Wälzlager und Wälzlagerungen

30.10.10 Marco Ruschmeyer

ÜbersichtDefinitionAnwendungsbereiche der WälzlagerAufgaben und WirkprinzipVor- und NachteileDie LagerluftSchmierungsartenBezeichnung von WälzlagernÜbung zu der Bezeichnung von WälzlagernAuswahl der Wälzlager und Einteilung der LagerWichtige Kriterien für den Entwurf der LagerungErläuterung von Punkt- und UmfangslastFormelnBerechnungsaufgaben

Definition von Wälzlager

Wälzlager sind Lager, bei denen zwei zueinander bewegliche Komponenten (Innenring sowie Außenring) durch rollende Körper getrennt sind. Sie dienen als Fest- oder Loslager zur Fixierung von Achsen und Wellen.

Anwendungsbereiche von Wälzlagern

Wälzlager werden bevorzugt für

1. möglichst wartungsfreie und betriebssichere Lagerungen bei normalen Anforderungen

2. Lagerungen, die aus dem Stillstand und bei kleinen Drehzahlen und hohen Belastungen reibungsarm arbeiten sollen, sowie bei sich ändernden Drehzahlen

Aufgaben und Wirkprinzip der Lager

Lager sollen dreh-(bewegliche) Teile in Maschinen und Geräten

- abstützen, - führen - und wirkende äußere Kräfte ( quer, längs und/oder schräg zur

Bewegungsachse) aufnehmenWellen u. Achsen möglichst zweifach lagern,

damit die Reaktionskräfte statisch bestimmbar sind

Vor- und Nachteile von Wälzlagern

Vorteile

1. geringe Reibung (Anlaufmoment kaum größer als das Betriebsmoment durch kleine Berührungsflächen), daher geringe Wärmeentwicklung

2. kein Ruckgleiten (Stick-Slip-Effekt)

3. geringer Schmierstoffverbrauch

4. kaum Pflege und Wartung notwendig

5. gute Normung und Bemessungsgrundlagen, deswegen gut austauschbar

6. keine Einlaufzeit notwendig

Nachteile

1. bei Stillstand und geringer Drehzahl empfindlich gegen Stöße und Erschütterungen

2. begrenzte Höchstdrehzahl und Lebensdauer

3. Verschmutzungsempfindlichkeit

4. aufwendige Bauweise im Vergleich zu Gleitlagern

5. höhere Geräuschentwicklung gegenüber Gleitlagern

Die Lagerluft hat allgemein Auswirkungen auf die Geräuschentwicklung,

Vibrationen, Wärmeentwicklung und Lebensdauer. Die axiale Lagerluft ist 8,5-10 fach so groß wie die radiale Lagerluft (bei normaler Lagerluft/Kugellagern).

Die Lagerluft ist gewollt, denn sie soll

1. bei zu festem Einbau den optimalen Abstand der Wälzkörper zu Innen- und Außenring bewahren.

2. bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Innen- und Außenrings ebenfalls einen ausreichenden Abstand behalten.

Die Lagerluft

C2 Luftgruppe: Radiale Lagerluft kleiner als normal

C3 Luftgruppe: Radiale Lagerluft ist größer als normal. Aus Bestand ist C3 für viele Typen lieferbar. Anwendung z.B. bei stark erwärmtem Lager, für das wg. Wärmedehnung ein noch ausreichendes Spiel im Betrieb nötig ist. Bei kleinen Rillenkugellagern bedeutet C3 etwa 1/100 mm höhere Lagerluft.

C4 Luftgruppe: Radiale Lagerluft noch größer als C3. Falls in C4 nicht lieferbar, können Lager ggf. auf C4 umgeschliffen werden.

CN Lagerluft normal

durch Lagerluft

Schmierungsarten

SchmierfettÖlFestschmierstoff (Sonderfall)

Die Art der Schmierung richtet sich nach Höhe

der Drehzahlder Beanspruchungder Betriebstemperatur

Vor dem Entwurf muss sich für die Schmierungsart entschieden werden

Bezeichnung von Wälzlagern•Rillenkugellager (DIN 625)

•Schrägkugellager (DIN 628)

•Schulterkugellager (DIN 615)

•Pendelkugellager (DIN 630)

•Axialrillenkugellager (DIN 711, 715)

•Zylinderrollenlager (DIN 5412)

•Kegelrollenlager (DIN 720)

•Tonnen- und Pendelrollenlager (DIN 635)

•Axial- Pendelrollenlager (DIN 728) •Nadellager (DIN 617) ETB S.264

Bei der Bezeichnung der Bohrung (Bohrungskennzahl- BKZ) gibt es noch folgendes zu Beachten:

Die Bohrungskennzahlen 00, 01, 02 und 03 entsprechen in Reihenfolge den Bohrungsdurchmessern 10, 12, 15 und 17 mm.

Für die Bohrungsdurchmesser 20 bis 480 mm errechnet sich die Bohrungskennzahl wie folgt: Durchmesser der Bohrung geteilt durch 5 (bis Durchmesser 45 mm wird vor die Bohrungskennzahl eine 0 gesetzt).

Die Bohrungsdurchmesser 0,9 bis 9 mm werden unmittelbar an das Zeichen der Lagerreihe angefügt.

Die Bohrungsdurchmesser 22, 28, 32 und größer als 500 mm werden durch Schrägstrich getrennt an das Zeichen der Lagerreihe angefügt.

Übung zur Wälzlagerbezeichnung1.

1a) Nennen Sie die Bezeichnung für ein Lager der Lagerart 3, aus nicht rostendem

Stahl, Breitenreihe 0, Durchmesserreihe 3, Bohrungskennzahl 15. Lösung: Kegelrollenlager DIN 720 – S 30315

1b) Nennen Sie den dazugehörigen Innen- und Außendurchmesser, sowie die Breite T des Lagers.

Lösung: d = 75mm , D = 160mm , T = 40mm

2.Entschlüsseln Sie die Bezeichnung 22215 C2 Lösung: Pendelrollenlager DIN 635 , Lagerart 2, Breitenreihe 2, Durchmesserreihe 2, BKZ 15, C2 = verringerte Lagerluft,

d=75mm, D=130, B=31

Auswahl der Wälzlager

Rillenkugellager

- vielseitig einsetzbar deshalb werden sie immer als erste Wahl genommen.

- einfach im Aufbau

- für hohe bis sehr hohe Drehzahlen geeignet

- unempfindlich in Betrieb und Wartung

- Tiefe Laufrillen u. enge Schmiegung (dadurch Radial- und Axialbelastung

gleichzeitig möglich)

- am häufigsten verwendetes Lager

- Schiefstellung = 2-10 Winkelminuten (0,03°-0,167°)

- Druckwinkel 0°- 45°

Schrägkugellager

- Lager für kombinierte Belastungen

- axiale Tragfähigkeit nimmt mit der Größe des Berührungswinkels zu

- Berührungswinkel 40°

- Druckwinkel 15°- 45°

- axiale Tragfähigkeit nur in eine Richtung außer bei O- und X-Anordnung

Pendelkugellager

- hohlkugelige gemeinsame Laufbahn im Außenring, dadurch sind Schiefstellung je nach Lagerreihe von 1,5°-3° möglich.

- Pendelkugellager weisen die kleinste Reibung unter allen Lagern auf.

- Pendelkugellager gibt es mit zyl. und kegeliger Bohrung.

Zylinderrollenlager

- verschiedene Ausführungen an den Innen- und Außenringen

- Schiefstellung 3-4 Winkelminuten

- zwang freie axiale Verschiebbarkeit

Kegelrollenlager- radiale- und axiale Belastung möglich- Je größer der Berührungswinkel desto höhere Axialbelastung- mit zyl. u keg. Bohrung sowie Metr. u. Zollabmessungen erhältlich.

Pendelrollenlager

- das Pendelrollenlager hat eine höhere radiale Belastbarkeit als das Pendelkugellager aufgrund der höheren Auflagefläche der Wälzkörper

CARB Toroidalrollenlager

Es vereinigt die Winkelbeweglichkeit des Pendelrollenlagers mit der zwangfreien axialen Verschiebbarkeit des Zylinderrollenlagers.

Es bietet den Vorteil der kompakten Bauweise. Sehr großen Belastungsbereich, dadurch kl. u. leichtere Lagerungen bei gleicher Belastung möglich.

für Loslagerungen bestimmt kann Schiefstellung und Axialverschiebungen gleichzeitig ausgleichen Das Lager kann Größe, Gewicht und Herstellkosten von Maschinen reduzieren. Die Lagerluft ist einstellbar. Axialschwingungen der Welle werden nicht ins Gehäuse übertragen. Laufbahnprofile stellen gute Spannungsverteilung im Lager und reibungsarmen

Lauf sicher. haben selbsteinstellende Eigenschaften. sehr teuer RK=60€, ZR=130€, CARB= 230€

Axial-Rillenkugellager und Axial-Zylinderrollenlager

einseitig wirkend

keine radiale Belastung zulässig

Schiefstellung wird ermöglicht durch kugelig ausgeführter Gehäusescheibe

Zweireihige Lager sind beidseitig wirkend

Axial-Zylinderrollenlager sind stoßunempfindlicher und steifer bei relativ geringen axialem Platzbedarf.

Lagergehäuseeinheiten

Stehlager ermöglichen und gleichen Fluchtungs-

einfache Montage und und Winkelfehler aus.

Demontage

Flanschlager haben

viele Vorteile in der

Konstruktion, Fertigung

Montage und Wartung

großer elektrischer

Maschinen.

Kugelbuchsen

Wichtige Kriterien für den Entwurf der Lagerung Lagerart und Lageranordnung

Schiebbarkeit

Lagerbelastung P = X * Fr + Y * Fa RM TB 14-3

(Ermittlung ob Punkt- RM FS 14.9

oder Umfangslast vorliegt). RM ME S.501

Tragfähigkeit, Steifigkeit

nominelle Lebensdauer

Lıo = (C/P)ᴾ oder Lıoh = 10 * Lıo / 60 * n RM FS 14.5 Drehzahl / Drehzahlfaktor fn nach TB 14-4 fn ͌ 0,5

f˪= C/P*fn RM FS 14.6 Reibung

Schmierung und Abdichtung

Punkt- und UmfangslastPunktlast: Ring steht relativ zur Lastrichtung still

Umfangslast: Der Ring läuft relativ zur Lastrichtung um, d.h. während einer Umdrehung wird der ganze Umfang des Ringes belastet.

Ring mit UL würde bei losem Sitz wandern. Dies kann zu Beschädigung der Sitzflächen führen.

Formeln

RM FS 14.1

Berechnungsaufgabe geg. Radialkraft Fr = 5 KN

Axialkraft Fa = 2 KN

Drehzahl n = 250 min ̄ ˡ

Rillenkugellager Lagerreihe 62, Bohrungskennzahl 09

dynamische Tragzahl nach RM TB 14-2 C =

statische Tragzahl nach RM TB 14-2 Cₒ =

ges. Äquivalente Lagerbelastung P

Formeln: Fa/Cₒ in TB 14-3

Fa/Fr in TB 14-3

P = X * Fr + Y * Fa

ges. die nominelle Lebensdauer Lıoh

geg. ᴾ = 3 für Kugellager

Lıoh = 10 * Lıo / 60 * n

Lıo = (C/P)ᴾ 6

Berechnungsaufgabe

ges.

geeignete Wälzlager

Vielen Dank

für die

Aufmerksamkeit