Produktschulung Wälzlager

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1 Produktschulung Wälzlager K. Schmidt Gliederung Seite 1. Wälzlager-Arten 2 2. Wälzlagertoleranzen u. Qualitätsklassen Bezeichnung 4 4. Lagerkurzzeichen 4 5. Auswahl von Wälzlagern Lebensdauer 6 7. Tragzahlen Schmierung Drehzahlgrenze Rillenkugellager einreihig Schrägkugellager Pendelkugellager Pendelrollenlager Kegelrollenlager Axial-Wälzlager Anhang: Geschichte und Herstellung

2 1. Wälzlager-Arten Wälzlager - Überbegriff für alle Lager mit Wälzkörpern. Wälzlagerformen - Wälzlager unterscheidet man in erster Linie nach der Form ihrer Wälzkörper in Kugel- und Rollenlager. Rollenlager können im allgemeinen höhere Belastungskräfte aufnehmen als Kugellager. Kugellager hingegen haben höhere Drehzahlgrenzen als Rollenlager. Kugel Zylinderrolle Kegelrolle Tonnenrolle Nadelrolle Axiallager - Nur die Axiallager werden mit dem Vorwort Axial extra gekennzeichnet. Enthält also eine Benennung dieses Vorwort nicht, so ist immer ein Radiallager gemeint! Axial-Rillenkugellager Axial-Zylinderrollenlager Axial-Kegelrollenlager Kugellager (Radiallager) - Kugellager werden nach ihren typischen Konstruktionsmerkmalen unterschieden: Rillenkugellager Im Innen- und Außenring jeweils eine oder zwei Rillen Schrägkugellager Die Belastung wird von einem Ring auf den anderen unter einem Winkel übertragen Pendelkugellager Kann Schiefstellungen der Welle zum Gehäuse zu einem gewissen Grad ausgleichen Lagerluft - Die Lagerluft ist die Luft, das die Teile in einem Wälzlager zueinander in radialer oder axialer Richtung haben. Die Lagerluft ist genormt. Wälzlager werden mit verschieden großer Lagerluft angeboten. Sie ist von Lagerart zu Lagerart verschieden. Man unterscheidet die Lagerluft jeweils in Normalluft, größer als Normalluft, kleiner als Normalluft. Zusatzzeichen C2 C0 C3 C4 C5 Lagerluft kleiner als normal normal größer als normal größer als C3 größer als C4 Axial-Pendelrollenlager Rollenlager (Radiallager) - Rollenlager werden nach der Form der Rolle unterteilt: 2. Wälzlagertoleranzen Zylinderrollenlager Kann hohe, vorwiegend radial auf das Lager gerichtete Kräfte aufnehmen Nadelrollenlager Kann radial auf das Lager gerichtete Kräfte aufnehmen. Bei gleicher Nennbohrung ist es wesentlich kleiner im Außendurchmesser Kegelrollenlager Kann radial und axial auf das Lager gerichtete Kräfte aufnehmen Pendelrollenlager Früher Tonnenlager. Kann Schiefstellungen der Welle zum Gehäuse bis zu einem gewissen Grad ausgleichen - Die Toleranzen der Wälzlager sind nach DIN 620 T1 bis T6 genormt und in verschiedene Genauigkeitsklassen eingeteilt. In der DIN-Norm sind die Genauigkeitsklassen mit Normal, P6, P5, P4 bezeichnet. Mit kleiner werdender Ziffer wird die Genauigkeit größer! DIN-Norm Normal (PN, PO) höhere Qualität P6 P5 P4 Toleranzen sind die zulässigen, von den Nennmaßen abweichenden Werte. 2

3 Wälzlagertoleranzen und Qualitätsklassen Genormte Fertigungstoleranzen: DIN / ISO / ABMA / JIS. Diese sind vergleichbar (siehe unten). Achtung: ABMA (ABEC) ist gegenläufig nummeriert. Üblicher Industriestandard ist DIN P0 = ISO Normal Class. Das sagt aber noch nichts über die Gesamt-Qualität des Lagers aus, da die Qualitäten von Werkstoff, Oberflächenrauheit, Schmierung und Dichtscheiben nicht berücksichtigt werden. Das ist wahrscheinlich ein Grund, warum bei den verschiedenen Herstellern manchmal nicht oder nur an versteckter Stelle auf dieses Thema eingegangen wird. Die Standard-Lager in PO haben keine Qualitätskennzeichnung. Eine Ausnahme bildet hier der Inlineskater-Bereich. Dort wird der Kunde durch hohe ABEC-Klassen beindruckt, was aber nichts über die Gesamt-Qualität und Lebensdauer des Lagers aussagt. ABEG - Klassen (Advanced Bearing Expert Group) Dieses System von Findling und anderen Händlern versucht, die Lager hinsichtlich der Verwendbarkeit bzw. Verwendungszwecks (unter Berücksichtigung sämtlicher Qualitätsmerkmale) zu klassifizieren. Dieses System ist rechtlich geschützt und kann sich daher schlecht international durchsetzen. Premium: Für anspruchsvolle Hightech-Einsätze wie z. B. im Ventilatoren- und Gebläsebau. Lager dieser Kategorie bieten exklusive Extras und erfüllen Ansprüche an höchste Belastungen und Umdrehungszahlen sowie besondere Dichtungen oder Sonderfette. Supra: Leistungsbewusst mit Fertigungspräzision und Funktionsvielfalt für universelle Anwendungsmöglichkeiten wie z. B. im Getriebebau. Eco: Solide Basistechnologie bei freier Auswahl unter wichtigen Ausstattungskomponenten für kostengünstige Lösungen wie z. B. in der Fördertechnik. EasyRoll: Kostengünstigste Lösung, eignet sich speziell für Anwendungen mit niedrigen Umdrehungszahlen, z. B. bei Kranlaufrädern und Rollen. ABEC - Klassen (Annular Bearing Engineers Committee) Dieses System wurde eingeführt, um die Lager hinsichtlich der Fertigungstoleranzen unterscheiden zu können. In aufsteigender Qualität wird unterschieden zwischen ABEC 1, ABEC 3, ABEC 5, ABEC 7, ABEC 9 und ABEC 11. Je höher die ABEC-Angabe, desto enger sind die Fertigungstoleranzen. Dieses System wird häufig im Inlineskater-Bereich verwendet. Der Kunde soll durch hohe ABEG-Klassen beindruckt werden, was aber nichts über die Gesamt-Qualität und Lebensdauer des Lagers aussagt. Gute ABEC 3 Kugellager können deutlich besser als schlechte ABEC 5 Kugellager sein. 3

4 3. Bezeichnung der Wälzlager Die äußeren Abmessungen der Wälzlager sind nach DIN 616 in Übereinstimmung mit der DIN ISO 355 festgelegt. Sie sind so aufgebaut, daß jeder Lagerbohrung mehrere Außendurchmesser und Breitenmaße zugeordnet sind, um einen möglichst großen Bereich hinsichtlich der Belastbarkeit von Lagern gleicher Bohrung und Bauform zu erreichen. Dieses Bezeichnungssystem ist nach DIN 623 festgelegt. Man unterscheidet sowie die Breitenreihen: die Durchmesserreihen: 0 (ganz leicht) 0 2 (leicht) 1 3 (mittelschwer) 2 4 (schwer) 3 Diese Zusammenhänge veranschaulicht das folgende Bild. Es sei jedoch bemerkt, daß die genormten Lagerbezeichnungen nicht in allen Fällen diesem System entsprechen. Breitenreihe Durch Vorsetzzeichen werden Lagerbestandteile (Ringe, Käfige), durch Nachsetzzeichen werden Besonderheiten über innere Konstruktion, Maßtoleranzen, Laufgenauigkeit, Lagerluft usw. ausgedrückt. Vorsetzzeichen Vorsetzzeichen werden äußerst selten verwendet. Sie kennzeichnen normalerweise Einzelteile kompletter Lager. Nachsetzzeichen Durch Nachsetzzeichen werden besondere, vom Standard abweichende Ausführungen gekennzeichnet. Dies betrifft im Besonderen Angaben über: Innenkonstruktion Äußere Form Lagerluft Käfigausführung Schmierstoff Toleranzen Abdichtung 5. Auswahl von Wälzlagern Der Konstrukteur kann aufgrund der charakteristischen Eigenschaften der verschiedenen Wälzlagerarten und nach den gegebenen Betriebsbedingungen der Lagerung den geeigneten Lagertyp auswählen. Hierbei sind vor allem die besonderen oder wichtigsten Bedingungen jedes einzelnen Falls der Lagerung zu berücksichtigen, die die Wahl des zweckmäßigsten Lagers beeinflussen können. Den gegebenen Betriebsbedingungen können in vielen Fällen verschiedene Lagertypen entsprechen. 4. Lagerkurzzeichen Ein Lagerkurzzeichen setzt sich aus Ziffern oder aus Buchstaben und Ziffern zusammen. Die erste Ziffern- bzw. Buchstabengruppe kennzeichnet die Lagerbauform (Rillenkugellager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager usw.) sowie die Breiten- und die Durchmesserreihe (leicht, mittelschwer usw.) die zweite Zifferngruppe stellt die Bohrungskennziffer dar. Die Größe der Lagerbohrung ergibt sich aus der Multiplikation der Kennziffer mit 5 (ab Bohrungsdurchmesser 20mm). Bezeichnungsbeispiel: (Normale Schreibweise 22316) 16 x 5 = 80 mm Bohrung Durchmesserreihe 3 Maßreihe Breitenreihe 2 Pendelrollenlager Die Lagerkurzzeichen ohne Zusatzzeichen kennzeichnen normale Lager mit z. B. nomaler Maß-, Form- und Laufgenauigkeit entsprechend den Toleranzen nach DIN 620. Abweichungen hiervon werden durch Zusatzzeichen beschrieben. Die notwendige Größe des Lagers wird aufgrund der wirkenden Außenkräfte und nach den Anforderungen an die Lebensdauer und die Betriebssicherheit der Lagerung bestimmt. Vor allem ausschlaggebend für die Wahl des Typs und der Größe des Lagers sind Größe, Richtung und die Art der Belastungen, die auf das Lager einwirken, sowie die Betriebsdrehzahl. Der beschränkte Raum erfordert manchmal die Wahl von Lagern mit kleinem Querschnitt, gegebenfalls von mehrreihigen Lagern, um die notwendige Tragfähigkeit und Lebensdauer zu erreichen. Wenn eine hohe Genauigkeit der Lagerung gefordert wird, sind Lager mit höherer Genauigkeit und vor allem Kugel- und Zylinderrollenlager zu verwenden, die in den höchsten Genauigkeitsklassen gefertigt werden. Die Betriebstemperatur der Lager beeinflußt die Konstruktion der Lagerung sowohl vom Gesichtspunkt der Wahl des Schmiermittels als auch vom Gesichtspunkt der Ausführung der Lager, wenn die Betriebstemperatur ständig 100 C überschreitet. Die innere Lagerluft muß den Betriebsbedingungen angepaßt sein, die vor allem durch den Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenring, durch die Einwirkung der dem Lager zugeführten Wärme oder durch die Einwirkung der hohen Drehzahl bestimmt sind. Darüber hinaus wird die Wahl des Lagers auch durch die Einfachheit des Einbaus, Forderungen an die Schmierung und Dichtung und Forderungen nach geringer Reibung und niederem Laufgeräusch beeinflußt. Bei Wälzlagern unterscheiden wir statische und dynamische Belastung. 4

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6 6. Lebensdauer Unter Lebensdauer des Lagers verstehen wir die Anzahl der Umdrehungen oder die Laufzahl in Betriebsstunden, die ein Lager bei einer gegebenen Drehzahl leistet, bevor die ersten Anzeichen einer Werkstoffermüdung (Schälung) an den Wälzkörpern oder den Laufbahnen erscheinen. Zwischen Lagern des gleichen Typs und der gleichen Größe können aber auch bei völlig gleichen Betriebsbedingungen wesentliche Unterschiede in der Lebensdauer auftreten. Aus diesem Grund wurde der Begriff Lebensdauer für eine Berechnung eindeutig bestimmt, und mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit wurde in Übereinstimmung mit der ISO- Empfehlung die nominelle Lebensdauer als Grundlage genommen. Das heißt die Lebensdauer, die 90% einer größeren Anzahl gleicher Lager bei gleichen Betriebsbedingungen erreichen oder überschreiten. Unter dem Begriff Lebensdauer verstehen wir also die Laufzeit des Lagers bis zu seinem Ausfall nur infolge der dynamischen Werkstoffermüdung der Lagerringe oder der Wälzkörper. Nicht mit einbezogen sind unvorhergesehene Ursachen, wie unsachgemäße Montage, Fehler bei der Konstruktion der Lagerung, Fehler bei der Wartung sowie das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit. 7. Tragzahlen Die statische Tragzahl C 0 entspricht der Belastung bei der die gesamte bleibende Verformung von Wälzkörpern und Laufbahnen max. 0,0001 des Wälzkörperdurchmessers beträgt. Dabei wird von einer Flächenpressung in der Mitte der Druckfläche von ausgegangen. Die dynamische Tragzahl C entspricht der Belastung, bei der 90% einer größeren Menge gleicher Wälzlager eine nominelle Lebensdauer von 1 Million Umdrehungen erreicht, bevor sie durch Ermüdung der Rollflächen ausfallen. Bei Radiallagern bezieht sich die dynamische Tragzahl auf die unveränderliche reine Radialbelastung und umlaufenden Innenring, bei Axiallagern auf die unveränderliche reine Axialbelastung. Für jedes Lager wird in den Lagertabellen die dynamische Tragzahl C angegeben. Ihre Größe ist von den Abmessungen des Lagers, der Anzahl der Wälzkörper, dem Material und der Ausführung des Lagers abhängig. Hinweis: Die angegebenen Tragzahlen gelten nur für den Einbau der Lager in ein Gehäuse und auf eine Welle. Dabei muß die Lagerstelle so ausgelegt sein, (Passung, Rundheit der Bauteile) dass eine Verformung der Lager verhindert wird bzw. eine entsprechende Festigkeit (Steifigkeit) von Gehäuse und Welle erzielt wird. 8. Schmierung Aus drei Gründen müssen Wälzlager geschmiert werden: 1. Um metallische Berührung zwischen Wälzkörpern, Lagerringen und Käfig zu verhindern. 2. Um vor Korrosion zu schützen. 3. Um vor Verschleiß zu schützen. Normalerweise werden Wälzlager mit Fett geschmiert. Beim Einbau darf im allgemeinen der freie Raum der Lagereinbaustelle nur zu ca % mit Fett gefüllt werden. Schmierstoffe verlieren im Laufe der Zeit an Schmierfähigkeit. Verbrauchter oder verschmutzter Schmierstoff muß deshalb in bestimmten Zeitabständen ergänzt oder ersetzt werden. Zur Schmierung dürfen nur für Wälzlager geeignete Schmierfette und -öle verwendet werden. Abgedichtete Lager sind in der Regel mit leistungsstarken Lithiumseifenfetten geschmiert. Diese Fette haben normalerweise einen Temperaturbereich von -20 C bis +110 C Die Fette ertragen kurzzeitig eine Gebrauchstemperatur von +110 C. Ab 70 C Dauertemperatur muß man bei diesen Standardfetten auf Lithiumseifenbasis mit einer Minderung der Fettgebrauchsdauer gerechnet werden. Ausreichende Gebrauchsdauerwerte erreicht man bei höheren Temperaturen nur mit Sonderfetten. Allerdings ist unbedingt zu berücksichtigen, daß die Einsatzgrenze der im Standard verwendeten berührenden Dichtungen bei +110 C liegt. Für Einsatzbereiche über dieser Grenze muß überprüft werden, ob Dichtungen aus wärmebeständigen Werkstoffen verwendet werden können. Nicht gekennzeichnete Lager sind in der Regel bis zu einer Grenztemperatur von 120 C maßstabil. Betriebstemperaturen über 120 C erfordern eine besondere Wärmebehandlung (Stabilisierung), die den Zweck hat, unzulässige Veränderungen der Lagerabmessungen infolge kristalliner Veränderungen zu verhindern. Derart behandelte Lager erhalten eine besondere Kennzeichnung. Wie bereits erwähnt ist in allen Fällen unbedingt zu beachten, daß die Einsatzgrenze der im Standard verwendeten berührenden (schleifenden) Dichtungen bei +110 C liegt. Für Einsatzbereiche über dieser Grenze muß überprüft werden, ob Dichtungen aus wärmebeständigen Werkstoffen verwendet werden können. Nachschmierfristen Die Fettgebrauchsdauer wird von vielen Faktoren beeinflußt. Die Nachschmierfristen in unserer Tabelle können deshalb nur als sehr grober Anhaltspunkt angesehen werden. Von größter Bedeutung sind daher Erfahrungen mit bereits ausgeführten und vergleichbaren Lagerungen, da in vielen Anwendungsfällen nicht alle Betriebsbedingungen und Einflußfaktoren die die Lebensdauer eines Schmierstoffes und damit auch des Lagers bekannt oder ermittelbar sind. Schmierintervall Arbeitstemperatur Arbeitsbedingungen des Lagers C sauber schmutzig sehr schmutzig sehr feucht 50 3 Jahre 6 Monate 3 Monate 70 1 Jahr 2 Monate 1 Monat Monate 2 Wochen 1 Woche Wochen 1 Woche 3 Tage 9. Drehzahlgrenze Die Drehzahlgrenze wird beeinflußt durch die Lagerbelastung, die Lagerluft, den Schmierstoff und durch Wärmeabfluß bzw. Wärmezuführung. Die in Katalogen angegebene Drehzahlgrenze gilt für rein radiale Belastung bei Radiallagern bzw. reine axiale Belastung bei Axiallagern, Normaltoleranz der Lagerluft, keine Fremderwärmung, keine zu hohe Betriebstemperatur sowie geringe, absolut stoßfreie Belastung. 6

7 10. Rillenkugellager einreihig (DIN 625 T1) Abdichtung mit Dichtscheibe Das Rillenkugellager ist wegen seiner vielseitigen Eigenschaften das gebräuchlichste Wälzlager. Es ist radial und axial in beiden Richtungen belastbar. Konstruktionsmerkmale Rillenkugellager mit 1 oder 2 Dichtscheiben (RS bzw. 2RS- Ausführung) für Wellen Ø 6 bis 80 mm. Hohe Dichtwirkung bei Standardanwendungen auch gegenüber Spritzwasser bzw. Öl. Die Dichtungen ersetzen jedoch z.b. keine Überdruckabdichtung. Die Einsatzgrenze der im Standard verwendeten berührenden (schleifenden) Dichtungen liegt bei +110 C. Geräuscharm, einbaufertig, gefettet, wartungsfreier Betrieb. Der Temperaturbereich der Standardbefettung auf Lithiumseifenbasis liegt bei -20 bis +110 C. Die Fette ertragen kurzzeitig eine Gebrauchstemperatur von +110 C. Ab 70 C Dauertemperatur muß man mit einer Minderung der Fettgebrauchsdauer rechnen. Dichtscheibe (Schleifende Abdichtung) Abdichtung mit Deckscheibe Rillenkugellager mit 1 oder 2 Deckscheiben (Z bzw. 2Z- Ausführung) für Wellen Ø 3 bis 120 mm. Guter Schutz bei Standardanwendungen, reibungsarm, für hohe Drehzahlen, einbaufertig, gefettet, geräuscharm. Die Dichtungen ersetzen jedoch z.b. keine Überdruckabdichtung. Der Temperaturbereich der Standardbefettung auf Lithiumseifenbasis liegt bei -20 bis +110 C. Die Fette ertragen kurzzeitig eine Gebrauchstemperatur von +110 C. Ab 70 C Dauertemperatur muß man mit einer Minderung der Fettgebrauchsdauer rechnen. Achtung: Rillenkugellager mit Deck- und Dichtscheibe dürfen nicht ausgewaschen werden! Deckscheibe (Spalt zwischen Deckscheibe und Innenring) Rillenkugellager : offen oder abgedichtet 7

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9 Rostfreie Rillenkugellager Es gibt viele Anwendungsgebiete, bei denen die normalen Rillenkugellager nicht geeignet sind, weil sie nicht korrosionsbeständig sind. In diesen Fällen ist es sinnvoll Rillenkugellager aus Edelstahl einzusetzen. Ü bliche Werkstoffe bei rostfreien Kugellagern: Innenring: Außenring: Wälzkörper: aus Niro-Werkstoff X105 CrMo17, Werkstoff-Nr oder Alternativwerkstoff aus Niro-Werkstoff X105 CrMo17, Werkstoff-Nr oder Alternativwerkstoff aus Niro-Werkstoff X105 CrMo17, Werkstoff-Nr oder Alternativwerkstoff Deckscheiben: aus Niro-Werkstoff X5CrNi18-10, (Z, ZZ) Werkstoff-Nr oder Alternativwerkstoff Dichtscheiben: NBR oder Alternativwerkstoff (R, 2RS) Bei Anwendungen mit geringen Belastungen können auch Kugellager komplett aus Kunststoff oder mit Ringen aus Kunststoff und Wälzkörpern aus Edelstahl, Glas oder Keramik eingesetzt werden. Kugellager aus Kunststoff mit Kugeln aus Edelstahl: 9

10 11. Schrägkugellager (DIN 628 T1) Beim einreihigen Schrägkugellager bildet die Normalkraft mit der Radialebene einen Winkel von 40. Daher ist das Lager für größere Axialkräfte in einer Richtung geeignet. Die Lager werden in der Regel paarweise und spiegelbildlich zueinander eingebaut und gegeneinander angestellt. Schrägkugellager sind nicht zerlegbar. Eine besondere Ausführung der Schrägkugellager sind Spindellager sie wurden vor allem für die Lagerung schnelllaufender Arbeitsspindeln von Werkzeugmaschinen entwickelt. Sie unterscheiden sich von den normalen Schrägkugellagern durch den Druckwinkel, die Toleranzklassen und die Käfigausführung. Es werden in der Regel Spindellager mit Druckwinkeln von 15 und 25 gefertigt. Konstruktionsmerkmale Beispiele für paarweisen bzw. angestellten Einbau Angestellte Lagerung Eine angestellte Lagerung besteht in der Regel aus zwei spiegelbildlich angeordneten Schrägkugellagern oder Kegelrollenlagern. Bei der Montage wird ein Lagerring auf seinem Sitz so weit verschoben, bis die Lagerung das gewünschte Lagerluft oder die notwendige Vorspannung hat. Wegen dieser Einstellmöglichkeit eignet sich die angestellte Lagerung besonders für Fälle, in denen eine enge Führung notwendig ist. Wie z. B. Ritzellagerungen mit spiralverzahnten Kegelrädern und Spindellagerungen bei Werkzeugmaschinen. Grundsätzlich kann man zwischen der O-Anordnung und der X-Anordnung der Lager wählen. Bei der O-Anordnung zeigen die von den Drucklinien gebildeten Kegel mit ihren Spitzen nach außen, bei der X-Anordnung nach innen. Die Stützbasis, also der Abstand der Druckkegelspitzen ist bei der O-Anordnung größer als bei der X-Anordnung. Die O-Anordnung ergibt daher das geringere Kippspiel. Tandem-Anordnung entspricht einer Einzelstellung mit 2 Einzellagern. In Lastrichtung können hierdurch die Axialkräfte auf beide Lager verteilt werden und höhere Lasten aufgenommen werden. Ein Gegenlager ist unbedingt erforderlich, um auch Axialkräfte entgegen der Hauptlastrichtung aufnehmen zu können. Die Vorspannung ist hierbei von der Anstellung des Gegenlagers abhängig. 10

11 12. Pendelkugellager (DIN 630) Das Pendelkugellager kann durch seine kugelige Laufbahn im Außenring winkelige Wellenverlagerungen und Fluchtungsfehler pendelnd ausgleichen es ist radial und auch bedingt in beiden Richtungen axial belastbar. Es wird vorwiegend für Lagerungen verwendet, bei denen mit unvermeidlichen Einbauungenauigkeiten gerechnet werden muß wie z. B. bei Transmissionen, Förderanlagen, Landmaschinen usw. Konstruktionsmerkmale Abgedichtete Pendelkugellager Abgedichtete Pendelkugellager haben auf beiden Planseiten Dichtscheiben (schleifende Dichtungen) und erhalten bei der Herstellung bereits eine Fettfüllung. Winkeleinstellbarkeit Pendelkugellager können um etwa 4 aus der Mittellage geschwenkt werden. Abgedichtete Pendelkugellager bis max. 1,5. 11

12 13. Pendelrollenlager (DIN 635 T2) Pendelrollenlager haben als Wälzkörper tonnenförmige Rollen, die in zwei Reihen nebeneinander angeordnet sind. Der Innenring hat zwei getrennte Laufbahnen. Die Rollen werden durch Borde oder durch Käfige geführt. Beide Rollenreihen rollen in einer hohlkugeligen, gemeinsamen Laufbahn im Außenring ab. Pendelrollenlager sind deshalb winkeleinstellbar und somit unempfindlich gegen Fluchtungsfehler. Pendelrollenlager nehmen hohe Radial- und Axialkräfte in beiden Richtungen auf und sind für mittlere Drehzahlen geeignet. Die Lager werden wahlweise mit zylindrischen oder kegeligen Bohrungen gefertigt. Sie werden entweder direkt auf kegelige Wellen oder mittels Spann- bzw. Abziehhülsen auf zylindrische Wellen montiert. Verwendung: Für schwere Laufräder und Seilrollen, Schiffswellen, Ruderschäfte, Kurbelwellen und sonstige hochbelastete Lagerungen. Konstruktionsmerkmale 12

13 14. Kegelrollenlager (DIN ISO 355 und DIN 720) Die Laufbahnen der Ringe von Kegelrollenlagern sind Kegelmantelflächen die, kinematisch bedingt, in einem Punkt zusammenlaufen müssen. Die Lager sind radial und axial hoch belastbar. Der abnehmbare Außenring ermöglicht leichten Ein- und Ausbau. Kegelrollenlager werden paarweise spiegelbildlich zueinander eingebaut. Die Lagerluft kann ein- und nötigenfalls nachgestellt werden. Verwendung: Radnabenlagerungen von Fahrzeugen, Lagerungen von Seilrollennaben, Spindellagerungen von Werkzeugmaschinen, Wellenlager von Schnecken- und Kegelrädergetrieben. Konstruktionsmerkmale 13

14 15. Axial-Wälzlager einseitig wirkend Ein Wälzkörperkranz läuft auf zwei Scheiben, der Gehäusescheibe und der Wellenscheibe. Sie nehmen bei möglichst senkrecht stehenden Wellen und kleineren Drehzahlen hohe Axialkräfte in nur einer Richtung auf. Axial-Rillenkugellager Axial-Zylinderrollenlager Axial-Kegelrollenlager Axial-Pendelrollenlager Axial-Wälzlager beidseitig wirkend Diese Lager bestehen aus zwei Wälzkörperkränzen und drei Ringen. Der mittlere Ring ist enger und wird auf der Welle befestigt. Jeder äußere Ring kann eine Axialkraft in einer Richtung aufnehmen. Radialkräfte sind nicht zulässig. 14

15 16. Anhang: Geschichte und Herstellung 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: 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 erfindet der Uhrmacher John Harrison für sein drittes Marine-Chronometer H3 ein Rollenlager mit Käfig [2] 1794 erhielt der Engländer Philip Vaughan das erste Patent für Achsen, hier kann man die ersten Rillenkugellager finden erhielt der Franzose Jules Suriray ein Patent für Kugellager am Fahrrad baute Friedrich Fischer ( Kugelfischer ) in Schweinfurt die erste Kugelschleifmaschine. Fischer und Wilhelm Höpflinger entwickelten die Kugelschleifmaschine entscheidend weiter. Nun können sphärisch genau runde Kugeln produziert werden Kugellagerpatente von Friedrich Fischer, Wilhelm Höpflinger, Ernst Sachs, August Riebe 1898 meldete Henry Timken in den USA ein Patent für das Kegelrollenlager an. Heute Timken Company Die Grundlagen der Wälzkörpertechnik wurden von der Technischen Versuchsanstalt Potsdam-Neubabelsberg unter der Leitung von Prof. Stribeck erstmals wissenschaftlich untersucht Sven Gustaf Wingqvist erfand das Pendelkugellager und gründete in Göteborg die Firma Svenska Kullagerfabriken SKF 1934 Erich Franke erfand das Drahtwälzlager nach dem Prinzip der eingelegten Laufdrähte. 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. 15

16 Geschichte der deutschen Wälzlagerindustrie 1883 baute Friedrich Fischer ( Kugelfischer ) in Schweinfurt die erste Kugelschleifmaschine und legte damit den Grundstein für die industrielle Fertigung von runden Stahlkugeln. Sein Mitarbeiter Wilhelm Höpflinger entwickelte diese entscheidend weiter. Höpflinger machte sich 1890 selbständig und gründete gemeinsam mit Engelbert Fries das Unternehmen Fries & Höpflinger. Die drei Unternehmen FAG Kugelfischer, Fries & Höpflinger und Fichtel & Sachs begründeten die Stellung Schweinfurts als Zentrum der deutschen Wälzlagerindustrie. Um 1910: Weitere deutsche Wälzlagerproduzenten waren die Deutsche Waffen- und Munitionsfabriken AG Berlin-Karlsruhe (DWF), die Maschinenfabrik Rheinland (Düsseldorf), die Riebe-Werke (Berlin), die Deutsche Kugellagerfabrik (DKF, Leipzig), Fritz Hollmann (Wetzlar), G. u. J. Jäger (Wuppertal) SKF beteiligte sich an der von Albert Hirth gegründeten Norma-Compagnie in Stuttgart-Cannstatt Unter dem Druck von SKF schlossen sich sechs deutsche Wälzlagerproduzenten (Wälzlagerabteilung von Fichtel & Sachs, Wälzlagerabteilung von Berlin-Karlsruher Industriewerke (DWF), Fries & Höpflinger, Maschinenfabrik Rheinland, Riebe-Werke und SKF-Norma) unter schwedischer Führung zu den Vereinigten Kugellagerfabriken AG (VKF, Schweinfurt), zusammen. Als einziger deutscher Wälzlagerhersteller von Rang blieb FAG Kugelfischer selbständig. Die beiden Schweinfurter Firmen VKF und FAG Kugelfischer waren für die nächsten Jahrzehnte die dominierenden deutschen Wälzlagerhersteller Kugelfischer übernimmt G. u. J. Jäger Georg und Wilhelm Schaeffler gründeten in Herzogenaurach die Firma INA- Nadellager gründeten Erich Franke und Gerhard Heydrich die Firma Franke & Heydrich KG inzwischen Franke GmbH in Aalen. Erich Franke erfand 1934 das Drahtwälzlager nach dem Prinzip der eingelegten Laufdrähte Umbenennung der Vereinigten Kugellagerfabriken AG (VKF) in SKF Deutschland GmbH mit Sitz in Schweinfurt FAG Kugelfischer übernahm von der Treuhand den DDR-Wälzlagerproduzenten DKF in Leipzig. Dieses Engagement erwies sich als ein Fass ohne Boden. FAG geriet 1993 in eine existenziell gefährliche Schieflage INA erwirbt im Rahmen einer feindlichen Übernahme FAG Kugelfischer Mädler beginnt mit dem Vertrieb von einreihigen Kugellagern der Marken SKF und SBC. 16

17 Herstellung von Wälzlagern Vorgang Ringe Wälzkörper Käfig Halbzeug Umformung Abstechen Rohre, Stangen Schmieden Draht Schneiden und Stauchen des Werkstücks Band Rohling Tiefziehen von Käfigen aus Blech Gießen von Kunststoffkäfigen Abstechen von massiven Käfigen 830 C Austenitisierung Abschrecken 40 C 170 C Anlassen Schleifen Außenring Innenring Rillenschleifen Läppen mit Schleifpaste zwischen zwei Platten Schleifkörper Antriebszylinder Superfinish Wärmebehandlung Endbearbeitung Zusammenbau des Wälzlagers Waschen, Markieren, Endkontrolle, Verpacken 17