Die Gestaltung von Wälzlagerungen

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Die Gestaltung von Wälzlagerungen PDF 2/8: Kraftmaschinen, Elektromotoren Energietechnik Metallbearbeitungsmaschinen Wälzlager FAG OEM und Handel AG Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

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Die Gestaltung von WälzlagerungenPDF 2/8:Kraftmaschinen, ElektromotorenEnergietechnikMetallbearbeitungsmaschinen

Wälzlager

FAG OEM und Handel AG Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

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Die Gestaltung vonWälzlagerungen

Konstruktionsbeispiele aus dem Maschinen-, Fahrzeug- und Gerätebau

Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

FAG OEM und Handel AGEin Unternehmen der FAG Kugelfischer-Gruppe

Postfach 1260 · D-97419 SchweinfurtTelefon (0 97 21) 91-0 · Telefax (0 97 21) 91 34 35Telex 67345-0 fag dhttp://www.fag.de

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Vorwort

Diese Broschüre enthält Konstruktionsbeispiele fürverschiedene Maschinen, Fahrzeuge und Geräte. DieBeispiele haben eines gemeinsam: Wälzlager.Deshalb stehen auch die lagerungstechnischen Fragenim Mittelpunkt der kurzen Texte. Von der Arbeits-weise der Maschine schließt man auf die Betriebs-bedingungen. Daraus ergeben sich dann die geeigneteBauart und Ausführung, die Größe und Anordnungder Wälzlager, die Passung, Schmierung und Abdich-tung.Wichtige, in der Wälzlagertechnik gebräuchliche Begriffe sind kursiv gedruckt. Sie sind am Schluß in einem Stichwortverzeichnis zusammengefaßt und erläutert, zum Teil mit Hilfe von Skizzen.

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Inhalt

Beispiel Titel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .PDF

KRAFTMASCHINEN, ELEKTRO-MOTOREN

1 Fahrmotor einer elektrischen Universallokomotive . . . . . . . . . . . . . . . . 2/8

2 Fahrmotor eines elektrischen Nahverkehrs-Triebzugs . . . . . . . . . . . . . . . 2/8

3 Drehstrom-Normmotor . . . . . . . . . . . . . . 2/84 Elektromotor für ein Haushaltsgerät . . . . 2/85 Trommel einer Haushaltswaschmaschine 2/86 Vertikal-Pumpenmotor . . . . . . . . . . . . . . 2/87 Grubenlüftermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2/8

ENERGIETECHNIK8 Rotor einer Windenergieanlage . . . . . . . . 2/8

METALLBEARBEITUNGS-MASCHINENHauptspindeln von Werkzeugmaschinen 2/8

9 Bohr- und Frässpindel . . . . . . . . . . . . . . . 2/810 Hauptspindel einer NC-Drehmaschine . . 2/811 Hauptspindel einer CNC-Drehmaschine 2/812 Kurzbohrspindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2/813 Hochgeschwindigkeits-Motorfrässpindel 2/814 Motorspindel einer Drehmaschine . . . . . 2/815 Vertikal-Schnellauf-Frässpindel . . . . . . . . 2/816 Bohrungsschleifspindel . . . . . . . . . . . . . . 2/817 Außenrundschleifspindel . . . . . . . . . . . . . 2/818 Flächenschleifspindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2/8

Weitere Lagerungen

19 Rundtisch einer Senkrecht-Drehmaschine . .2/820 Reitstockspindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2/821 Drehschälmaschine für Rundstangen

und Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2/822 Schwungrad einer Karosseriepresse . . . . . 2/8

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1 Fahrmotor einer elektrischen Universallokomotive

Technische Daten

Frequenzumrichtergespeister Drehstrommotor.Nennleistung 1 400 kW, maximale Drehzahl 4 300 min–1 (Höchstgeschwindigkeit bei normaler Getriebeübersetzung 200 km/h). Antrieb einseitig mitpfeilverzahntem Ritzel.

Lagerwahl, Dimensionierung

Zur Ermittlung der Lagerbeanspruchung benutzt manein Lastkollektiv, das repräsentative Lastfälle für Motor-drehmomente, Drehzahlen und Zeitanteile enthält.

Lastfall Md n qN m min–1 %

1 6720 1056 22 2240 1690 343 1920 2324 184 3200 2746 425 2240 4225 6

Aus dem Lastkollektiv werden die mittleren Drehzah-len mit 2 387 min-1 und die mittlere Fahrgeschwin-digkeit mit 111 km/h ermittelt. Bei jedem der Lastfälleist für die Vor- und Rückwärtsfahrt (Zeitanteil je 50 %) die Zahnkraft am Ritzel und die Reaktionskräfteder Lager zu berechnen.Zusätzlich zu diesen Kräften werden die Lager durchdas Läufergewicht, den einseitigen magnetischen Zugsowie durch Unwuchtkräfte und Fahrstöße belastet.Da von diesen Kräften nur die Gewichtskraft des Läu-fers GL bekannt ist, wird diese – je nach Art der Motor-aufhängung – mit einem Zuschlagfaktor fz = 1,5...2,5multipliziert. Mit dieser fiktiven Gewichtskraft ermit-telt man die Lagerkräfte. Bei dem hier gezeigten Fahr-motor, der voll abgefedert im Drehgestell aufgehängtist, wird fz = 1,5 gesetzt.Die Lagerkräfte aus dem Gewicht und dem Antrieb ergeben, geometrisch addiert, die resultierende Lager-belastung.Betrachtet wird bei diesem Beispiel nur das kritischegetriebeseitige Lager. Unter Berücksichtigung der Betriebsviskosität n des Getriebeöls bei 120 °C, der Bezugsviskosität n1, der Bestimmungsgrößen K1 und K2wird für jeden Lastfall die erreichbare LebensdauerLhna1...5 nach der Formel Lhna = a1 · a23 · Lh [h] ermit-telt. Der Basiswert a23II bewegt sich dabei zwischen 0,8und 3. Der Sauberkeitsfaktor s wird mit 1 angenom-men. Lhna ergibt sich dann aus der Formel:

Lhna = 100 q1 +

q2 + q3 + ...

Lhna1 Lhna2 Lhna3

Bei der Lagerwahl ist zu beachten, daß die nominelleLaufleistung erreicht wird, wobei das Lager auf derAntriebsseite wegen der hohen Drehzahl aber nicht zugroß werden darf. Mit den gewählten Lagern wird dieKundenforderung nach einer rechnerischen Lauflei-stung von 2,5 Millionen Kilometern erfüllt.

Eingebaut sind die Zylinderrollenlager FAGNU322E.TVP2.C5.F1 als Loslager auf der Antriebs-seite; ein FAG 566513 mit Winkelring HJ318E.F1 alsFestlager. Das Zylinderrollenlager FAG 566513 ist einNJ318E.TVP2.P64.F1, jedoch mit einem 6 mm brei-teren Innenring. Das dadurch ermöglichte Axialspielvon 6 mm wird benötigt, damit sich die Pfeilverzah-nung am Ritzel frei einstellen kann.

Die Nachsetzzeichen bedeuten:

E verstärkte AusführungTVP2 Massivkäfig aus glasfaserverstärktem

Polyamid, rollkörpergeführtC5 Radialluft größer als C4F1 FAG Fertigungs- und Kontrollvorschrift für

Zylinderrollenlager in Fahrmotoren, die u. a. die Anforderungen nach DIN 43283„Zylinderrollenlager für elektrische Maschinen in Elektrofahrzeugen“ berücksichtigt.

P64 Toleranzklasse P6, Radialluft C4

Bearbeitungstoleranzen

Antriebsseite: Welle r5; Schildbohrung M6Gegenseite: Welle n5; Schildbohrung M6

Auf der Welle werden wegen der hohen, zum Teil stoßartigen Belastung stramme Sitze gewählt. DieseMaßnahme mindert besonders auf der Antriebsseitedie Gefährdung durch Passungsrost.

Lagerluft

Wegen der festen Passungen weitet sich der Lagerin-nenring auf, und der Außenring mit dem Rollenkranzwird eingeschnürt. Somit wird die Radialluft des Lagers nach dem Einbau kleiner. Sie wird im Betriebnoch weiter vermindert, da sich der Innenring stärkererwärmt als der Außenring. Deshalb werden die Lagermit vergrößerter Radialluft (C4…C5) eingebaut.

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Schmierung, Abdichtung

Das Lager auf der Antriebsseite wird wegen der hohenDrehzahlen mit dem Getriebeöl ISO VG 320 mit EP-Zuätzen geschmiert. Die Abdichtung zwischen Ritzelund Lager entfällt, weshalb der Kragarm kürzer unddamit die Lagerbelastung niedriger wird. Spritzkantenund Ölfangrillen verhindern das Austreten des Öls zurWicklung hin.

Die Lager auf der Gegenseite werden mit einem Lithiumseifenfett der NLGI-Konsistenzklasse 3 (FAGWälzlagerfett Arcanol L71V) geschmiert. Eine Nach-schmierung erfolgt nach 400 000 Kilometern, läng-stens jedoch nach 5 Jahren. Mit mehrgängigen Laby-rinthen wird das Eindringen von Verunreinigungenvermieden.

1: Fahrmotor einer elektrischen Universallokomotive

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2 Fahrmotor eines elektrischen Nahverkehrs-Triebzugs

Technische Daten

Eigenbelüfteter Mischstrommotor, Dauerleistung 200 kW bei einer Drehzahl von 1 820 min–1

(Geschwindigkeit 72 km/h), Maximaldrehzahl 3 030 min–1 (Höchstgeschwindigkeit 120 km/h), An-trieb einseitig mit schrägverzahntem Ritzel.

Lagerwahl, Dimensionierung

Die Betriebsweise der Triebfahrzeuge im Nahverkehrist durch die kurzen Haltestellenabstände gekenn-zeichnet. Die periodisch wiederkehrenden Betriebszu-stände – Anfahren, Fahren, Bremsen – lassen sich in einem Fahrdiagramm erfassen, in dem das Motor-drehmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeit darge-stellt ist. Der kubische Mittelwert des Motordrehmo-ments und eine mittlere Drehzahl, die gleichfalls ausdem Fahrdiagramm ermittelt wird, sind die Grund-lagen für die Berechnung der Wälzlager. Das mittlereMoment beträgt ca. 90 % des Moments bei Dauerlei-stung.

Die Belastungen der Lager werden wie bei den Fahr-motoren für Vollbahnlokomotiven errechnet (Beispiel1). Sie setzen sich zusammen aus den Reaktionskräf-ten, die von der Zahnkraft am Antriebsritzel herrüh-ren, und einer fiktiven Radialkraft, die das Läuferge-wicht, den magnetischen Zug, Unwuchten und dieFahrstöße berücksichtigt. Diese fiktive Radialkraft, dieim Schwerpunkt des Rotors angreift, erhält man, in-dem man das Läufergewicht mit dem Zuschlagfaktorfz = 2 multipliziert. Mit dem Wert 2 wird die relativstarre Aufhängung des Motors auf der Radachse inTatzrollenlagern berücksichtigt.

Der Antrieb erfolgt über ein fliegend angeordnetesRitzel. Auf der Seite des Ritzels ist ein Zylinderrollen-lager FAG NU320E.M1.P64.F1 als Loslager einge-baut. An der Lagerstelle auf der Kommutatorseite sitztein Rillenkugellager FAG 6318M.P64.J20A.

Als Festlager nimmt es die von der 7°-Schrägverzah-nung des Ritzels herrührende Axialkraft – selbst beider relativ hohen Drehzahl – sehr sicher auf.

Nachsetzzeichen

E verstärkte Ausführung M, M1 Massivkäfig aus Messing, rollkörpergeführt P64 Toleranzklasse P6; Radialluft C4 F1 FAG Fertigungs- und Kontrollvorschrift für

Zylinderrollenlager in Fahrmotoren, die u. a. die Anforderungen nach DIN 43283 „Zylinderrollenlager für elektrische Maschinen in Elektrofahrzeugen“ berücksich-tigt.

J20A Stromisolierung an der Mantelflächen des Lageraußenrings.

Bearbeitungstoleranzen

Zur guten Unterstützung werden die Lagerringestramm gepaßt:Zylinderrollenlager Welle n5; Schildbohrung M6Rillenkugellager Welle m5; Schildbohrung K6

Lagerluft

Die festen Passungen und die Erwärmung infolge derrelativ hohen Betriebsdrehzahl erfordern für das Zylin-derrollenlager und das Rillenkugellager eine vergrößer-te Radialluft C4 .

Schmierung, Abdichtung

Die Lager werden, wie bei Fahrmotoren üblich, mitFAG Wälzlagerfett Arcanol L71V geschmiert. DieMöglichkeit zur Nachschmierung und ein Fettreglerzum Schutz vor Überschmierung sind vorgesehen.

Betriebserfahrungen zeigen, daß Nachschmierintervallevon 250 000 Fahrkilometern oder längstens 5 Jahrezugelassen werden können.

Die Lager sind auf beiden Seiten mit mehrgängigenLabyrinthen (axial gerichtete Stege) abgedichtet.

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Stromisolierung

Bei Mischstrommotoren über 100 kW Leistung kön-nen durch magnetische Unsymmetrien elektrischeWellenspannungen entstehen. Hierdurch bildet sichzwischen Rotorwelle und Stator ein induzierter Strom-kreis, der Stromdurchgangsschäden im Lager hervor-rufen kann.

Um den Stromfluß zu unterbrechen, wird ein Lager(in diesem Fall das Rillenkugellager) mit einer Strom-isolierung ausgeführt.

Stromisolierte Lager haben an den Mantel- und Stirn-flächen des Außenrings eine Beschichtung aus Oxyd-keramik.

Belüftungsseite Antriebsseite

2: Fahrmotor eines elektrischen Nahverkehrs-Triebzugs

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3 Drehstrom-Normmotor

Technische Daten

Riemenantrieb: Leistung 3 kW; Läufergewicht 8 kg;Nenndrehzahl 2800 min-1; Baugröße 100 L; ober-flächengekühlt nach DIN 42673, Bl. 1 – Bauform B3,Schutzart IP44, Isolationsklasse F.

Lagerwahl

Die Lagerung soll einfach, wartungsfrei und geräusch-arm sein. Diese Anforderungen werden am besten vonRillenkugellagern erfüllt.In DIN 42673 ist für Baugröße 100 L der Durchmes-ser des Wellenendes mit 28 mm festgelegt. Damit istein Bohrungsdurchmesser von 30 mm vorgegeben. Imvorliegenden Fall hat man ein Lager aus der Baureihe62 ausgewählt, also ein FAG 6206.2ZR.C3.L207 fürbeide Lagerstellen. Sie führen die Läuferwelle auf derAntriebsseite und auf der Belüftungsseite. Das Feder-element auf der Antriebsseite bewirkt die spielfreie An-stellung der Lagerung und bildet zugleich eine axialeGegenführung der Läuferwelle.Durch spielfreies Anstellen der Rillenkugellager unter-drückt man den nachteiligen Einfluß der Lagerluft aufdas Geräuschverhalten.

Dimensionierung der Lager

Bei der Nachrechnung der Lagerung geht man hier etwas anders als sonst üblich vor. Weil auch der Elek-tromotorenhersteller die Höhe der Belastung am Wel-lenende nicht kennt, gibt er die zulässige radiale Be-lastung in seinen Katalogen an.Zur Ermittlung der radialen Belastbarkeit wird das an-triebsseitige Rillenkugellager betrachtet.Der Berechnung wird eine erreichbare Lebensdauer Lhnavon 20 000 h und ein Basiswert a23II von 1,5 zugrunde-gelegt. Außerdem sind noch das Läufergewicht, dereinseitige magnetische Zug und die Unwucht zuberücksichtigen. Nachdem die beiden letztgenannten

Kriterien nicht bekannt sind, wird einfach das Läufer-gewicht mit einem Zuschlagfaktor fz = 1,5 multipli-ziert. Daraus errechnet sich Mitte Wellenende eine zulässigeradiale Belastung von 1 kN.Weil bei den meisten Einsatzfällen die Betriebslastkleiner als die zulässige Last ist, ergibt sich eine erreich-bare Lebensdauer Lhna von mehr als 20 000 Stunden.Die Gebrauchsdauer der Elektromotorenlager wird da-her meist durch die Fettgebrauchsdauer und nichtdurch Werkstoffermüdung bestimmt.

Nachsetzzeichen

.2ZR Lager mit zwei DeckscheibenC3 Radialluft größer als PN (normal)L207 Fettfüllung mit Arcanol L207

Bearbeitungstoleranzen

Welle j5; Schildbohrung H6. Die Bohrungstoleranz H6ergibt den Schiebesitz, der notwendig ist, damit sichdie beiden Lager zwanglos axial einstellen können.

Schmierung, Abdichtung

Bei kleinen und mittelgroßen Elektromotoren hat sichdie Lagerausführung .2ZR mit Deckscheiben auf bei-den Lagerseiten durchgesetzt. Diese Lager haben eineFettfüllung, die für die Gebrauchsdauer der Lager aus-reicht. Im vorliegenden Fall sind wegen der Isolations-klasse F erhöhte Betriebstemperaturen zu berücksich-tigen. Deshalb wird das FAG HochtemperaturfettArcanol L207 verwendet. Die Deckscheiben verhin-dern den Austritt von Fett und schützen gleichzeitigdas Lager vor Fremdkörpern aus dem Motorraum. Ge-gen den Zutritt von Staub und Nässe ist der Wellen-durchgang auf der Antriebsseite als langer Spalt ausge-bildet und mit einer Schutzkappe abgedeckt. Damitwerden die Forderungen der Schutzart IP44 erfüllt.

Antriebsseite Belüftungsseite

3: Drehstrom-Normmotor

Page 10: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

4 Elektromotor für ein Haushaltsgerät

Technische Daten

Leistung 30 W; Drehzahl 3500 min-1.

Lagerwahl

Elektromotoren für Haushaltsgeräte sollen geräusch-arm laufen. Die Laufruhe eines Motors wird sowohlvon der Lagerqualität (Form- und Lauftoleranz) undder Lagerluft als auch von der Bearbeitungsqualität derWelle und des Lagerschilds beeinflußt.

Heute entspricht bereits die Qualität von Normal-lagern den gestellten Anforderungen.

Den spielfreien Lauf der Lager erreicht man mit Hilfeeiner Federscheibe, die die Lagerung axial leicht vor-spannt.

Die Lagersitzstellen auf der Welle und die Bohrungenin den Lagerschilden müssen gut fluchten. Damit dieFederscheibe die Lager axial anstellen kann, sind dieAußenringe in den Lagerschilden verschiebbar gepaßt.

Auf der Kollektorseite ist ein Rillenkugellager FAG626.2ZR eingebaut, auf der anderen Seite ein FAG609.2ZR.L91.

Nachsetzzeichen

.2ZR Lager mit Deckscheiben auf beiden Seiten; sie bilden eine Spaltdichtung

L91 Sonderfettung mit Arcanol L91

Dimensionierung der Lager

Der Wellendurchmesser ist meist konstruktiv gegebenund führt zu Lagern, die hinsichtlich der Ermüdungs-lebensdauer sehr sicher dimensioniert sind. Ermü-dungsschäden sind selten; die Lager erreichen die ge-forderten Laufzeiten von 500...2000 Stunden.

Bearbeitungstoleranzen

Welle j5; Schildbohrung H5Die Bohrungstoleranz H5 ergibt den notwendigenSchiebesitz, damit sich die beiden Lager zwanglos axialeinstellen können.

Schmierung, Abdichtung

Fettschmierung mit Lithiumseifenfett der Konsistenz-kennzahl 2 mit besonders hohem Reinheitsgrad. Eszeichnet sich durch eine hohe Reibungsarmut aus. DerGesamtwirkungsgrad dieses Motors wird ganz wesent-lich vom Reibungsmoment der Kugellager beeinflußt.Die Lager mit Deckscheiben (Ausführung .2ZR) habeneine Fettfüllung, die für die Gebrauchsdauer der Lagerausreicht. Die von den Deckscheiben gebildete Spalt-dichtung ist unter normalen Umgebungsbedingungenein ausreichender Schutz gegen Verschmutzung.

4: Elektromotor eines Haushaltsgeräts

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5 Trommel einer Haushaltswaschmaschine

Technische Daten

Fassungsvermögen 4,5 kg Trockenwäsche(Gewichtskraft Gw = 44 N);Drehzahlen: beim Waschen 50 min–1

beim Vorschleudern 800 min–1

beim Schleudern 1000 min–1

Lagerwahl

Die Haushaltswaschmaschine wird auf der Frontseitegefüllt. Die Trommel ist fliegend gelagert. Am Endedes Trommelzapfens sitzt die Riemenscheibe für denAntrieb.

Die Größe der Lager richtet sich einmal nach demZapfendurchmesser, der aus Festigkeitsgründen fest-liegt, zum anderen nach den Gewichts- und Unwucht-kräften. Bei der Ermittlung der Lagerbelastung, die derLagerdimensionierung zugrunde gelegt wird, mußman von stark vereinfachten Annahmen ausgehen, dadie Belastung und die Drehzahl nicht konstant sind.

Haushaltswaschmaschinen haben im allgemeinenmehrere zum Teil vollautomatische Waschprogramme.Es gibt Programme mit oder ohne Schleudern. Beimeigentlichen Waschvorgang, d. h. einem Programmab-lauf ohne Schleudern, werden die Trommellager nurgering belastet, und zwar nur durch die Gewichtskräftevon Trommel und Naßwäsche. Diese Beanspruchungist für die Dimensionierung der Lager ohne Bedeutungund wird vernachlässigt. Anders ist es beim Schleuder-gang: Weil sich die Wäsche ungleichmäßig auf demTrommelumfang verteilt, entsteht eine Unwucht, dieeine hohe Zentrifugalkraft hervorruft. Für die Ausle-gung der Lager werden allein diese Zentrifugalkraft so-wie die Gewichtskräfte von Trommel GT und Trocken-wäsche GW zugrunde gelegt. Der Riemenzug wird imallgemeinen vernachlässigt.

Die Zentrifugalkraft errechnet sich aus:

FZ = m · r · v2 [N]

Darin bedeuten: m = GU/g [N · s2/m]GU Unwucht [N]. Als Unwucht werden 10...35 %

des Fassungsvermögens an Trockenwäsche angenommen.

g Erdbeschleunigung = 9,81 m/s2

r Wirkungsradius der Unwucht [m]Radius der Waschtrommel = dT / 2 [m]

v Winkelgeschwindigkeit = π · n / 30 [s–1]n Drehzahl der Trommel beim Schleudern [min–1]

Die Gesamtkraft zur Ermittlung der Lagerbelastungenergibt sich somit aus F = FZ + GT + GW [N]Diese Kraft wirkt in der Mitte der Waschtrommel.

Dimensionierung der Lager

Die Lager von Haushaltswaschmaschinen werden füreine dynamische Kennzahl fL = 0,85...1,0 ausgelegt.Diese Werte entsprechen einer nominellen Lebensdauervon 300...500 Schleuderstunden.Im vorliegenden Fall wurde für die trommelseitige La-gerstelle das Rillenkugellager FAG 6306.2ZR.C3 undfür die Lagerstelle auf der Seite der Riemenscheibe dasRillenkugellager FAG 6305.2ZR.C3 gewählt.Die Lager haben eine vergrößerte Radialluft nach C3und sind auf beiden Seiten mit Deckscheiben (.2ZR)abgedichtet.

Bearbeitungstoleranzen

Wegen der auftretenden Unwucht GU haben die In-nenringe Punktlast, die Außenringe Umfangslast. DieAußenringe müssen daher im Gehäuse eine feste Pas-sung erhalten; das erreicht man mit einer Bearbeitungder Gehäusebohrung nach M6. Die Innenringe wer-den weniger fest gepaßt; der Trommelzapfen hat dieToleranz h5. Damit ist gewährleistet, daß sich das Los-lager bei Wärmedehnungen einstellt. Außerdem er-leichtert die lose Passung die Montage.

Schmierung, Abdichtung

Die beidseitig abgedichteten Lager erhalten bereits beider Herstellung eine Füllung mit Sonderfett. Die Fett-füllung reicht für die Gebrauchsdauer der Lager aus.Auf der Seite der Waschtrommel ist zusätzlich eineschleifende Manschettendichtung eingebaut.

Lager AFrA =

F · l2 [N]a

Lager BFrB =

F · l1 [N]a

Als Lagerbelastungen erhält man:

Page 12: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

Riemenscheibe Trommel

5: Trommellagerung einer Haushalts-Waschmaschine

Page 13: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

6 Vertikal-Pumpenmotor

Technische Daten

Leistung 160 kW; Nenndrehzahl 3000 min–1;Gewicht von Läufer- und Pumpenlaufrad 400 kg;Pumpenschub 9 kN nach unten; Bauform V1.

Lagerwahl

Bei der Festlegung der Lagerungskonzeption geht manzuerst von der nach unten gerichteten Hauptaxiallastaus. Sie setzt sich zusammen aus der Gewichtskraft desLäufer- und Pumpenlaufrads (4 kN), der Pumpen-schubkraft (9 kN) und der Federvorspannung (1 kN).Beim Auslauf des Motors kann es zu einer Umkehr desPumpenschubs kommen, so daß die Lager kurzzeitigauch eine nach oben gerichtete Axialkraft von 4 kNaufnehmen müssen. Die Radialkräfte sind nicht genaubekannt. Sie ergeben sich aus dem einseitigen magneti-schen Zug und aus eventuellen Unwuchtkräften desLäufer- und Pumpenlaufrads. Erfahrungen aus derPraxis zeigen jedoch, daß diese Kräfte mit 50 % derLäufer- und Pumpenlaufradmasse, in diesem Fall alsomit 2 kN, hinreichend berücksichtigt sind.

Im gezeigten Beispiel besteht das Traglager aus einemSchrägkugellager FAG 7316B.TVP, das die Haupt-axiallast zu übernehmen hat. Um sicherzustellen, daßkeine Radialkraft auf das Lager wirkt, ist das Gehäusein diesem Bereich nach Spielpassung E8 radial freige-dreht. Das Rillenkugellager FAG 6216.C3 wird imNormalbetrieb nur durch eine geringe Radiallast unddie axial wirkende Federvorspannung belastet; hinzukommt beim Auslauf noch die Schubumkehrlast.

Hierdurch erfährt der Läufer eine Vertikalverschie-bung nach oben (Hochsteigeweg), die durch den abge-paßten Spalt zwischen Rillenkugellager-Stirnflächeund Abschlußdeckel begrenzt wird. Um in der Schub-umkehrphase Schlupf zu vermeiden, wird das Schräg-kugellager über Federn mit einer axialen Mindestbela-stung beaufschlagt.

Auf der Pumpenlaufradseite erfüllt ein Zylinderrollen-lager FAG NU1020M1.C3 die Loslagerfunktion. Daes die vom Pumpenlaufrad herrührenden Unwucht-kräfte aufnimmt, erhalten Innen- und Außenring einen Festsitz. Die Zylinderrollenlagerausführung er-gibt sich aus dem aus festigkeitstechnischen Gründenvorgegebenen Wellendurchmesser von 100 mm. We-gen der vergleichsweise geringen Radiallast wurde dieleichte Reihe NU10 ausgewählt.

Bearbeitungstoleranzen

Zylinderrollenlager Welle m5; Gehäuse M6Rillenkugellager Welle k5; Gehäuse H6Schrägkugellager Welle k5; Gehäuse E8

Schmierung

Die Lager werden mit FAG Wälzlagerfett ArcanolL71V geschmiert. Nachschmiermöglichkeiten sindvorgesehen. Nachschmiermenge– für die Loslagerstelle 15 g– für die Festlagerstelle 40 gDas Nachschmierintervall beträgt 1000 Stunden. DasAltfett wird in ringförmigen Deckelkammern aufge-fangen, die unterhalb der Lagerstellen angeordnet sind.

Page 14: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

6: Rotorlagerung eines Vertikal-Pumpenmotors

Page 15: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

7 Grubenlüftermotor

Technische Daten

Leistung 1800 kW; Drehzahl n = 750 min–1;Axiallast Fa = 130 kN; Radiallast Fr = 3,5 kN;Lager sind vertikal angeordnet.

Lagerwahl

Die Axiallast von 130 kN setzt sich zusammen aus denGewichtskräften des Läufers und der beiden jeweilsoben und unten aufgesetzten verstellbaren Lüfterräderund aus deren Axialschub. Sie wird im oben angeord-neten Traglager abgestützt.

Als Radialkräfte treten bei Senkrechtmotoren an bei-den Lagerstellen nur Führungskräfte auf. Sie sind sehrgering und ergeben sich im allgemeinen aus dem ein-seitigen magnetischen Zug und einer eventuell auftre-tenden Unwucht des Läufers. Im vorliegenden Fall be-trägt die Radialkraft je Lagerstelle 3,5 kN. Wenn diegenauen Werte nicht bekannt sind, lassen sich dieseKräfte aus der Erfahrung heraus dadurch hinreichendberücksichtigen, daß man das halbe Läufergewicht alsRadiallast im Schwerpunkt des Läufers angreifen läßt.

Als Traglager ist an der oberen Lagerstelle ein Axial-Pendelrollenlager FAG 29260E.MB eingebaut. Die radiale Führung übernimmt das darüber auf einer ge-meinsamen Büchse sitzende Rillenkugellager FAG16068M; es dient auch gleichzeitig zur axialen Gegen-führung des Läufers. Die axiale Führung ist notwendigbeim Transport und bei der Montage sowie beim Aus-laufen des Motors. In diesem Betriebszustand kann dieLuftgegenströmung eine Umkehr der Drehrichtungund des Axialschubs bewirken. Der axiale Führungs-weg nach oben ist auf maximal 1 mm begrenzt, so daßdas Axial-Pendelrollenlager in keinem Fall stark ab-hebt. Für den Kraftschluß im Lager sorgen Federn, dieunterhalb der Gehäusescheibe angeordnet sind; ihreFederkraft ist 6 kN. Das radiale Führungslager an derunteren Lagerstelle ist ein Rillenkugellager FAG6340M; es ist verschiebbar als Loslager eingebaut. Dadas Lager sehr niedrig belastet ist, wird es durch Fe-dern mit 3 kN angestellt.

Dimensionierung der Lager

Das Axial-Pendelrollenlager FAG 29260E.MB hat diedynamische Tragzahl C = 1430 kN. Mit der Axiallast Fa = 130 kN und dem Drehzahlfaktor für Rollenlager fn = 0,393 (n = 750 min-1) errechnet sich die dynami-sche Kennzahl fL = 4,3. Die nominelle Lebensdauer be-trägt Lh = 65000 Stunden.Unter Berücksichtigung der Betriebsviskosität n desSchmieröls (Viskositätsklasse ISO VG150) bei ca. 70 °C, der Bezugsviskosität n1 und der Bestimmungs-größen K1 und K2 läßt sich ein Basiswert a23II von etwa3 ermitteln. Der Sauberkeitsfaktor s wird mit 1 ange-setzt. Die erreichbare Lebensdauer Lhna des Axiallagersist größer als 100 000 Stunden, das Lager also sehr sicher ausgelegt. Mit dynamischen Kennzahlen fL > 6sind auch die beiden Radiallager sehr gut dimensioniert.

Bearbeitungstoleranzen

TraglagerstelleAxial-Pendelrollenlager Welle k5; Gehäuse E8Rillenkugellager Welle k5; Gehäuse H6

Unteres FührungslagerRillenkugellager Welle k5; Gehäuse H6

Schmierung, Abdichtung

Axiallager und Radiallager der Traglagerstelle habenÖlschmierung.Das Axial-Pendelrollenlager läuft im Ölbad und er-zeugt durch seine unsymmetrische Bauweise einenselbsttätigen Ölumlauf von innen nach außen. Dasdarüber sitzende Führungslager wird durch einen För-derkegel und schräg verlaufende Steigbohrungen mitÖl versorgt. Ein Fang- und ein Schleuderteller stellendie Schmierstoffversorgung während des Anlaufs sicher. Das untere Führungslager hat Fettschmierungund ist mit einer Nachschmiereinrichtung und einemFettmengenregler ausgerüstet. Die Traglagerstelle unddas untere Führungslager sind durch Labyrinthe abge-dichtet.

Page 16: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

7: Rotorlagerung eines Grubenlüftermotors

Page 17: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

8 Rotor einer Windenergieanlage

Windenergieanlagen zählen zu den alternativen undumweltschonenden Energiequellen. Mit ihnen werdenheute Leistungen bis max. 3 200 kW erzeugt. Es gibtHorizontalrotor- und Vertikalrotor-Systeme. Die Wind-kraftanlage WKA60 ist 44 Meter hoch und hat einenDreiblatt-Horizontalrotor mit 60 m Durchmesser.

Technische Daten

Nenndrehzahl des Dreiblattrotors = 23 min–1; Übersetzungsverhältnis des Getriebes i = 1:57,4; Elektrische Leistung 1 200 kW bei Rotor-Nenndreh-zahl des Generators von n = 1320 min–1.

Lagerwahl

Gefordert wurde eine Gebrauchsdauer von 20 Jahren.Zur Abstützung des fliegend gelagerten Blattrotorswurden Pendelrollenlager FAG 231/670BK.MB (Abmessungen 670 x 1090 x 336 mm) als Festlagerund FAG 230/900BK.MB (Abmessungen 900 x 1280x 280 mm) als Loslager gewählt.

Dimensionierung der Lager

Als Richtwert zur Dimensionierung der Hauptlage-rung von Windkraftanlagen gilt P/C = 0,08...0,15.Durch die variierenden Windkräfte mit Schwingungenund Vibrationen ist es schwer, die Belastung der Lagerexakt zu ermitteln. Die nominelle Lebensdauer soll Lh > 130 000 h sein. Es werden deshalb in der Regelmehrere Lastfälle mit veränderlichen Belastungen,Drehzahlen und Zeitanteilen herangezogen, darauswird dann die mittlere äquivalente Belastung ermittelt.Beim Festlager der WKA60 treten Radialbelastungenvon Fr = 400...1 850 kN und Axialbelastungen von Fa = 60...470 kN auf. Beim Loslager ist mit Radialbela-stungen von Fr = 800...1 500 kN zu rechnen.Beim Festlager ergeben die aufzunehmenden Radial-und Axialkräfte eine mittlere dynamisch äquivalenteBelastung von P = 880 kN. Dies ergibt für das LagerFAG 231/670BK.MB mit einer dynamischen TragzahlC = 11 000 kN ein Belastungsverhältnis von P/C =880/11 000 = 0,08.Das Loslager FAG 230/900BK.MB nimmt eine mitt-lere Radialkraft von Fr = P = 1 200 kN auf. Bei einerdynamischen Tragzahl von 11 000 kN ergibt sich einBelastungsverhältnis von 1 200/11 000 = 0,11.Für die normal belasteten Pendelrollenlager errechnensich Lebensdauerwerte (nach DIN ISO 281), die weitüber der Stundenzahl für 20-jährigen Dauerbetrieb liegen.

Lagereinbau

Um den Ein- und Ausbau der Lager zu erleichtern,sind die Lager mit Hydraulik-Spannhülsen FAGH31/670HGJS und FAG H30/900HGS auf der Wellebefestigt. Vorteil der Hülsenbefestigung ist auch einleichteres Einstellen der erforderlichen Radialluft.

Die Lager stützen sich in ungeteilten Stehlagergehäu-sen der Ausführung SUB (Festlager) und SUC (Los-lager) ab. Die Gehäuse sind aus Stahlguß und wurdenmit der Finite-Elemente-Methode überprüft.

Bearbeitungstoleranzen

Die Sitzflächen der Abziehhülsen auf der Rotorwellesind nach h9 und mit Zylinderformtoleranz IT5/2(DIN ISO 1101) gefertigt.Die Lagersitzflächen in der Gehäusebohrung sind nachH7 bearbeitet; dies läßt bei der Loslagerung eine Ver-schiebung des Außenrings zu.

Schmierung, Abdichtung

Zur Schmierung der Lager wird ein Lithiumseifenfettder Konsistenzklasse 2 mit Hochdruckzusätzen (FAGWälzlagerfett Arcanol L186V) verwendet.

Die Gehäuse haben auf beiden Seiten doppelte Filzab-dichtung. Ein Fettkragen im Bereich des Dichtspaltsam Gehäuse verhindert das Eindringen von Staub,Schmutz und evtl. Spritzwasser.

Rotor-Loslager

Windenergieanlage, schematisch

RotorbremseRotor-Festlager

KupplungGetriebe

Elektr. Schaltanlageund Reglungssystem

GeneratorRotornabe mit Blattver-stellmechanismus

Rotor-blatt

Fundament

Windrichtungs-nachführung

Turm

Netzanschluß

RotorBlattlager

Page 18: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

8: Lagerung der Rotorwelle einer Windenergieanlage

Page 19: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

9–18 Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen

Herzstück einer Werkzeugmaschine ist die Haupt-oder Arbeitsspindel und ihre Lagerung. Die wesent-lichen Qualitätsmerkmale des Spindel-Lager-Systemssind das Zerspanungsvolumen und die Bearbeitungs-präzision. Für Werkzeugmaschinenlagerungen werdenausschließlich Wälzlager in erhöhter Genauigkeit ver-wendet; hauptsächlich die Bauarten Schrägkugellager,bzw. Spindellager (Radial-Schrägkugellager mit Druck-winkel 15 und 25°), zweiseitig wirkende Axial-Schräg-kugellager, Radial- und Axial-Zylinderrollenlager so-wie gelegentlich Kegelrollenlager.Je nach den geforderten Leistungsdaten einer Werkzeug-maschine wird die Spindellagerung mit Kugel- oderRollenlagern nach den Kriterien Steifigkeit, Reibungs-verhalten, Genauigkeit, Drehzahleignung, Schmierungund Abdichtung konstruiert und ausgelegt. Aus einer Vielzahl möglicher Werkzeugmaschinen-Spindellagerungen haben sich einige charakteristischeLageranordnungen herausgebildet, die sich im Werk-zeugmaschinenbau bewährt haben (Abb. a, b, c).

Dimensionierung

Eine Nachrechnung der Hauptspindellagerung hin-sichtlich Ermüdungslebensdauer ist normalerweiseüberflüssig, da im Normalfall wegen der erforderlichenSpindel- und Lagersteifigkeit Lager mit so großemBohrungsdurchmesser gewählt werden müssen, daßdie Wälzlager bei erhöhter oder höchster Sauberkeitim Schmierspalt dauerfest sind. Bei der Lagerdimensio-nierung soll z. B. die dynamische Kennzahl fL bei Dreh-maschinenspindeln im Bereich von 3...4,5 liegen, diesentspricht einer nominellen Lebensdauer von Lh = 15 000...50 000 h.

Beispiel: Die Hauptspindellagerung einer CNC-Dreh-maschine (Abb. a) ist arbeitsseitig in drei SpindellagernB7020E.T.P4S.UL in Tandem-O-Anordnung abge-stützt (Druckwinkel a0 = 25°, C = 76,5 kN, C0 = 76,5 kN). Auf der Antriebsseite nimmt ein zweireihi-ges Zylinderrollenlager NN3018ASK.M.SP den Rie-menzug auf. Aus den Schnittkräften resultieren für diebeiden Spindellager in Tandem-Anordnung je 50 % deraxialen Reaktionskräfte. Das arbeitsseitige vordersteLager übernimmt 60 % der Radialkräfte. Es wird mitFr = 5 kN, Fa = 4 kN bei n = 3 000 min–1 belastet.

Werden die Lager mit dem Lithiumseifenfett FAG Arcanol L74V (Grundölviskosität 23 mm2/s bei 40 °C)geschmiert, ergibt dies bei 35 °C Betriebstemperatureine Betriebsviskosität n = 26 mm2/s. Aus dem mittlerenLagerdurchmesser dm = 125 mm und der Drehzahl n = 3 000 min–1 ergibt sich eine Bezugsviskosität von n1 = 7 mm2/s.

Dies führt zu einem Viskositätsverhältnis k = n/n1 ≈ 4;d. h. es liegt ein voll trennender Schmierfilm in denRollkontaktflächen vor. Mit k = 4 erhält man aus dema23-Diagramm den Basiswert a23II = 3,8. Da die Lagerin der Regel relativ niedrig belastet sind (fs* > 8), erhältman bei erhöhter (V = 0,5) und höchster (V = 0,3)Sauberkeit einen sehr großen Sauberkeitsfaktor (s = un-endlich). Dadurch wird der Faktor a23 (a23 = a23II · s)und somit auch die erreichbare Lebensdauer(Lhna = a1 · a23 · Lh) unendlich; es liegt Dauerfestigkeitvor. Solange also fs* ≥ 8 ist, entscheidet bei einer gutenSchmierung der Hauptspindellagerung (k ≥ 4) alleindie Sauberkeit im Schmierkontakt, ob die Lagerungdauerfest ist oder nicht.

a: Spindellagerung mit kombiniert belasteten Universal-Spindel-lagern (Spindellagersatz) auf der Arbeitsseite und einem ein- oderzweireihigen Zylinderrollenlager auf der Antriebsseite, das nur Radialkräfte aufnimmt.

b: Spindellagerung mit zwei Kegelrollenlagern in O-Anordnung.Die Lager nehmen Radial- und Axialkräfte auf.

c: Spindellagerung mit zwei zweireihigen Zylinderrollenlagern undeinem zweiseitig wirkenden Axial-Schrägkugellager. Hier erfolgt einegetrennte Aufnahme der Radial- und Axialkräfte.

Page 20: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

9 Bohr- und Frässpindel

Technische Daten

Antriebsleistung 20 kW; Drehzahlen 11...2 240 min–1.

Lagerwahl

Die Radialkräfte und die Axialkräfte werden getrenntaufgenommen. Als Radiallager sind zweireihige Zylin-derrollenlager eingebaut; auf der Arbeitsseite ein FAGNN3024ASK.M.SP, auf der Gegenseite ein FAGNN3020ASK.M.SP. Das zweiseitig wirkende Axial-Schrägkugellager FAG 234424M.SP führt die Spindelin axialer Richtung. Dieses Lager hat eine definierteVorspannung; ein Anstellen ist also nicht erforderlich.

Die Bearbeitung der Gehäusebohrung wird dadurcherleichtert, daß die Außendurchmesser des Radiallagersund des Axiallagers das gleiche Nennmaß haben. DieToleranz des Axiallagers liegt aber so, daß es imGehäuse Passungsspiel hat.

Schmierung, Abdichtung

Die Lagerung hat Ölumlaufschmierung.Die Labyrinthdichtung auf der Arbeitsseite besteht auseinbaufertigen, nicht berührenden Dichtelementen.Der innere Labyrinthring hält das Schmieröl zurück,der äußere Labyrinthring dichtet gegen die Schneid-emulsion ab.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Zylinderrollenlager Welle, kegelig Kegel 1:12 IT1/2 IT1Gehäuse K5 IT1/2 IT1

Axial-Schrägkugellager Welle h5 IT1/2 IT1Gehäuse K5 IT1/2 IT1

9: Bohr- und Frässpindel

Page 21: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

10 Hauptspindel einer NC-Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 27 kW;maximale Spindeldrehzahl 9000 min–1.

Lagerwahl

Von der Lagerung wird, neben sehr hoher Drehzahl-eignung, hohe Steifigkeit und Führungsgenauigkeit derArbeitsspindel verlangt. Eingebaut ist auf der Arbeits-seite ein Spindellagersatz FAG B7017C.T.P4S.DTL inTandem-Anordnung, auf der Antriebsseite ein Spindel-lagersatz FAG B71917C.T.P4S.DTL in Tandem-An-ordnung.Die Lager sind leicht vorgespannt (UL) und haben er-höhte Genauigkeit (P4S).Die Lagerung hat kein Loslager; sie stellt ein starresFestlagersystem dar. Beide Lagersätze bilden zusam-men eine O-Anordnung.

Dimensionierung der Lager

Die Lagergröße ergibt sich aus der erforderlichen Spin-delsteifigkeit, d. h. einem möglichst großen Spindel-durchmesser. Die Ermüdungslebensdauer wird zwar fürdie Dimensionierungsbetrachtung mit herangezogen,ist jedoch in der Praxis nicht entscheidend.

Hauptspindellager fallen in der Regel nicht durchWerkstoffermüdung, sondern durch Verschleiß aus;entscheidend ist die Fettgebrauchsdauer.

Lagerluft

FAG Spindellager der Universalausführung sind fürden beliebigen Einbau in X-, O- oder Tandem-Anord-nung bestimmt. Beim Einbau in X- oder O-Anordnungergibt sich eine definierte Vorspannung. Die leichteVorspannung UL genügt den üblichen Anforderun-gen.

Durch gleich lange äußere und innere Distanzhülsenbleibt die in den Lagern eingearbeitete Vorspannungerhalten. Bei günstigem Lagerabstand gleichen sichaxiale und radiale Wärmedehnungen der Arbeitsspin-del aus, so daß die Lagervorspannung in jedem Be-triebszustand unverändert bleibt.

Schmierung, Abdichtung

Mit etwa 35 % Hohlraumfüllung werden die Lagermit dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V auf Lebens-dauer geschmiert.Zur Abdichtung dienen Labyrinthdichtungen mit defi-nierten Spaltverhältnissen.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Spindellager Welle +5/–5 µm 1,5 µm 2,5 µmAntriebs-/Arbeitsseite Gehäuse +2/+10 µm 3,5 µm 5 µm

10: NC-Drehmaschinenspindel

Page 22: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

11 Hauptspindel einer CNC-Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 25 kW;Drehzahlbereich von 31,5...5000 min–1.

Lagerwahl

Die Lager müssen die Spindel radial und axial genauführen und eine hohe Steifigkeit aufweisen. Dies er-reicht man durch möglichst große Wellendurchmesserund eine entsprechende Lageranordnung. Die Lagerwerden vorgespannt und haben eine erhöhte Genauig-keit.Auf der Arbeitsseite ist als Festlager ein SpindellagersatzFAG B7018E.T.P4S.TBTL in Tandem-O-Anordnungmit leichter Vorspannung eingebaut.Auf der Antriebsseite sitzt als Loslager ein einreihigesZylinderrollenlager FAG N1016K.M1.SP.Die Lagerung ist für hohe Drehzahlen und für hoheZerspanungsleistung geeignet.

Dimensionierung der Lager

Die Lagergröße ergibt sich in erster Linie aus der erfor-derlichen Spindelsteifigkeit, d. h. dem Spindeldurch-messer. Die Ermüdungslebensdauer wird zwar für dieDimensionierungsbetrachtung mit herangezogen, siespielt jedoch in der Praxis keine dominierende Rolle.

Maßgebend für die Einsatzdauer der Lager ist nebender Hertzschen Pressung vor allem die Fettgebrauchs-dauer. Hauptspindellager fallen in der Regel nichtdurch Werkstoffermüdung, sondern durch Verschleißaus.

Lagerluft

FAG Spindellager der Universalausführung sind fürden beliebigen Einbau in X-, O- oder Tandem-Anord-nung bestimmt. Beim Einbau in X- oder O-Anordnungergibt sich eine definierte Vorspannung. Die leichteVorspannung UL genügt den üblichen Anforderun-gen.Das Zylinderrollenlager wird durch axiales Aufpressendes konischen Innenrings auf die Spindel annäherndspielfrei eingestellt.

Schmierung, Abdichtung

Die Lager werden mit dem FAG Wälzlagerfett ArcanolL74V auf Lebensdauer geschmiert.Bei Spindellagern füllt man ca. 35 % und bei Zylin-derrollenlagern ca. 20 % des Lagerhohlraums mit Fett.Die Abdichtung übernimmt ein Labyrinth mit defi-niert engen Radialspalten.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Spindellager Welle +5/–5 µm 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –4/+8 µm 3,5 µm 5 µm

Zylinderrollenlager Welle, kegelig Kegel 1:12 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –15/+3 µm 3,5 µm 5 µm

11: CNC-Drehmaschinenspindel

Page 23: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

12 Kurzbohrspindel

Technische Daten

Antriebsleistung 4 kW;maximale Spindeldrehzahl 7000 min–1.

Lagerwahl

Die Bohrspindel muß axial und radial genau geführtwerden. Die Lagerwahl richtet sich somit nach denauftretenden Axialkräften bei größtmöglicher axialerSteifigkeit. Ein weiteres Kriterium ist der Einbauraum,der z. B. bei Mehrspindel-Bohrköpfen begrenzt ist.

Arbeitsseite:1 Spindellagersatz FAG B71909E.T.P4S.TTL(3er Tandem-Anordnung)

Antriebsseite:1 Spindellagersatz FAG B71909E.T.P4S.DTL(2er Tandem-Anordnung).

Beide Lagersätze sind auch bestellbar als 5er Satz:FAG B71909E.T.P4S.PBCL (Tandem-Paar gegen 3erTandemsatz in O-Anordnung, leicht gegeneinander vor-gespannt). Die Lagerung hat kein Loslager; sie stellt einstarres Festlagersystem dar.

Dimensionierung der Lager

Die Lagergröße ergibt sich aus der erforderlichen Spin-delsteifigkeit, d. h. einem möglichst großen Spindel-durchmesser. Aus Sicht der Belastung ergibt sich in der

Regel für die Lager eine Belastungskennzahl fs* > 8 undsomit Dauerfestigkeit. Entscheidend für die Lager-lebensdauer ist eine gute Abdichtung, damit die Fettge-brauchsdauer voll ausgenutzt werden kann.

Lagerluft

FAG Spindellager der Universalausführung sind fürden beliebigen Einbau in X-, O- oder Tandem-Anord-nung bestimmt. Beim Einbau in X- oder O-Anordnungergibt sich eine definierte Vorspannung. Die leichteVorspannung UL genügt den üblichen Anforderun-gen.

Durch gleich lange äußere und innere Distanzhülsenbleibt die in den Lagern eingearbeitete Vorspannungerhalten. Bei günstigem Lagerabstand gleichen sichaxiale und radiale Wärmedehnungen der Arbeitsspin-del aus, so daß die Lagervorspannung in jedem Be-triebszustand unverändert bleibt.

Schmierung, Abdichtung

Mit etwa 35 % Hohlraumfüllung werden die Lagermit dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V auf Lebens-dauer geschmiert.

Zur Abdichtung dienen Labyrinthdichtungen mit Fang-nut und Abflußbohrung, an der evtl. eine Absaugungangebracht werden kann.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Spindellager Welle +3,5/–3,5 µm 1 µm 1,5 µm(Antriebs-/Arbeitsseite) Gehäuse –3/+5 µm 2 µm 3 µm

12: Bohrspindellagerung

Page 24: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

13 Hochgeschwindigkeits-Motorfrässpindel

Technische Daten

Antriebsleistung 11 kW;maximale Spindeldrehzahl 28 000 min–1.

Lagerwahl

Die Lagerung muß für sehr hohe Drehzahlen und fürdie besonderen thermischen Betriebsbedingungen ineiner Motorspindel geeignet sein. Hierfür eignen sichbesonders Hybrid-Spindellager mit Keramikkugeln.Die Frässpindel muß axial und radial hochgenau spiel-frei geführt werden.

Arbeitsseite:1 Spindellagersatz FAG HC7008E.T.P4S.DTL in

Tandem-Anordnung.Antriebsseite:1 Spindellagersatz FAG HC71908E.T.P4S.DTL in

Tandem-Anordnung.

Die Lagerpaare auf der Antriebs- und Arbeitsseite wer-den in O-Anordnung über Federn (Federkraft 300 N),entsprechend einer mittleren Vorspannung elastischgegeneinander angestellt. Das Lagerpaar auf der An-triebsseite sitzt in einer Büchse, die spielfrei in einerKugelbüchse gelagert ist, so daß axiale Längendehnun-gen der Welle zwanglos ausgeglichen werden können.

Dimensionierung der Lager

Lagergröße und Lageranordnung werden entsprechendder Drehzahlvorgabe und dem Spindeldurchmesserausgewählt.Zu berücksichtigen sind auch die Motorwärme, diesich als größerer Temperaturunterschied zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring auswirkt, und dieRingaufweitung, die sich durch die Fliehkraft auf-grund der hohen Drehzahl bemerkbar macht. Dieswürde bei einer starren Lageranordnung die Vorspan-nung stark erhöhen. Durch die Federvorspannungwerden beide Einflüsse problemlos ausgeglichen. Da-durch erreicht die Flächenpressung im Wälzkontaktdes Lagers einen relativ niedrigen Wert von p0 ≤ 2000 N/mm2 und ergibt dauerfeste Lager. DieEinsatzdauer der Lagerung wird somit durch die Fett-gebrauchsdauer bestimmt.

Schmierung, Abdichtung

Die Lager haben Fettschmierung mit dem Wälzlager-fett Arcanol L207V, das sich für die höheren thermi-schen Belastungen und für hohe Drehzahlen besonderseignet.Um das Fett vor Verunreinigungen zu schützen unddadurch die Fettgebrauchsdauer zu verlängern, erfolgtdie Abdichtung der Lagerung über Labyrinthe, beste-hend aus Spaltdichtung mit Spritzrillen und Fangnut.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Spindelllager Welle +6/+10 µm 1 µm 1,5 µm(Antriebs-/Arbeitsseite) Gehäuse –3/+5 µm 2 µm 3 µm

13: Lagerung einer Hochgeschwindigkeits-Motorfrässpindel

Page 25: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

14 Motorspindel einer Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 18 kW;maximale Spindeldrehzahl 4 400 min–1.

Lagerwahl

Die Lager müssen eine hohe Steifigkeit haben und dieSpindel radial und axial genau führen. Dies wird durcheinen möglichst großen Wellendurchmesser und durcheine entsprechende Lageranordnung erreicht. Die La-ger sind vorgespannt und haben eine erhöhte Genauig-keit. Des weiteren sind die besonderen thermischenGegebenheiten einer Motorlagerung zu berücksichtigen.

Arbeitsseite: 1 Spindellagersatz FAG B7024E.T.P4S.QBCL (Tandem-O-Tandem-Anordnung) als Festlager.

Gegenseite: 1 Zylinderrollenlager FAG N1020K.M1.SP als Loslager.

Dimensionierung der Lager

Da sich die Lagergröße in erster Linie nach dem Krite-rium Spindelsteifigkeit (größerer Spindeldurchmesser)

richtet, ergeben sich Lagergrößen, deren Tragfähigkeitbei weitem ausreicht. Für die Einsatzdauer der Lagerung ist deshalb die Fett-gebrauchsdauer maßgebend.

Lagerluft

Die Spindellager werden mit leichter Vorspannungeingebaut. Das Zylinderrollenlager mit kegeliger Boh-rung des Innenrings wird durch axiales Aufpressen aufden konischen Wellensitz der Spindel auf wenige µmRadialspiel eingestellt und erreicht bei Betriebstempe-ratur den gewünschten spielfreien Zustand.

Schmierung, Abdichtung

Die Lager werden mit dem Wälzlagerfett ArcanolL207V auf Lebensdauer geschmiert. Das Fett eignetsich speziell für höhere Temperaturen und hohe Dreh-zahlen.Bei Spindellagern füllt man ca. 35 % und bei Zylin-derrollenlagern ca. 20 % des Lagerhohlraums mit Fett.

Die Abdichtung übernimmt ein Stufenlabyrinth mitFangnuten und Abflußbohrungen. Eine Spaltdichtungschützt das Zylinderrollenlager vor äußeren Einflüssen.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Spindellager Welle –5/+5 µm 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –4/+10 µm 3,5 µm 5 µm

Zylinderrollenlager Welle, kegelig 1:12 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –15/+3 µm 3,5 µm 5 µm

14: Motorspindellagerung einer Drehmaschine

Page 26: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

15 Vertikal-Schnellauf-Frässpindel

Technische Daten

Antriebsleistung 2,6/3,14 kW;Nenndrehzahl 500...4 000 min–1.

Lagerwahl

Die Lagerung muß bei allen Drehzahlen im oben ge-nannten Bereich betriebssicher laufen. So muß dieSpindel beispielsweise bei 500 min–1 und hoher Bela-stung radial und axial starr geführt sein. Andererseitsdürfen sich die Lagerstellen bei der höchsten Drehzahlvon 4 000 min–1 nicht so stark erwärmen, daß die Ar-beitsgenauigkeit darunter leidet.

Auf der Arbeitsseite der Frässpindel ist ein Spindellag-ersatz FAG B7014E.T.P4S.TBTM (Tandem-O-Anord-nung, mittlere Vorspannung) eingebaut. Die Lager-gruppe ist über eine Mutter und Distanzbüchse mit1,9 kN vorgespannt.

Das Rillenkugellager FAG 6211TB.P63 führt dieSpindel auf der Antriebsseite. Damit auch dieses Lagerspielfrei läuft, wurde es mit Tellerfedern leicht vorge-spannt.

Dimensionierung der Lager

Das Fräsen erfordert biege- und verdrehsteife Spin-deln. Dadurch liegt der Spindeldurchmesser und auchdie Größe der Lager fest. Die erforderliche Steifigkeitder Lager wird durch die gewählte Anordnung undVorspannung erreicht. Die beiden oben angeordnetenSchrägkugellager entlasten die Spindel von Kräften ausdem Antrieb.

Bearbeitungstoleranzen

Sitzstelle Durchmesser- Zylinder- Summen-toleranz formtoleranz planlauftoleranz

(DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle js4 IT1/2 IT1

Gehäuse JS5 IT2/2 IT2(Arbeitsseite)

Gehäuse H6 IT3/2 IT3(Arbeitsseite)

Schmierung, Abdichtung

Die Lager haben Fettschmierung (FAG WälzlagerfettArcanol L74V).

Eine Spaltdichtung mit Spritzrillen und Fangnutschützt die Spindellagerung vor Umgebungseinflüssen. 15: Lagerung einer Vertikal-Schnellauf-Frässpindel

Antriebsseite

Arbeitsseite

Page 27: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

16 Bohrungsschleifspindel

Technische Daten

Antriebsleistung 1,3 kW; Spindeldrehzahl 16 000 min–1.Die Spindel wird durch den Schleifdruck radial bela-stet. Die Belastung ist abhängig von der Schleifschei-bengüte, dem Vorschub und der Schnittiefe.

Lagerwahl

Hohe Schleifgeschwindigkeit beim Bohrungsschleifenerfordert eine hohe Spindeldrehzahl. Des weiterenwird eine ausreichende Starrheit und eine genaueFührung vor allem in axialer Richtung verlangt. DieForderungen nach hoher Drehzahl und hoher Steifig-keit lassen sich mit Spindellagern erfüllen. Da dieSchleifspindel in erster Linie eine hohe radiale Steifig-keit benötigt, ist es zweckmäßig, Lager mit einemDruckwinkel von 15° (Ausführung C) vorzusehen.

Auf der Arbeitsseite und auf der Antriebsseite ist je einSpindellagersatz FAG B7206C.T.P4S.DTL in Tan-dem-Anordnung eingebaut. Die Belastungen werdenvon den in O-Anordnung angestellten Tandem-Lager-paaren gleichmäßig aufgenommen. Hierzu müssen die

Zwischenringe in einer Aufspannung gleich breit undplanparallel geschliffen werden.Damit die Lagerung bei allen Betriebszuständen spiel-frei läuft, wird sie mit einer Schraubenfeder leicht vor-gespannt. Die Vorspannung erhöht die Steifigkeit derLagerung. Allerdings wird die Höhe der Vorspannungdurch die zulässige Temperatur der Lagerung begrenzt.Je nach Verwendung der Spindel liegt die Vorspann-kraft zwischen 300 und 500 N.Aus der erforderlichen Steifigkeit ergibt sich der Spin-deldurchmesser, wodurch die Lagergröße vorgegebenist.

Schmierung, Abdichtung

Schmierung mit einem Fett für hochtourige Lager(FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V). Die Lager werdenbei der Montage mit einer Fettmenge versehen, die fürdie gesamte Betriebszeit ausreicht. Nachschmierung istnicht notwendig.

Die Abdichtung der Lagerräume muß wegen der hohen Drehzahl berührungsfrei sein. Diese wird mit Labyrinthdichtungen erreicht.

Bearbeitungstoleranzen

Sitzstelle Durchmesser- Zylinderformtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle js3 IT0/2 IT0

Gehäuse (Antriebsseite) +2/+6 µm IT1/2 IT1

Gehäuse (Arbeitsseite) –1/+3 µm IT1/2 IT1

Antriebsseite Arbeitsseite

16: Lagerung einer Bohrungsschleifspindel

Page 28: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

17 Außenrundschleifspindel

Technische Daten

Antriebsleistung 11 kW; Drehzahl n = 7 500 min–1;Laufgenauigkeit radial 3 µm, axial 1 µm.

Lagerwahl

Beim Außenrundschleifen wird sowohl hohe Zerspa-nungsleistung beim Schruppschleifen als auch hoheForm- und Oberflächenqualität beim Feinschleifen ge-fordert. Wesentliche Kriterien für die Lagerung sindhohe Steifigkeit und Laufgenauigkeit sowie guteDämpfung und Drehzahleignung. Diese Forderungenwerden mit Genauigkeitslagern erfüllt.Hier kommen abgedichtete Universal-Spindellager mitkleinen Stahlkugeln (HSS) zum Einsatz:– auf der Arbeitsseite als Festlager 1 Spindellagersatz

FAG HSS7020C.T.P4S.QBCL in Doppel-O-An-ordnung.

– auf der Antriebsseite als Loslager 1 Spindellagersatz FAG HSS7020C.T.P4S.DBL in O-Anordnung.

Bei noch höheren Drehzahlen sind abgedichtete Hybrid-Spindellager HCS mit kleinen Keramikkugeln(geringere Zentrifugalkräfte) zweckmäßig.

Dimensionierung der Lager

Die Größe der Lager ergibt sich aus dem erforderli-chen Spindeldurchmesser bzw. dem vorgegebenen

Pinolenaußendurchmesser. Der Druckwinkel von 15°ist günstig für eine hohe radiale Steifigkeit. Durch dieAnordnung von vier Lagern auf der Arbeitsseite wer-den die Laufgenauigkeit und die Dämpfung verbes-sert.

Lagerluft

Alle Lager in Universalausführung UL haben im einge-bauten Zustand bei der O-Anordnung eine leichte Vor-spannung. Zwischenringe begünstigen die thermi-schen Verhältnisse und ergeben eine größere Stützbasisan der Lagerstelle. Damit sich die definierte Lagervor-spannung durch die Zwischenringe nicht verändert,müssen diese exakt gleich breit und planparallel bear-beitet werden.

Schmierung, Abdichtung

Die abgedichteten FAG HSS-Spindellager sind war-tungsfrei und mit FAG Wälzlagerfett Arcanol L74 for-life geschmiert.Als zusätzliche Abdichtung dient auf der Schleifschei-benseite ein Labyrinth mit definiert engen Axialspal-ten von 0,3...0,8 mm. Auf der Antriebsseite genügteine einfache Labyrinthdichtung.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Spindellager Welle +3/–3 µm 1 µm 1,5 µm(Arbeitsseite) Gehäuse -3/+5 µm 2 µm 3,5 µm

Spindellager Welle +3/–3 µm 1 µm 1,5 µm(Antriebsseite) Gehäuse +5/+13 µm 2 µm 3,5 µm

17: Lagerung einer Außenrundschleifspindel

Page 29: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

18 Flächenschleifspindel

Technische Daten

Leistung des Schleifmotors 220 kW; maximale Dreh-zahl 375 min–1; Gewichtskraft von Spindel, Rotor undSchleifkopf 30 kN; Schleifdruck maximal 10 kN.

Lagerwahl

Auf der Seite des Schleifkopfs ist die Spindel in einemzweireihigen Zylinderrollenlager FAGNN3060ASK.M.SP abgestützt. Das oberhalb diesesLagers angeordnete Axial-Rillenkugellager FAG51164MP.P5 nimmt die axiale Komponente desSchleifdrucks auf. Am oberen Ende sind das zweireihi-ge Zylinderrollenlager FAG NN3044ASK.M.SP unddas Axial-Rillenkugellager FAG 51260M.P6 einge-baut. Das Zylinderrollenlager übernimmt die radialeFührung; das Axial-Rillenkugellager trägt das Gewichtvon Rotor, Spindel und Schleifkopf. Zur Erhöhungder axialen Steifigkeit ist dieses Lagers mit Tellerfederngegen das untere Axial-Rillenkugellager angestellt.

Dimensionierung der Lager

Die starre Führung der Spindel in radialer Richtungwird durch formgenaue Umbauteile, feste Passungen derLagerringe und eine leichte Vorspannung der Zylinder-rollenlager erzielt. Die Innenringe werden dabei soweitauf den kegeligen Lagersitz geschoben, bis der Rollkör-perkranz unter leichter Vorspannung (5 µm) umläuft.Oberflächengüte und Maßgenauigkeit der Werkstückehängen vor allem von der axialen Steifigkeit des Spin-delstocks und des Rundtisches ab, wobei der Steifigkeitder Axiallager besondere Bedeutung zukommt. Zur Er-höhung der Steifigkeit werden die Axiallager mit denTellerfedern, die sich am oberen Ende der Spindel be-finden, mit einer Kraft von 40 kN vorgespannt. Da dieGewichtskraft (Spindel, Rotor, Schleifkopf ) 30 kN be-trägt, verbleibt für das untere Axiallager eine Vorspan-nung von 10 kN. Damit ist starre spielfreie Führungder Spindel auch in axialer Richtung gewährleistet. Dierechnerische Steifigkeit beträgt 2,5 kN/µm; bei einemmaximalen Schleifdruck von 10 kN weicht die Spindelalso nur um 4 µm axial aus.

Schmierung, Abdichtung

Die Lager des Spindelstocks haben eine for-life-Schmie-rung mit dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V. Als Ab-dichtung am oberen Spindelende genügt eine Spaltdich-tung, da der Spindelstock oben mit einer Kappe ver-schlossen ist. Ein Wellendichtring verhindert, daß Fettin den Motor gelangt. Die untere Lagerung hat auf derMotorseite eine Spaltdichtung und auf der Schleifkopf-seite eine Spaltdichtung mit vorgeschaltetem Labyrinth. 18: Lagerung einer Flächenschleifspindel

Page 30: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

19 Rundtisch einer Senkrecht-Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 100 kW; Drehzahlen bis n = 200 min–1;Drehtisch-Außendurchmesser 2 000, 2 200 oder 2 500 mm; maximaler Werkstück-Durchmesser 2 800 mm, maximale Werkstückhöhe 2 700 mm, maximales Werkstückgewicht 250 kN; Rund- undPlanlaufabweichung maximal 5 µm.

Lagerwahl

Die Lagerung der Planscheibe erfordert hohe Laufge-nauigkeit und Starrheit. Da die Axialkraft überwiegtund durch exzentrischen Kraftangriff ein großes Kipp-moment entsteht, baut man ein Axial-Rillenkugellagerin erhöhter Genauigkeit (Hauptabmessungen 1250 x1495 x 150 mm) ein. Die radiale Führung übernimmtein Schrägkugellager in erhöhter Genauigkeit FAG7092MP.P5 (30° Druckwinkel). Beide Lager werdenmit 50 kN gegeneinander vorgespannt.

Die hohe Vorspannung garantiert eine hohe Laufge-nauigkeit bei hoher radialer und axialer Momenten-oder Kippsteifigkeit unter relativ geringer Eigenerwär-mung.Durch spezielle Maßnahmen während derMontage und nach Überschleifen des Rundtisches er-gibt sich ein Planlauf von max. 5 µm.

Bearbeitungstoleranzen

Axial-Rillenkugellager: Zahnkranz j5Schrägkugellager: Königszapfen j5/Zahnkranz K6

Schmierung, Abdichtung

Die Lagerung hat Ölumlaufschmierung.Über Ölzuführungsröhrchen gelangt das Öl direkt andie einzelnen Lagerstellen. Hat das Öl die Lagerdurchlaufen, wird es über einen Filter in einen Sam-melbehälter geleitet und erneut den Lagern zugeführt.Das Dichtungslabyrinth verhindert den Ölaustritt undschützt die Lager vor Verschmutzung.

19: Rundtischlagerung einer Senkrecht-Drehmaschine

Page 31: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

20 Reitstockspindel

Technische Daten

Maximale Drehzahl n = 3 500 min–1

Lagerwahl, Dimensionierung

Die Lagerung muß insbesondere starr und tragfähigsein. Weitere Forderungen wie hohe Genauigkeit undgute Drehzahleignung werden mit Lagern in Genauig-keitsausführung erfüllt.

Auf der Arbeitsseite übernimmt ein zweireihiges Zylin-derrollenlager FAG NN3014ASK.M.SP die hohe Ra-diallast. Die hohe Axialkraft wird auf der Gegenseitevon vier Schrägkugellagern FAG 7210B.TVP.P5.ULübernommen. Davon sind drei Lager in Tandem-An-ordnung eingebaut, das vierte Lager dient lediglich zuraxialen Gegenführung.

Der maximale Lageraußendurchmesser ist durch diePinolengröße vorgegeben.

Zylinderrollenlager haben eine hohe radiale undSchrägkugellager mit 40° Druckwinkel eine hohe axialeTragfähigkeit.

Lagerluft

Das Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung istdurch Aufpressen des Innenrings auf den konischenWellensitz (Kegel 1:12) mit 2...3 µm vorgespannt.

Die Schrägkugellager in Universalausführung UL habenbei der O-Anordnung eine leichte Vorspannung. Diebeiden Zwischenringe sind genau gleich breit und die-nen lediglich dazu, einen Hohlraum zu schaffen, derdas aus den Lagern entweichende überschüssige Fettaufnimmt.

Schmierung, Abdichtung

For-life-Schmierung mit FAG Wälzlagerfett ArcanolL135V. Eine Labyrinthdichtung verhindert denSchmutzeintritt ins Lager.

Bearbeitungstoleranzen

Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle, kegelig Kegel 1:12 1,5 µm 2 µmZylinderrollenlager Gehäuse –13 / +2 µm 2,5 µm 4 µm

Welle –4 / +4 µm 1,5 µm 2 µmSchrägkugellager Gehäuse –4 / +6 µm 2,5 µm 4 µm

20: Lagerung einer Reitstockspindel

Page 32: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

21 Drehschälmaschine für Rundstangen und Rohre

Mit Drehschälmaschinen werden auf besonders wirt-schaftliche Weise Stangen und Rohre verschiedensterDurchmesser nach Toleranzklasse h9 gefertigt. BeimDrehschälverfahren wird das stillstehende Rundmate-rial mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeitgegen rotierende Drehmeißel bewegt. Bei dieser Ma-schine sind vier Drehmeißelschlitten am Umfang desDrehkopfes verteilt und radial verstellbar.

Technische Daten

Antriebsleistung 75 kW; Drehzahl n = 300...3600 min–1;Material-Außendurchmesser 11...85 mm; Vorschubge-schwindigkeit 1...40 m/min.

Lagerwahl

Die Hauptlagerung nimmt die Schnittkräfte der vierDrehmeißel auf und wird von zwei Spindellagern FAGB7036E.T.P4S.UL gebildet. Die Lager sind in O-An-ordnung über Federn mit 14,5 kN (2 % von C0/Y0)vorgespannt.C0 statische TragzahlY0 Axialfaktor bei statischer BelastungZwei Schrägkugellager FAG 71848MP.P5.UL in O-Anordnung übernehmen die Führungskräfte des axial verschiebbaren Hohlkegels, in dem die vier Dreh-

meißelschlitten radial geführt und eingestellt werden.Auch diese Lager sind mit einer Federvorspannkraftvon 5 kN (1 % von C0/Y0) gegeneinander angestellt.Erfahrungsgemäß treten bei diesen Vorspannkräftenkeine Schlupfschäden auf, selbst wenn die Drehschäl-maschine innerhalb einer Sekunde von 3600 min–1 aufNull abgebremst wird.

Bearbeitungstoleranzen

Die Innenringe beider Lager haben Umfangslast undsind mit Toleranz js5 gepaßt.Die Lagersitze der Außenringe sind nach G6 bearbei-tet. Hierbei bleibt die Federvorspannung in allen Be-triebszuständen wirksam, da die Wärmedehnungenund Fliehkraftaufweitungen der rotierenden Teilenicht zum Klemmen der Außenringe im Gehäuseführen.

Schmierung, Abdichtung

Die Lagerungen haben Öl-Einspritzschmierung. Ver-wendet wird das Öl ISO VG 32 (32 mm2/s bei 40 °C).Bei 80 °C hat das Öl eine Betriebsviskosität von n = 8 mm2/s. Eine aufwendige Labyrinthabdichtungschützt die Lager gegen eindringende Schneidemul-sion und Späne (Abrieb) sowie gegen austretendes Öl.

21: Lagerung einer Drehschälmaschine für Stangen und Rohre

Page 33: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

22 Schwungrad einer Karosseriepresse

Technische Daten

Antriebsleistung 33 kW; Schwungraddrehzahl 370 min–1;Radialbelastung aus Schwungradgewicht und Riemen-zug ca. 26 kN.

Lagerwahl

Wegen der hohen Belastungen und der Umfangslast amAußenring müssen beide Laufringe fest auf ihren Ge-genstücken sitzen. Dennoch soll der Ein- und Ausbauder Lager einfach sein. Diese Forderungen erfüllen Zylinderrollenlager. Die Lager haben eine hohe Trag-fähigkeit und sind zerlegbar, d. h., Innen- und Außen-ringe können einzeln montiert werden.

Das Schwungrad ist mit zwei ZylinderrollenlagernFAG NU1048M1A auf dem Hohlzapfen abgestützt,der aus dem Pressenständer ragt. Das NachsetzzeichenM1A bedeutet, daß die Lager mit einem außenbordge-führten Messing-Massivkäfig ausgerüstet sind. Zuraxialen Führung des Schwungrads ist an den äußerenSeiten der beiden Zylinderrollenlager je ein Winkel-ring FAG HJ1048 angeordnet. Zwischen den Lagerin-nenringen sitzt die Distanzbüchse J und zwischen denAußenringen die Distanzbüchse A. Damit die Lage-rung eine ausreichende Axialluft bekommt, ist dieBüchse J um 0,6+0,2 mm länger als die Büchse A.Nach der Lagermontage wird die Axialluft geprüft(Mindestwert 0,4 mm).

Dimensionierung der Lager

Die Größe der Lager ist durch den konstruktiv beding-ten Zapfendurchmesser vorgegeben.

Bearbeitungstoleranzen

Die Außenringe erhalten Umfangslast und müssen des-halb mit Festsitz gepaßt werden;Naben-Bohrungstoleranz nach M6.Bei den Innenringen liegt Punktlast vor,Wellentoleranz nach j5.

Lagerluft

Eine Kontrollrechnung zeigt, daß sich nach dem La-gereinbau die Radialluft durch Einschnürung desAußenrings und durch Aufweitung des Innenrings(wahrscheinliches Übermaß) gegenüber der Radialluftvor dem Einbau (Tabellenwert) nur um 20 µm verrin-gert. Es können also Lager mit normaler Radialluft(CN = 110...175 µm) verwendet werden.

Schmierung, Abdichtung

Fettschmierung (FAG Wälzlagerfett Arcanol L71V).Wellendichtringe verhindern den Schmutzeintritt.

Page 34: Die Gestaltung von Wälzlagerungen

22: Schwungradlagerung einer Karosseriepresse