[Hinweis: Nachfolgende Folien sind das Skelett einer Vorlesung, keine komplette Darstellung des Vorlesungsinhaltes] 2005 1
sind Maschinenelemente, die Kräfte aufnehmen und ableiten Drehbewegung von Wellen und Achsen sichern Die axiale und radiale Führung Wellen sichern 2005 2
Auswahlkriterien Wellendurchmesser (Uhrenindustrie... Kräne) Wirkungsgrad gesamten Baugruppe Richtung Kräfte Größe Kräfte Drehzahl (10... 40 000... 180 000 U/min) 2005 3
Zu: Wirkungsgrad gesamten Baugruppe P Abtrieb = η ges P Antrieb η = f (Verluste in den n,...) = f (Reibwerte) Gleitlager μ = 0,1... 0,01 Wälzlager μ = 0,01... 0,001 Hydrauliklager μ = 0,001 Aerostatische μ = 0,0001 Kraftfeldlager μ = 0,0001 2005 4
Zu: Wirkungsgrad gesamten Baugruppe μ 0,1 0,01 Gleitlager Wälzlager 0,001 Hydrostatische 0,0001 Aerostatische Kraftfeldlager 2005 5
Zu: Richtung Kräfte Axiallager Radiallager Axial/Radiallager 2005 6
Zu: Größe Kräfte größe bei annähernd gleicher Radiallast von 10 000 N 2005 7
Wälzlager 2005 8
Wälzlager 2005 9
Wälzlager - Grundaufbau 2005 10
Wälzlager - Grundaufbau 2005 11
Wälzlager - Grundaufbau Wälzkörpertypen Kugel Zylin Nadel Kegel Tonne DIN 5401 DIN 5402 DIN 5402 2005 12
Wälzlager Grundaufbau Käfig 2005 13
Wälzlager Zubehör - Sicherungselemente 2005 14
Wälzlager-Zubehör Sicherungselement Bohrungssicherungsring 2005 15
Wälzlager-Zubehör Sicherungselement Sicherungsring DIN 471 20 x 1,2 2005 16
Wälzlager-Zubehör Sicherungselement Nutmutter DIN 1804 M 35 x 1,5 2005 17
Spannhülse Abziehhülse Wälzlager-Zubehör für konische bohrung 2005 18
Wälzlager-Zubehör Abdichtungen Deckscheibe Dichtscheibe 2005 19
Wälzlager Grundbegriffe Druckwinkel Drucklinien Druckkegelspitze 2005 20
Wälzlager Grundbegriffe Druckkegelspitze und Kraftansatz 2005 21
Wälzlager Grundbegriffe Winkeleinstellbarkeit achse Wellenachse 2005 22
Wälzlager - typen Rillenkugellager DIN 625 6207 35 x 72 x 17 2005 23
Wälzlager - typen Außenbord veränt RiKuLa Schulterkugellager (d max =25 mm) DIN 615 2005 24
Wälzlager - typen Druck-Winkel veränt Schrägkugellager DIN 628 α > 0 (Vierpunktlager ) 2005 25
Zu: Einreihige und zweireihige 2005 26
Wälzlager - typen Rollfläche geänt Zulässiger Biegewinkel Wellen im vergrößert 2... 10 min 2... 4 RiKuLa Pendelkugellager DIN 630 2005 27
Wälzlager typen Wälzkörper veränt Zylinrollenlager DIN 5412 2005 28
Wälzlager - typen Bauarten: Zylinrollenlager DIN 5412 2005 29
Wälzlager - typen Kegelrollenlager DIN 720, DIN ISO 355 2005 30
Wälzlager - typen Pendelrollenlager DIN 635 Tonnenlager DIN 635 2005 31
Wälzlager - typen Nadellager DIN 617 DIN ISO 1206 2005 32
Wälzlager - typen Nadellager Kolbenbolzen- (a) und Kurbelzapfenlagerung (b) eines Zweitaktmotors 2005 33
Wälzlager - typen Rollenlager/Nadellager Kreuzgelenkbuchse 2005 34
Axial- Rillenkugellager DIN 711 Axial- Zylinrollenlager DIN 722 2005 35
Wälzlager-Einbau Position so sichern, dass Krafteinleitung und Kraftweiterleitung garantiert ist Funktion unter Betriebsbedingungen garantiert ist (Toleranzen, luft) 2005 36
Wälzlager-Einbau Fest-/Loslager-Anordnung 2005 37
Wälzlager-Einbau 2005 38
Wälzlager-Einbau 2005 39
Wälzlager-Einbau Stützlager Problem: Sicherung axialen Beweglichkeit 2005 40
Wälzlager-Einbau 2005 41
Wälzlager Einbau Toleranzklassen Wälzlager (z. B. Durchmesserbereich 18... 30, Radiallager ohne Kegelrollenlager, Innenring) P0 P6 P5 P4 P2 HG SP UP 10 8 6 5 2,5 4 6 5 Normal eingeengt für sehr hohe Drehzahlen hochgenau Spezial- u. Ultrapräzision z. B. für Spindellager 2005 42
Toleranzen für Welle und Gehäuse Übliche Toleranzen: Welle Gehäuse RiKuLa j5...k5 J6 Rollen- und Nadellager k5...m5 K6 2005 43
Wälzlager Einbau Radiale luft sichert genaue Führung Welle Darf durch Temperaturschwankungen nicht unzulässig verringert werden Toleranzgruppen (luft in μm z. B. für 50... 65 mm Durchmesser: C2 C0 (normal) C3 C4 C5 1...15 8...28 23...43 38...61 55...90 2005 44
Wälzlager Einbau Radiale luft Fehler, die zu höherem Verschleiß, höherem Geräusch und schlechterer Wellen-Führung führen: Falsche Montage Falsche Passungen (Übermaß Welle Innenring aufgeweitet Übermaß Gehäuse Außenring gedrückt) Kopplung von n mit ungleicher luft (z. B. RiKuLa 14 μm, Zylinrollenlager 25 μm bei gleichem d) 2005 45
Wälzlager Einbau Axiale luft Sichert Verschiebbarkeit bei Loslager Sichert Wärmeausdehnung Realisiert durch Innere beweglichkeit (NU und NUP-) Anstellen eines ringes (bei spiegelbildlich angeordneten Schräglagern) Einstellen luft mit Paßscheiben Schwimmende ung 2005 46
Wälzlager-Einbau axiale luft Angestellte ung Durch Nutmutter wird Innen/Außenring verschoben, bis Axialluft erreicht 2005 47
Wälzlager-Einbau Einstellen axialen luft mit Paßscheiben 2005 48
Werkstoff : Keramik/Stahl 2005 49
Werkstoff : Keramik, z. B. HIPSN (Hochisostatisch gepreßtes Si-Nitrid) 2005 50
Werkstoff : Keramik (HIPSN Eigenschaften (Vergleich zu St) Überragende Härte, stabil bis 800 C schwierige Bearbeitbarkeit, hohe Lebensdauer, da kaum Verschleiß Unempfindlich gegen korrosive Medien und toxische Umgebung aufwendige Dichtungen entfallen, Verwendung Medien zur Schmierung Hohe Temperaturbeständigkeit (bis 1000 C, 100Cr6 < 200 C) Geringe Reibwerte (40 % geringer als St/St) Ölmangelschmierung bis Trockenschmierung möglich, damit Problem Verdampfen bei hohen Temperaturen gelöst, hohe Geschwindigkeiten möglich 2005 51
Fortsetzung Eigenschaften Keramik Geringere Zähigkeit hohe Konsistenz des Gefüges erforlich, um Risse zu vermeiden E-Modul ca. 50 % höher geringere Schwingungsneigung, aber erhöhte Hertzsche Flächenpressung Geringere Bruchzähigkeit schlagempfindlich Niedriges spezifisches Gewicht (60 % geringere Dichte) geringe Bauteilmasse, geringe Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen 2005 52
Fortsetzung Eigenschaften Keramik Elektrisch isolierend Geringere Wärmedehnung (2/3 geringer als St) ggf. hohe Innenringspannungen bei Erwärmung Welle Temperaturausgleichsglie erforlich Hoher Preis durch schwierige Bearbeitbarkeit (4... 10 x teurer als St) 2005 53
Wälzlagerkurzzeichen 6206.ZR.P52 Vorsetzzeichen reihe 62.. Basiszeichen 6206 Nachsetzzeichen.ZR (mit Deckscheibe) bohrung..06 (6x5= 30 mm).p5 (Toleranz < P6).P52 (+luft C2) bauart 6... (RiKuLa) Maßreihe 2 Breitenreihe (Nicht angegeben) Durchmesserreihe 2 2005 54
Auslegung von Wälzlagern Nachrechnen Lebensdauer unter Last (DIN ISO 76 und DIN ISO 281) unter Last und Betriebsbedingungen (erweiterte Lebensdauerberechnung DIN ISO 281 2005 55
Schadensbild durch Überlast (Pressung) Schlecht Maschinenelemente 1, Pearson-Verlag 2006 2005 56
L 10 = C ( ) P p 6 /10 Umdrehungen / Lebensdauer in Mill. Umdrehungen L h10 = C ( ) P p 6 10 n 60 / h / Lebensdauer in Stunden L ha = L h10 a 1 a 23 / h / Erweiterte Lebensdauer in Stunden 2005 57
Erweiterte Lebensdauerberechnung L ha = L h a a f / h 10 1 23 t / a 1 Faktor Ausfallwahrscheinlichkeit a 23 Werkstoff- und Betriebsbedingungsfaktor f t Temperaturfaktor 2005 58
a 1 Faktor Ausfallwahrscheinlichkeit Ausfallwahrscheinlichkeit in % 10 5 4 3 2 1 Faktor a1 1 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21 f t Temperaturfaktor Temperatur in C 150 200 250 300 Faktor f t 1 0,73 0,42 0,22 2005 59
Faktor a 23 = f ( vorhandene (Betriebs) Viskosität/ideale(Bezugs) Viskosität, stat. Tragzahl/stat. Last, Wälzlagerbauart, Schmierstoff und seinen Additiven, Einbaubedingungen) 2005 60