Wälzlager und Wälzlagerungen

1. Wälzlager und Wälzlagerungen 30.10.10 Marco Ruschmeyer

2. Übersicht • Definition • Anwendungsbereiche der Wälzlager • Aufgaben und Wirkprinzip • Vor- und Nachteile • Die Lagerluft • Schmierungsarten • Bezeichnung von Wälzlagern • Übung zu der Bezeichnung von Wälzlagern • Auswahl der Wälzlager und Einteilung der Lager • Wichtige Kriterien für den Entwurf der Lagerung • Erläuterung von Punkt- und Umfangslast • Formeln • Berechnungsaufgaben

3. 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.

4. 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

5. 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) aufnehmen • Wellen u. Achsen möglichst zweifach lagern, damit die Reaktionskräfte statisch bestimmbar sind

7. 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

8. Die Lagerluft 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 • bei zu festem Einbau den optimalen Abstand der Wälzkörper zu Innen- und Außenring bewahren. • bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Innen- und Außenrings ebenfalls einen ausreichenden Abstand behalten.

9. durch Lagerluft CN Lagerluft normal

10. Schmierungsarten • Schmierfett • Öl • Festschmierstoff (Sonderfall) Die Art der Schmierung richtet sich nach Höhe • der Drehzahl • der Beanspruchung • der Betriebstemperatur • Vor dem Entwurf muss sich für die Schmierungsart entschieden werden

11. 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

12. 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.

14. Übung zur Wälzlagerbezeichnung 1. 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

15. Auswahl der Wälzlager

17. 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°

18. 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

19. 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

20. 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

22. 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€

24. 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.

25. 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.

26. Kugelbuchsen

27. 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 fn͌ 0,5 f˪= C/P*fn RM FS 14.6 • Reibung • Schmierung und Abdichtung

29. Punkt- und Umfangslast • Punktlast: 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.

30. Formeln RM FS 14.1

31. 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

32. Berechnungsaufgabe ges. geeignete Wälzlager

33. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit