M. Albert / H. Kottritsch. Theorie und Praxis. Springer-Verlag Wien New York

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2 M. Albert / H. Kottritsch Theorie und Praxis Springer-Verlag Wien New York

3 DDipl.-Ing. Dr. techno Mathias Albert Leiter Organisation NormungfStandardisierung Steyr-Daimler-Puch AG, Wien Dipl.-Ing. Hubert Kottritsch Leiter EntwicklungfForschung STEYR Wiilzlager Ges. m. b. H., Steyr Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Dbersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder iihnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten by Springer-Veriag/Wien Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1987 Mit 435 Abbildungen CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Albert, Mathias: Wiilzlager: Theorie u. PraxisfM. Albert; H. K6ttritsch.-Wien; New York: Springer, ISBN-13: NE: K6ttritsch, Hubert ISBN-13: e-isbn-13: DOl: /

4 VORWORT Das Buch fiihrt einen einfachen Tite!' Dennoch signalisiert es eine ganzheitliche Verkniipfung von theoretischer Basis mit praktischer Anwendung. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Walzlagertechnik sind komplex und umfangreich, da die Wechselbeziehungen zwischen dem hochprazisen und dadurch sensiblen Maschinenelement Walzlager und seiner Umgebung sehr intensiv sind, so dab die Zuverlassigkeit des Lagers niemals fur sich allein dargestellt werden kann, sondern immer als Produkt dieser Beziehungen entsteht. Allerdings darf sich der Theoretiker keine tiefgriindigen mathematischen Abhandlungen erwarten. Dieses Buch ist iiberwiegend fur die praktische Anwendung geschrieben: Es enthalt - in B10cke gegliedert - alle Gestaltungsunterlagen, die der Konstrukteur verstreut auch in guten Hersteller-Katalogen finden kann, wo sie jedoch leider nicht immer auf unverzerrten Grundlagen beruhen. Der Inhalt dieses Buches soll eine wertfreie Konstruktionshilfe bieten. Aus dieser Sicht wird der Praktiker Verstandnis dafur haben, dab Lagertabellen, wie er sie - allerdings immer spezifisch auf das Erzeugungsprogramm der einzelnen Hersteller bezogen - in jedem Katalog findet, nicht aufgenommen wurden. Damit ist klargestellt: Das Buch ist kein Ersatz fur sich laufend andernde Produkt Kataloge, es mub mit diesen zusammen verwendet werden. Sobald sich der schopferisch tatige Ingenieur an seinen Aufbau gewohnt hat, wird es einen adaquaten Platz in seiner Bibliothek bekommen. Die durchwegs bescheidenen theoretischen Passagen diirfen ihn bei der Arbeit nicht storen, sondern sollen in besonderen Fallen dazu dienen, etwas iiber die wissenschaftlichen Hintergriinde der praktizierten Walzlagertechnik nachlesen zu konnen. Die Autoren haben sich bemiiht, den letzten Stand der Walzlagertechnik verstandlich und benutzerfreundlich zu prasentieren. Sie danken der STEYR Walzlager Ges.m.b.H. fur die Bereitstellung von Unterlagen und Bildmaterial sowie fur die umsichtige Mitarbeit von Fachleuten aus Forschung, Entwick1ung und Produktion des Hauses. In Erfiillung einer angenehmen Ptlicht danken sie auch dem Springer-Verlag in Wien fur die gute und harmonische Zusammenarbeit. Wien, im Juli 1987 Mathias Albert und Hubert Kottritsch

5 INHALTSVERZEICHNIS Entwicklung Standort in der Technik.... Funktionselemente.... Wiilzkorper.... Lagerringe, Lagerscheiben.... Kiifige.... Aufgaben.... Arten, Werkstoffe und Leistungsvermogen.... Leistungsvermogen der Kunststoff-Kiifige (Kiifige aus Thermoplasten). Werkstoffe der Wiilzkorper und Lagerringe.... Lagerarten - genormte Bauformen.... Internationaler Maf3plan.... Aufbau des Maf3planes.... Unterteilung des Maf3planes.... Genormte Lagerarten - Benennungen und Einteilung.... Gestaltung der Lagerarten.... Radial-Kugellager.... Rillenkugellager.... Schriigkugellager.... Pendelkugellager.... Radial-Rollenlager.... Zylinderrollenlager.... T onnenlager.... Kegelrollenlager.... Axial-Kugellager.... Axial-Rillenkugellager.... Axial-Schriigkugellager.... Axial-Rollenlager.... Axial-Zylinderrollenlager.... Axial-Tonnenlager.... Axial-Kegelrollenlager.... Lager-Ensembles.... Programmdefinition - Erzeugungskriterien.... Standardserien-Lagerprogramm.... 8edarfsserien-Lagerprogramm (auch: Terminprogramm).... Sonderserien-Lagerprogramm (auch: Auftragsprogramm).... Lager-Terminologie.... Benennung.... Bezeichnung.... Normblock.... V orsetzzeichen.... Hauptzeichen.... Nachsetzzeichen.... Innenkonstruktion.... Auf3ere Form.... Lagerkiifig.... Werkstoff

6 VIII Inhaltsverzeichnis Bauart.... Oberfliichenbehandlung.... Bezeichnungsbeispiele.... Lagergenauigkeit.... Lagerluft (-vorspannung).... Laufruhe.... MaBstabilisierung (Wiirmebestiindigkeit) der Lagerringe.... Schmierfett.... Gepaarte Lager fur Biindelpaarung.... Sondervereinbarungen.... Sprechweise fiir die Lagerhauptzeichen.... Wiilzlagertechnische Begriffe.... Reale Einzelheiten.... Radial-Kugellager.... Axial-Kugellager.... Radial-Rollenlager.... Axial-Rollenlager.... Begriffe der Lagergenauigkeit.... Erklarung der Zeichen (Symbole).... Geometrische Grundbegriffe.... Genauigkeit der HauptmaBe.... Form.... Bohrungsdurchmesser.... Manteldurchmesser (AuBendurchmesser).... Breite und Hohe.... Kantenverrundung der Lagerringe.... Laufgenauigkeit.... Lagerring.... Lager.... Lagerluft.... Radiale Lagerluft.... Axiale Lagerluft.... Genauigkeit der Wiilzkorper Funktionsenullung Merkmale der Wiilzlagergeometrie.... Beriihrverhiiltnisse.... Radienverhiiltnis (Schmiegung).... Beriihrwinkel.... Kippwinkel.... Statik und Dynamik der Lagerung.... AuBere Krafte.... Zusatzkriifte.... Beriicksichtigung von Zusatzkraften durch Zusatzfaktoren.... Veriinderliche Belastung und veranderliche Drehzahl.... Belastung bei angestellten und vorgespannten Lagern.... Aquivalente Belastung.... Statisch iiquivalente Belastung.... Dynamisch aquivalente Belastung.... Grenzbelastungen.... Maximale Axialbelastung von Radial-Rillenkugellagern

7 Inhaltsverzeichnis IX Maximale Axialbelastung von Zylinderrolleniagern Mindestbelastung von Axial-Rillenkugellagern Fliichenpressung und elastische Verformung Drehzahl und Drehzahlgrenze DrehzahljDrehzahlgrenze der Lager Drehzahlgrenze der WellejKritische Drehzahl Reibungsverhalten und Betriebstemperatur Reibzahl und Reibmoment Betriebstemperatur und Werkstoffverhalten Tragfahigkeit Statische TragfahigkeitjStatische Tragzahl Statisch aquivalente BeIastung Statische Tragsicherheit Dynamische TragfahigkeitjDynamische Tragzahl Dynamisch aquivalente BeIastung Lebensdauer Nominelle Lebensdauer Modifizierte nominelle Lebensdauer LP-Methode Dauerfestigkeit Leistungsgrenzen Lebensdauer-Erfahrungswerte Gebrauchsdauer Schmierung Grundlagen, Schmiertheorie Wahl des Schmierverfahrens Fettschmierung Fettarten, Fettwahl Nachschmierfrist, FettwechseIfrist, Fettmangel schmierung Wahl des Schmieroles Schmierolmenge, 6lwechsel, 61alterung Feststoffschmierung Trockenschmierung Festschmierstoffe in Suspensionen, Pasten, Fetten Konstruktionshinweise fur Schmiereinrichtungen Fettschmierung schmierung Lager und Lagerung Anforderungen an das Lager Allgemeines Platzbedarf AuBere Belastung Verwendungszweck SchiefstellungjFluchtungsfehlerausgleich StarrheitjSteifigkeit Axiale Verschiebbarkeit und Montage Genauigkeit LaufruhejLaufgerausch Drehzahl... " 141

8 X Inhaltsverzeichnis Umwelt... " Betriebssicherheit Anforderungen an die Lagerumgebung Allgemeines MaBtoleranzen/Passungen Einfliisse auf die Toleranzfeldlage Art der Lagerung/Lagerstelle Richtung der iiuberen Belastung (Wirkungslinie) Art und GroBe der iiuberen Belastung Art und GroBe des Lagers Sonstige Einfliisse Einfliisse auf die GroBe der Toleranz Form- und Lagetoleranzen Passungstafeln mit theoretischen UbermaBen Oberfliichengiite der Lagersitze Genauigkeit des Lagers - Fertigungstoleranzen Toleranzen der HauptmaBe und Laufgenauigkeit Toleranzklassen - Merkmale, Bedeutung Toleranz-Tafeln Radiallager mit zylindrischer Bohrung, ausgenommen Kegelrollenlager 162 Kegelrollenlager mit zylindrischer Bohrung Radiallager mit kegeliger Bohrung Axiallager Lagerluft Lagerluftklassen - Merkmale, Bedeutung Lagerluft-Tafeln Radiale Lagerluft Axiale Lagerluft fiir Schriigkugellager Betriebslagerluft Verminderung der Lagerluft durch PreBpassungen Lagerluftveriinderung durch Wiirme LuftvergroBerung durch Einfederung Wirkliche Betriebslagerluft Axiale Verschiebekraft und Ringspannungen Laufruhe und Laufgeriiusch Allgemeines Laufgeriiusch Physikalische Grundlagen Geriiuschquellen im Lager Laufgenauigkeit Laufruhe und Laufruheklassen Allgemeines Abgrenzung Welligkeit-Rauheit Laufruheklassen MaBnahmen zur Gerauschdammung Gestaltung der Lagerperipherie Axiale Fiihrung/Sicherung Funktion der Lagerstelle Sicherungselemente Genormte AnschluBmaBe Hohlkehlenradien und Schulterhohen..., 218

9 Inhaltsverzeichnis XI AnschluBdurchmesser fur Zylinderrollenlager AnschluBmaBe fur Kegelrollenlager AnschluBmaBe fur Radiallager mit Spannhiilsen Umfangsnuten in AuBenringen Berechnungen zur Lagerperipherie Sicherungsring (Sprengring) Klemmkraft PreBverband im Festlager Klebeverbindung Haltestift AnschluBteile Abdichtung (Schutzdichtungen) Aufgaben und Merkmale EinfluBgroBen Funktionselemente Ausgewiihlte Schutzdichtungen Beriihrfreie Dichtungen Schleifende Dichtungen (Beriihrdichtungen) Integraldichtungen Variantenvielfalt: Abdichtungen einer Forderbandrolle Dichtungssysteme: Beispiel einer programmierten Entwicklung Gehiiuse-Dichtung LAMBDA Planfliichen-Dichtung OMEGA Integral-Dichtung Rss Lager-Gehiiuse(blocke) Ein- und Ausbau (Handhabung) Anmerkungen zur Zuverliissigkeit Montage: Arbeitsplatz, SchutzmaBnahmen, Hilfsmittel Arbeitsplatz SchutzmaBnahmen Hilfsmittel Lager-Einbau Einbau-Vorbereitung Montage Lager mit zylindrischer Bohrung Lager mit kegejiger Bohrung Inbetriebnahme (Einlaufversuch) Lager-Ausbau Spezielle Montage-Mittel Hydraulische Verfahren Hydraulikmutter Druckolverfahren Thermische Verfahren Induktionserhitzer Induktive Abziehvorrichtung InstandhaItung Wartung Inspektion... 28\

10 XII Inhaltsverzeichnis Instandsetzung Uberwachung Uberwachungsverfahren Uberwachungsgerate Thermoelemente, Thermometer Schwingungsme13gerate Stethoskope Korperschall-Pegelme13gerate Luftschall-Pegelme13gerate Sto13impuls-Me13gerate Schmierstoff-Analysegerate Elektroindikation Spektralanalyse Chemische Analyse Schaden und ihre Verhiitung Schadensmechanismen und Schadensformen Verschlei Normaler (natiirlicher) Verschlei13 (Abtrag) Erhohter Verschlei13 (Abtrag) Ermiidung (Griibchenbildung) Korrosion Allgemeine Korrosion (Rost) Tribokorrosion Reibkorrosion (Passungsrost, Reibrost) Schwingungskorrosion Stromdurchgang Uberspannung Kriechstrom I Gewalt Plastische Verformungen (Klassischer) Gewaltbruch Schadensformen in der Praxis Laufspuren Normale Laufspuren Fehlerhafte Laufspuren Radialverspannung Axialverspannung Ovalverspannung Schragverspannung Schadensbilderlexikon Fertigungstechnik Lagerringe Radial-Rillenkugellager-Ring Au13enring Innenring Radial-Kegelrollenlager-Ring Au13enring C Innenring C

11 Inhaltsverzeichnis XIII Wiilzk6rper Kugel 12,5 mm Kegelrolle RT C Kiifige (Stahl-) Blechkiifige Blechkiifig fur RiUenkugeUager Blechkiifig fur KegelroUenlager C Massivkiifige Kunststoff-Kiifige Messing-(Stahl-)Kiifige Sinterstahlkiifige Zusammenbau der Einzelteile Montage RillenkugeUager Montage Kegelrollenlager C Qualititssicherung MeBverfahren Graphische Symbole MeBbedingungen Behandlung der Lagerteile und der Lager Bezugstemperatur MeBmittel Bezugsplanfliiche MeBvorschriften (Funktionsmerkmale) Einzelner Lagerring Bohrungs- und Manteldurchmesser Breite Kantenverrundung Schwankung der Wanddicke Planlauf der Ringe Parallelitiit der Laufbahn Zusammengebautes Lager Planlauf des Lagers Rundlauf des Lagers Wirkliche Lagerbreite (Kegelrollenlager), wirkliche Lagerh6he (Axiallager) 354 Lagerluft Radiale Lagerluft Axiale Lagerluft MeBeinrichtungen MaBgenauigkeit Klassische MeBvorrichtungen Moderne MeBvorrichtungen MeBautomaten Formgenauigkeit Laufgenauigkeit Lagerluft Laufruhe Prufstiinde fur Sonderprufungen Lebensdauerprufung Reibungsprufung Dichtungsprufung

12 XIV Inhaltsverzeichnis 8.3 Technische Lieferbedingungen Herstellverfahren Werkstoffe Harte der Lagerringe, Lagerscheiben und Walzkorper Oberflachengiite, Oberflachenbeschaffenheit MaB-, Form- und Laufgenauigkeit Lagerluft Laufruhe... " Tragfahigkeit Austauschbarkeit Vergleichsmuster Kennzeichnung Verpackung und Korrosionsschutz Lagerung Standardisierung und Normung Historische Zielsetzung Normenkreislauf Walzlagernormung Werknormung Nationale und internationale Normung Stand der Normung Ausblick: Zukunft der Normung Vergangenbeit und Zukunft Historische Entwicklung O.1.1 Die geschichtliche Vorzeit Die stiirmische Zeit der Erfindungen Kiinftige Entwicklung... " Zusammenarbeit Steigerung der Tragfahigkeit Verbesserung der Gebrauchsdauer Anpassung der Prazision Anwendungsgerechte Drehzahlgrenze Verbesserung des tribologischen Verhaltens Verminderung des Eigengerausches Montageerleichterung Verbesserung des Berechnungsverfahrens Anwendungstechnik Funktionserfiillung und Kostenoptimierung Randbedingungen Technisch-okonomische Aspekte zur Gebrauchswerterhohung... " Beispiele fur Standardserien-Lager Beispiele fur Bedarfsserien-Lager Beispiele fur Sonderserien-Lager Europaische Standardserien-Lagerreihen Berechnungsbeispiele KFZ-Getriebelager Umkehrgetriebe eines landwirtschaftlichen Gerates

13 Inhaltsverzeichnis XVII Radlager eines LKW-Vorderrades Lagerung eines Ventilators Lagerung eines Elektromotors Lagerung der Vorgelegewelle eines Siigegatters Betriebslagerluft: Zylinderrollenlager in Stahl-Gehiiuse Betriebslagerluft: Rillenkugellager in Leichtmetall-Gehiiuse Dreifach gelagerte Ritzelwelle - Lebensdauerberechnung nach der LP-Methode Gestaltungsbeispiele Einbauvorschliige Konstruktionsvorschliige AusgefUhrte Problemlosungen - Referenzanwendungen Literatur Verwendete Literatur Sonstige Literatur Bucher, Dissertationen, Diplomarbeiten und Forschungshefte Firmenzeitschriften Aufsiitze Verwendete Normenliteratur Sonstige Normenliteratur Normensammelausgaben, Bucher Weiterfiihrende Wiilzlagernormen, periphere Gebiete Dezimalklassifikation