkugellager

Beim Axial-Rillenkugellager laufen die Kugeln zwischen zwei oder drei Scheiben, abhängig davon, ob die Axialkraft in beiden Richtungen auftritt oder nur in einer. Bei beidseitiger Krafteinwirkung wird die mittlere Scheibe auf der Welle festgehalten, die beiden äußeren im Gehäuse. Diese Lager können ausschließlich Axialkräfte aufnehmen.

[Bearbeiten] Axial-Zylinderrollenlager

Dieser Lagertyp ist aufgebaut aus einer Wellenscheibe, einer Gehäusescheibe und einer Einheit mit zylindrischen Rollen und Käfig. Er eignet sich besonders bei schweren Axiallasten.

[Bearbeiten] Lagerauswahl

[Bearbeiten] Bemessung

Werte, die notwendig sind, ein Lager zu bemessen, sind:

[Bearbeiten] Lebensdauer (DIN ISO 281 Beiblatt 2)

1. Schritt

Die Dynamische äquivalente Belastung errechnen.

Input-Variablen:

X,Y = Anpassungsfaktoren, aus einem Lagerkatalog entnehmen
Fr = Radialkraft am Lager, in kN, selbst ermitteln
Fa = Axialkraft am Lager, in kN, selbst ermitteln

Formel ausrechnen: P=X \cdot F_{r} + Y \cdot F_{a}

Ergebnis:

P = Dynamische äquivalente Belastung in kN

2. Schritt

Input-Variablen:

C = Dynamische Tragzahl in kN (= Kilonewton. Tragzahl für gegebenes Lager aus Lagertabelle der Hersteller entnehmen)
P = Dynamische äquivalente Belastung in kN (muss zuerst berechnet werden, siehe oben 1. Schritt)
p = 3 (für Kugellager), p=10/3 (für alle anderen Lager)
n = Drehzahl in 1/min (Umdrehungen pro Minute)

Ergebnisse: L_{10}=\left({C\over P}\right)^{p}Lebensdauer in Millionen Umdrehungen bei 10 % Ausfallwahrscheinlichkeit

L_{10h}=\frac{10^6}{60 \cdot n} \cdot L_{10}=\left({16666 \over n}\right) \cdot \left({C\over P}\right)^{p}Lebensdauer in Stunden bei 10 % Ausfallwahrscheinlichkeit


Die Lebensdauer für andere Ausfallwahrscheinlichkeiten wird durch Multiplikation von L10 mit einem Faktor berechnet:

L_{5}=0,62 \cdot L_{10} in Millionen Umdrehungen bei 5 % Ausfallwahrscheinlichkeit
L_{4}=0,53 \cdot L_{10} in Millionen Umdrehungen bei 4 % Ausfallwahrscheinlichkeit
L_{3}=0,44 \cdot L_{10} in Millionen Umdrehungen bei 3 % Ausfallwahrscheinlichkeit
L_{2}=0,33 \cdot L_{10} in Millionen Umdrehungen bei 2 % Ausfallwahrscheinlichkeit
L_{1}=0,21 \cdot L_{10} in Millionen Umdrehungen bei 1 % Ausfallwahrscheinlichkeit


Bei veränderlicher Drehzahl n muss mit der mittleren Drehzahl nm gerechnet werden. Diese mittlere Drehzahl wird aus den Einzeldrehzahlen und der jeweiligen Wirkdauer q in % berechnet:

n_m=n_1*\frac {q_1} {100} + n_2 * \frac {q_2} {100} \dotsb


Wie aus der zweiten Formel ersichtlich wird, geht die Belastung des Lagers durch die Potenz sehr stark in die Lebensdauer mit ein. Bei veränderlicher Belastung haben deshalb auch über nur kurze Zeitanteile wirkende, hohe Belastungen einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer. Für die dynamisch äquivalente Lagerbelastung gilt dann:

P=\sqrt[p]{ P^p_\text{1} * \frac {n_\text{1}} {n_\text{m}} * \frac {q_\text{1}} {100}+P^p_\text{2} * \frac {n_\text{2}} {n_\text{m}} * \frac {q_\text{2}} {100} + \dotsb}

[Bearbeiten] Berechnungsbeispiel:

An einer Lagerstelle nimmt die Welle 12 kN Radialkraft auf. Die Welle dreht sich im Betrieb mit 6000 U/min. Als Teil einer Fest/Los-Lagerung soll dieses Lager als das Loslager axial verschieblich sein, also keine Axialkräfte aufnehmen. Dieses Lager soll ein Zylinderrollenlager sein. Es soll mindestens 10.000 Stunden Lebensdauer erreichen.

Um ein Lager auszuwählen, welches diese Last tragen kann, muss man zuerst die Dynamische Tragzahl bestimmen. Dazu berechnet man zuerst die Dynamische äquivalente Belastung.

Für die Lagerbauart Zylinderrollenlager’ finden sich im Lagerkatalog die Werte

X = 1 und Y = 0

Mit anderen Worten:

P = Fr (Zylinderollenlager nehmen keine Axialkräfte auf)

In die Formel für L10h setzen wir nun die geforderte Betriebszeit von 10.000 Stunden, die Umdrehungszahl und unser ermitteltes P ein. Diese Formel muss dann nur noch nach C umgeformt werden, um die Dynamische Tragzahl zu erhalten. Mit dieser lässt sich im Lagerkatalog dann ein geeignetes Lager mit passendem Wellendurchmesser finden.


Zur Abschätzung der Belastung der Lager können folgende Richtwerte herangezogen werden:

\frac{C}{P}>15 niedrige Belastung

\frac{C}{P}<15 mittlere Belastung

\frac{C}{P}<6 hohe Belastung

\frac{C}{P}<3 sehr hohe Belastung des Lagers

Bei der Auslegung des Lagers sollten unbedingt, selbst bei niedrigen Drehzahlen, sehr hohe Belastungen vermieden werden. Ebenso sollten niedrige Belastungen vermieden werden, da dann kein Rollen der Wälzkörper sondern Gleiten stattfindet. Gleitreibung muss unbedingt vermieden werden, denn sie sorgt für starken Verschleiß und verkürzte Lebensdauer.

Bei Schrägkugellagern oder Kegelrollenlagern in einer angestellten Lagerung verursacht eine vom Lager aufzunehmende Radialkraft eine innere Axialkraft, welche in die Lebensdauerberechnung mit einbezogen werden muss.

Für die meisten Anwendungen des allgemeinen Maschinenbaus reicht die obige Lebensdauerberechnungsmethode aus. In bestimmten Fällen kann es jedoch erforderlich sein, eine erweiterte Lebensdauerberechnung durchzuführen, welche weitere Einflüsse wie Viskosität des Schmierstoffes, Betriebstemperatur, Erlebniswahrscheinlichkeit und Sauberkeit berücksichtigt. Die entsprechende Vorschrift ist ebenfalls in der DIN ISO 281 enthalten.


[Bearbeiten] Bezeichnungsschema

Wälzlager werden fast nur nach Tabellenbüchern oder Online-Katalogen ausgewählt.

Die Bezeichnungen bestehen aus Kombinationen von Buchstaben und Zahlen, die nach einem logischen, in DIN 623 genormten Prinzip aufgebaut sind. So können Lager der gleichen Bezeichnung unabhängig vom Hersteller eingesetzt werden.

Das Bezeichnungsschema umfasst Vorsetzzeichen, Basiskennzeichen und Nachsetzzeichen. Ein S608 2RS ist so aufgeschlüsselt: ein Edelstahllager (Vorsatz „S“), mit den Hauptabmessungen 8 × 22 × 7 mm (Basiskennzeichen „608“), das beidseitig abgedichtet ist (Nachsatz „2RS“).

[Bearbeiten] Lagerabmessungen

Wälzlager sind sowohl in den Abmessungen (Bohrung, Außendurchmesser, Breite), als auch in den Belastbarkeiten weitgehend genormt.

Außerdem gibt es diese Lager auch in fertigen Lagerböcken (siehe Lagereinheiten, Gehäuselager), die ggf. schwenkbar sind oder Gummipuffer zur Stoßdämpfung haben.

Manche Bauformen werden auch mit Dichtscheiben und Dauerschmierung oder Abdeckscheiben geliefert (siehe Abdichtung; Nachsetzzeichen: 2RS, bzw. 2Z oder, je nach Hersteller, ZZ), so dass die Laufflächen vor Schmutz oder Staub geschützt sind.

Eine einfache Zuordnung der Lagerbezeichnung zu den Hauptabmessungen: Wellendurchmesser (d) und Außenring-Durchmesser (D) können für Lager mit einem Wellendurchmesser von 10 bis 80 mm aus folgender Tabelle entnommen werden. Einige Lagerbauarten werden zusätzlich in unterschiedlichen Breiten gebaut und sind daher in Lagerkatalogen (s. Weblink) nachzuschlagen.

Die Bezeichnung der unterschiedlichen Lagertypen lässt sich wie folgt bestimmen (wobei „xxx“ aus der Tabelle zu entnehmen ist): Hierzu identifiziert man zuerst die Lagerbauform und dann den Innenring-Innendurchmesser, sowie den Außenring-Außendurchmesser. Wälzlager werden also über gleich zwei Nenndurchmesser definiert.

Jetzt folgt man in der Tabelle der Innendurchmesser-Spalte nach unten und der Außendurchmesserspalte nach rechts bis zum Schnittpunkt. Mit der hier stehenden Ziffer ergänzt man die Typenbezeichnung.

Beispiel: Ein einreihiges Rillenkugellager, Typenbezeichnung beginnt also mit 6, hat d = 25 mm und D = 52 mm, im Schnittpunkt befindet sich die Ziffer 205. Das passende Ersatzlager ist also ein Typ 6205 mit möglicherweise noch Nachsetzzeichen für Deck- oder Dichtscheiben.

[Bearbeiten] Gängige Wälzlagerserien

Sondertypen und seltene Wälzlagerungen sind nicht angeführt. Es wird unterschieden zwischen [2]

Hiermit lässt sich jedes noch so verrostete Lager auf einfache Weise identifizieren.

[Bearbeiten] Kombinationstabelle Innen- und Außendurchmesser

d 10 12 15 17 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
D xxx
26 000
28 001
30 200
32 201 002
35 300 202 003
37 301
40 203
42 302 004
47 303 204 005
52 304 205
55 006
62 403 305 206 007
68 008
72 404 306 207
75 009
80 405 307 208 010
85 209
90 406 308 210 011
95 012
100 407 309 211 013
110 408 310 212 014
115 015
120 409 311 213
125 214 016
130 410 312 215
140 411 216
150 412 313 314
160 315
170 413 316

[Bearbeiten] Abdichtung

Viele Wälzlager sind als abgedichtete Ausführung erhältlich. Die Abdichtung erfolgt nach dem Prinzip des Wellendichtrings, Folgende Dichtungen sind üblich:

[Bearbeiten] Axialluft

Axialluft wird wie folgt beschrieben: Axialluft ist das Maß bei nicht eingebauten Lagern, um das sich die Lagerringe in axialer Richtung von einer Endlage in die andere bis zur spannungsfreien Anlage gegeneinander verschieben lassen. Dabei werden die Lager gedreht. In der Praxis werden die Lager einzeln vermessen. Es wird der Abstand zwischen den beiden Stirnseiten (Innen- und Außenring) gemessen. Zueinander addiert ergibt die Zwischenringbreite, bzw. wie viel von den entsprechenden Ringen (auch Innen- oder Außenlagerring) abgeschliffen werden muss. Im Betrieb sollte die Lagerung unter Null Axialluft bzw. mit leichter Vorspannung laufen. Dadurch verteilen sich die äußeren Kräfte auf mehr, bzw. alle Wälzelemente.

[Bearbeiten] Einbau

[Bearbeiten] Befestigung

Je nachdem, ob es sich bei der Lagerung um ein Festlager oder ein Loslager handelt, werden Außenring und/oder Innenring mit dem Gehäuse bzw. mit der Welle fest verbunden.

Die einfachste Art ist, beide Ringe ein- bzw. aufzupressen. Dazu müssen Welle und Gehäuse eine bestimmte Maßtoleranz aufweisen.

Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass der Ring, der rotiert (Außen oder Innen) in einem Festsitz und der Ring, der steht, in einem Lossitz ausgeführt wird. Wirken auf das Lager Stöße, werden beide Ringe in Festsitzen ausgeführt. Es muss ein Kompromiss zwischen leichter (De-)Montierbarkeit und Verhindern des Mitdrehens des Ringes gefunden werden.

Auf einer Welle kann der Innenring auch zwischen einem Anlaufbund (Schulter) und einer Spannschraube oder einer Mutter eingespannt sein oder mit einer Spannhülse gepresst werden.

Beim Verfahren des Aufschrumpfens wird das Lager auf hohe Temperatur gebracht (z. B. mit einem Induktionsgerät). Durch das Erhitzen dehnt sich das gesamte Lager aus, das erhitzte Lager wird nun zügig über die kalte Welle geschoben. Wenn das Lager abkühlt, zieht es sich wieder zusammen und sitzt extrem fest auf der Welle. Bei der Erwärmung müssen die Temperaturgrenzen beachtet werden.

Im Gehäuse wird meist der Außenring mit dem Deckel gegen einen Anlaufbund (Schulter) gepresst oder mit einem Seegerring gehalten. Bei Loslagern gewährt man dem Außenring ein gewisses Längsspiel, der Ring muss aber so eingepresst sein, dass er sich nicht mitdreht.

[Bearbeiten] Sonderfälle

Bei Präzisionslagerungen haben sich auch Klebeverbindungen bewährt. Dabei werden anaerobe Klebstoffe mit Klebespalten von 0,0004 bis 0,001 x Durchmesser der Welle bzw. der Gehäusebohrung verwendet. Die Temperaturgrenzen liegen zwischen ca. −20 °C und +100 °C. Wichtig ist genaue Klebstoffdosierung, überdosierter Klebstoff kann in die Lager gelangen und diese festsetzen.

[Bearbeiten] Lageranordnungen

Mögliche Anordnungen von Wälzlagern sind unter schwimmende Lagerung beschrieben. Die Anordnung der Lager wird unterschieden in Fest-Los-Lagerung und Trag-Stütz-Lagerung. Die Trag-Stütz-Lagerung wird wiederum in schwimmende Lagerung und angestellte Lagerung unterschieden.

Es ist unbedingt notwendig, dass eine der genannten Lageranordnungen gewählt wird, da sich das zu lagernde Element (z. B. Welle, Achse…) aufgrund von Erwärmung ausdehnt und diese Ausdehnung gewährt werden muss, ohne dass sich die Lager verspannen. Des Weiteren müssen die bei der Fertigung entstehenden Toleranzen ausgeglichen werden.

[Bearbeiten] Fest-Los-Lagerung

Bei der klassischen Fest-Los-Lagerung ist eines der Lager verschiebbar und das andere fixiert. Das Festlager ist so auf dem zu lagernden Element montiert, dass es sich nicht in axialer Richtung verschieben kann. Das Festlager nimmt also sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte auf. Wie groß die maximal aufnehmbare Axialkraft sein kann, hängt von der Ausführung dieses Lagers ab.
Das Loslager kann im Gegensatz zum Festlager in axialer Richtung wandern. Vom Loslager werden keine Axialkräfte aufgenommen.

[Bearbeiten] Trag-Stütz-Lagerung

Bei dieser Art der Lagerung teilt sich die Axialkraft auf beide Lager auf. Jedes der beiden Lager nimmt axiale Kraft in einer Richtung auf, sodass beide Lager zusammen alle axialen Kräfte auffangen können. Es ist ein Axialspiel erforderlich.

[Bearbeiten] Lagereinheiten

Lagereinheiten bilden eine besonders einfache Möglichkeit für die Lagerung von Wellen. Sie werden hauptsächlich im Sondermaschinenbau und in landwirtschaftlichen Maschinen eingesetzt. Sie bestehen aus einem Radial-Rillenkugellager mit balligem (kugelförmigem) Außenring und einem Lagergehäuse.

In dem Gehäuse kann das Lager um einige Winkelgrade verstellt werden, um Fluchtungsfehler auszugleichen. Die Lagergehäuse werden je nach Einsatzzweck aus Grauguss, Leichtmetallguss, Kunststoff oder Stahlblech gefertigt und können sehr einfach am Maschinenträger befestigt werden.

Gängige Gehäuseformen sind:

Darüber hinaus sind weitere Bauformen verfügbar, wie z. B. spannbare Flanschlager usw.

Die Befestigung der Welle erfolgt entweder mit Gewindestiften in einem einseitig verlängertem Innenring oder mit Hilfe eines Klemmrings. Hierzu hat der Innenring der Lagereinheit und der Klemmring jeweils eine exzentrisch-kegelige Eindrehung.

[Bearbeiten] Wälzlagerhersteller

[Bearbeiten] Weblinks

Commons Commons: Wälzlager – Bilder, Videos und Audiodateien

[Bearbeiten] Einzelnachweise

  1. Bernd Künne: Einführung in die Maschinenelemente - Gestaltung, Berechnung, Konstruktion, 2. Auflage, Teubner, 2001, Seite 147
  2. Sames Bearings Import Export

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