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| − | ''Dieser Artikel wird zur Zeit bearbeitet von --[[Benutzer:P.Wiltschek|P.Wiltschek]] 10:48, 5. Nov 2005 (CET)
| + | [[Bild:Definition Mikrometer.JPG|right]] |
| − | <br>''Fertigstellung bis zum 28. April 2006''
| + | =Hinweise= |
| − | [[Bild:Baustelle.gif]]
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| − | ---- | + | <div style="text-align: center;"> |
| | + | <span style="color: red"> Dieser Artikel soll ausschließlich Grundlagen zum Thema Wälzlagerungen vermitteln. Ausführliche Informationen zum Thema sind in zahlreichen Publikationen <br />(Auswahl siehe unten: Quellenangaben) bzw. im Internet (z.B.: [http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&newlink=first&lang=de SKF.de] oder [http://medias.ina.de/medias/ext/hp?lang=de Schaeffler-Gruppe-INA-FAG]) zu finden. |
| | + | <br />Es wird keinerlei Haftung für Verluste oder Schäden irgendwelcher Art übernommen, die sich mittelbar oder unmittelbar aus der Verwendung der hierin erhaltenen Angaben ergeben. |
| | + | </span> |
| | + | </div> |
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| − | http://www.nmb-gmbh.de/bilder/produkte_kugellager.jpg
| + | =Grundlagen= |
| | + | ==Aufgaben== |
| | + | * Wälzlager sollen relativ zueinander bewegliche, insbesondere drehbewegliche Teile in [[Maschine]]n und [[Gerät]]en abstützen und möglichst Reibungsarm führen. |
| | + | * Sie sollen die wirkenden äußeren Kräfte (quer, längs und/ oder schräg zur Bewegungsachse) aufnehmen und auf Fundamente, Gehäuse oder ähnliche Bauteile übertragen. |
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| − | == Aufgabe == | + | [[Bild:Was ist Reibung.JPG|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken |
| | + | ]] |
| | + | </div> |
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| − | Wälzlagerungen dienen der Übertragung von Bewegungen zwischen unterschiedlichen Bauteilen, oder der Abstüzung und Führung von sich bewegenden Bauteilen (bspw.: rotation) zu starren Bauteilen (bspw.: Gehäuse)
| + | ==Wirkprinzip und Aufbau== |
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| − | Wälzlagerungen müssen im Betrieb Kräfte die sich aus der Bewegung, Bearbeitung, Biegung der gelagerten Welle oder [[Wärmeausdehnung]] der gelagerten Bauteile ergeben aufnehmen können.
| + | * Wälzlager werden nach der Art der Belastungsrichtung (Wirkrichtung) eingeteilt. |
| | + | * Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei Ringen und einem Kranz von Rollkörpern, die auf den Laufbahnen der Ringe abrollen. |
| | + | * Die Rollkörper werden in der Regel in einem Käfig geführt. Der Käfig hält die Rollkörper in gleichmäßigem Abstand und verhindert ihre gegenseitige Berührung. |
| | + | * Bei Nadellagern und Bord losen Pendelrollenlagern muss der Käfig die Rollkörper außerdem Achsparallel führen. |
| | + | * Ferner soll der Käfig zerlegbarer Lager den Rollkörperkranz zusammenhalten und dadurch den Einbau des Lagers erleichtern. |
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| − | Somit sind bei der Wälzlagerauswahl viele unterschiedliche Faktoren zu beachten.
| + | <u>'''Einteilung nach Belastungsrichtung in Radiallager und Axiallager'''</u> |
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| − | == Funktion ==
| + | [[Bild:Belastungsrichtung.GIF|center]] |
| − | ===Wirkung===
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| − | Die Übertragung der relativ Bewegung der einzelnen Bauteile zueinander wird durch die Verwendung von einzelnen Wälzkörpern (Kugel, Rolle) auf ein minimales Reibmoment gesenkt. Somit lassen sich Leistungsverluste, verursacht durch hohe Reibmomente, nahezu ausschliessen.
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| − | http://www.thk.se/DE/Kugellager.jpg
| + | ==Bezeichnungen am Rillenkugellager== |
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| − | Bei heutigen Wälzlagern werden die Wälzkörper mittels eines Käfigs auf definiertem Abstand gehalten, wodurch die Lebensdauer eines Wälzlagers entscheidend gesteigert werden konnte. Bei dem alten Prinzip, mit komplett bestückten Wälzkörpern, trat erheblicher Verschleiß durch Berührung der Wälzkörper untereinander auf.
| + | [[Bild:Wälzlagerbauteile.JPG|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken |
| | + | </div>]]<br /> [[Bild:Bezeichnung der Bauteile.GIF|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Radialkugellager <br />Zum Vergrößern ins Bild klicken <br />Quelle: [http://www.uni-siegen.de/fb11/inko_schwarz/download/me2b/me-08-folien-waelzlager.pdf Uni Siegen] |
| | + | </div>]]<br />[[Bild:Axialkugellager.GIF|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Axialkugellager <br />Zum Vergrößern ins Bild klicken <br />Quelle: [http://www.uni-siegen.de/fb11/inko_schwarz/download/me2b/me-08-folien-waelzlager.pdf Uni Siegen] |
| | + | </div>]] |
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| | + | ==Standardbauformen der Wälzlager (Auswahl)== |
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| − | http://www.thk.se/DE/Kugelfuehrung.jpg
| + | [[Bild:Bauformen.GIF|right]] |
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| − | Beispiel für die Verwendung des Wälzlager- Prinzips bei translatorischer Bewegung (Kugelumlaufschuh).
| + | * 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) |
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| − | ===Vor-/Nachteile===
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| − | ====Vorteile====
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| − | *Geringes Anlaufmoment
| + | ==Eigenschaften ausgewählter Wälzlager== |
| − | *Reibungsarmer Lauf
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| − | *Kein "stick-slip" Effekt (Ruckgleiten)
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| − | *Bestimmbare Freiheitsgrade
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| − | *Durch [[DIN | Normung]] meisst leicht Austauschbar
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| − | *Wartungsarm
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| − | *Meisst geringer Schmierstoffverbrauch
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| − | ====Nachteile====
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| − | *Drehzahl begrentzt
| + | [[Bild:Radialkugellager.GIF|thumb|left|<div style="text-align: center;"> |
| − | *Hoher Abdichtungsaufwand bei Ölumlaufschmierung
| + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br /> Radialkugellager |
| − | *Empfindlich gegen Verschmutzung
| + | </div>]] |
| − | *Stoss empfindlich im Stillstand und bei geringer Drehzahl
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| | | | |
| − | ==Auswahl der Lagerung== | + | [[Bild:Kegelrollenlager.GIF|thumb|right|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br /> Kegelrollenlager |
| | + | </div>]] |
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| − | Wälzlager verfügen über unterschiedliche Eigenschaften, die sie untereinander abgrenzen.
| + | [[Bild:Zylinderrollenlager.GIF|thumb|left|<div style="text-align: center;"> |
| − | Diese Eigenschaften sind bei der Auswahl der Lagerung, mit Blick auf die gestellten Ansprüche, zu vergleichen.
| + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br /> Zylinderrollenlager |
| | + | </div>]] |
| | | | |
| − | Faktoren für die Verwendung eines Lagertyps sind:
| + | [[Bild:Pendelrollenlager.GIF|thumb|right|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br /> Pendelrollenlager |
| | + | </div>]] |
| | | | |
| − | *die durch die Konstruktion gegebenen Platzverhältnisse
| + | [[Bild:Drehzahlen2.GIF|center]] |
| − | *die im Betrieb auftretende Belastungsarten (axial, radial oder beide)
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| − | *die der Konstruktion gewährten Freiheitsgrade
| |
| − | *die Schiefstellung der Lagerebenen zueinander (Winkelfehler, Durchbiegung der Welle)
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| − | *die Laufgenauigkeit des Lagers
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| − | *die geforderte Drehzahl
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| − | *Geräuscharmer Lauf
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| − | *die geforderte Steifigkeit der gelagerten Baugruppe
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| − | *die Wartungsfreundlichkeit (Ein-, Ausbaumöglichkeiten)
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| − | *die Schmierungsmöglichkeit
| |
| − | *die mögliche Abdichtungsart (Schmiermittelaustritt, Fremdkörpereintritt)
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| | + | ==Wälzkörper (Auswahl)== |
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| − | Eine genauere Beschreibung zur Wahl der richtigen Lagerart findet sich hier:
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| | | | |
| − | http://www.skf.com/portal/skf/home/products?paf_dm=shared&maincatalogue=1&lang=de&newlink=1_0_2
| + | [[Bild:Wälzkörperformen.GIF|center]] |
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| | + | ==Wälzlagerkäfige== |
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| − | Tabelle der Lagereigenschaften:
| + | [[Bild:Aufgaben_Käfig.GIF|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br /> Aufgaben des Käfigs |
| | + | </div>]] |
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| − | [[Bild:1 de bearingselection.jpg]]
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| | + | [[Bild:Käfige.GIF|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br /> Käfigwerkstoffe |
| | + | </div>]] |
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| − | == Kräfte ==
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| − | === Belastungsarten === | + | ==Vorteile von Wälzlagern== |
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| − | An Wälzlagern wirken unterschiedlichste Kräfte. Punktlast liegt vor, wenn die radial angreifende Kraft statisch auf den feststehenden Lagerring wirkt (es wird immer der gleich Punkt der Laufbahn belastet). Bei Umfangslast wirkt die Radialkraft auf den umlaufenden Lagerring.Das heißt, bei einer Umdrehung des Lagers wird genau jeder Punkt der Laufbahn einmal durch die wirkende Kraft belastet.
| + | * Fast reibungsloser Lauf (µ = 0,002….0,01) bei richtigem Einbau |
| | + | * Anlaufmoment ist nur unwesentlich größer als das Betriebsmoment (wesentlicher Vorteil bei Antrieben) |
| | + | * Kein Ruckgleiten (stick slip) |
| | + | * Geringer Schmierstoffverbrauch |
| | + | * Anspruchslos in Pflege und Wartung |
| | + | * Sie benötigen keine Einlaufzeit |
| | + | * Weitgehende Normung gestattet leichtes Beschaffen und Austauschen von Ersatzlagern |
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| − | *Hinweis: Der Ring mit Umfangslast muss festsitzen, da er mit der wechselnden Last umlaufen und den Lagersitz beschädigen würde, der Ring mit Punklast kann auch lose sitzen (Spielpassung möglich). Die immer auf den gleichen Punkt der Laufbahn wirkende Kraft kann kein Wandern oder rutschen der Laufbahn bewirken.
| + | ==Nachteile von Wälzlagern== |
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| − | Punklast am Innenring, Umfangslast am Außenring
| + | * Besonders im Stillstand und bei kleinen Drehzahlen empfindlich gegen Erschütterungen und Stöße |
| − | [[Bild:Punktinnen.gif]]
| + | * Lebensdauer und Höhe der Drehzahl ist begrenzt |
| | + | * Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung erfordert einen hohen Abdichtungsaufwand (Verschleißstellen, Leistungsverlust) |
| | | | |
| − | Punklast am Außenring, Umfangslast am Innenring
| + | ==Wälzlagerspiel auf Bauteilen== |
| − | [[Bild:Umfanginnen.gif]]
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| | + | [[Bild:Radial-Axialspiel.GIF|center]] |
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| − | [[Bild:Lagerluftdrucklinie.JPG]]
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| − | *Erläuterung:
| + | ==Lagerluft== |
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| − | Der Druckwinkel α und die sich daraus ergebende Drucklinie sind Wälzkörper und Laufbahn abhängig.
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| − | Sie stellen dar, in welcher Linie die auftretenden Kräfte von einer Laufbahn über die Wälzkörper auf die andere Laufbahn im Lager übertragen werden.
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| − | Radiallager haben einen Druckwinkel α von 0°- 45°.
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| − | Der Druckwinkel von Axiallagern liegt zwischen 45° und 90°.
| + | [[Bild:Lagerluft.GIF|center]] |
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| − | Der Punkt in dem sich die Drucklinien schneiden wird als Druckmittelpunkt bezeichnet.
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| − | Hier treffen sich die auf das Lagerwirkenden Kräfte.
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| | | | |
| − | Mit zunehmendem Druckwinkel α innerhalb eines Radiallagers, nehmen die Axialkräfte zu.
| + | =Gestalten und Entwerfen von Wälzlagerungen= |
| − | Wird ein Lager axial und radial bealstet, so ist die daraus resultierende der Lastwinkel β.
| + | ==Kriterien für die Auswahl des richtigen Lagers== |
| − | Als Konstruktionsregel ist zu beachten, dass α und β annähernd gleich groß sein sollen um die maximale Belastbarkeit eines Lagers auszunutzen.
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| − | Fa ist die Axialkraft, wirkt sie zentrisch auf die Welle teilt sie sich gleichmäßig auf das Lager auf.
| + | <u>'''Bei der Konstruktion:'''</u> |
| | | | |
| − | ====Axial- Radialspiel====
| + | * Zur Verfügung stehender Bauraum |
| | + | * Berücksichtigung des Ein- und Ausbaus [http://www.mapro.skf.com/mp3000g.htm Hier ist ein guter Link zum Thema Ein- Ausbau und noch mehr] |
| | + | * Erforderliche Winkelbeweglichkeit |
| | + | * Erforderliche Sicherheit (nach Art der Anwendung) |
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| − | Das Axial-, bzw. Radialspiel wird im allgemeinen auch als Lagerluft bezeichnet.
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| − | Hierbei handelt es sich um die jeweils mögliche Verschiebbarkeit des Lagers in axialer oder radialer Richtung.
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| − | Unterschieden wird zwischen dem Axial-, Radialspiel eines nicht eingebauten Lagers und der Betriebsluft eines montierten Lagers.
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| − | Bei Kugellagern versucht man die Lagerluft im Betrieb so nahe wie möglich an 0µm zu führen um einen idealen Rundlauf des Lagers zu erreichen.
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| − | Bei der Konstruktion ist in jedem Fall zu bedenken das sich Axial- und Radialspiel des Lagers bis zum erreichen der Betriebstemperatur verändern.
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| − | Einflussfaktoren für das Axial- und Radialspiel sind:
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| | | | |
| − | *die Passungsverhältnisse
| + | <u>'''Nach Art der Betriebsbedingungen:''' |
| − | *die Betriebstemperatur
| + | </u> |
| − | *elastische Verformungen des Lagers
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| | | | |
| − | Bei einstellbaren und geteilten Wälzlagern wie Kegelrollenlagern ist somit bei der Montage der Durchmesser des Aussenringes im demontierten sowie im montierten Zustand im µm Bereich auszumessen um den Wert für das Zusammenfallen des Aussenringes nach dem Einbau zu definieren und somit die nötige Vorspannung auf den Innenring, die für die jeweilige Konstruktion gefordert ist, festzulegen.
| + | * Belastung |
| | + | * Drehzahl |
| | + | * Anforderungen an Genauigkeit und Starrheit |
| | + | * Reibung |
| | + | * Umgebungsverhältnisse (Abdichtung) |
| | + | * Wartung |
| | + | * Lebensdauer |
| | | | |
| − | Falsch ermittelte Werte haben eine zu hohe oder zu geringe Lagervorspannung zur Folge, welche zu folgenden Symptomen führen kann:
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| | | | |
| − | *erhöhter Verschleiss
| + | <u>'''Höhe der Kosten'''</u> |
| − | *geringere Lebensdauer
| |
| − | *erhöte Rollreibung und somit erhöhte Wärmeentwicklung in der Lagerung
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| − | *nicht erreichen der geforderten Kraftaufnahme
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| − | *nicht erreichen der geforderten Steifigkeit
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| − | *Beschädigung anderer Bauteile des Systems
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| − | == Normung == | + | ==Lagerauswahl== |
| − | === Toleranzen ===
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| − | Beim Einbau von Wälzlagerungen ist die Fixierung der Laufbahnen im Gehäuse und auf der Welle
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| − | wichtig. Die Laufbahnen dürfen im Betrieb nicht mitdrehen oder axial rutschen.
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| − | Hierfür wird eine geeignete Passung gewählt. Die zu verwendenden [[Maßtoleranzen | Toleranzfelder]] sind in der Grafik abgebildet.
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| − | Übermaß- und Übergangspassungen zwischen der Welle und Bohrung des Lagers, oder des Gehäuses und des Aussenrings verhindern durch die auftretende Pressung am Umfang wirkungsvoll ein mitdrehen der Laufbahnen. Alternativ kann das Lager über axiale Vorspannung geklemmt werden.
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| − | Bei der Wahl der Passung und der Art der fixierung des Lagers ist zu beachten, dass die Lagerluft verringert wird und der Verschleiß zunehmen bzw. die Lebensdauer des Lagers abnehmen kann.
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| | | | |
| − | Die gewählte Passung und das verwendete Lager sind somit voneinander abhängig und am einfachsten durch Absprache mit dem Hersteller oder seinen Einbauvorschrifften zu klären.
| + | [[Bild:Lagerkennzeichnung.GIF|center]] |
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| − | [[Bild:ToleranzfeldWelleGehaeuse.JPG]]
| + | <span style="color: green"><u>'''Bei der Bezeichnung der Bohrung (Bohrungskennzahl- BKZ) gibt es noch folgendes zu Beachten:''' |
| | + | </u></span> |
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| − | == Einsatzgebiet ==
| + | * Die Bohrungskennzahlen 00, 01, 02 und 03 entsprechen in Reihenfolge den Bohrungsdurchmessern 10, 12, 15 und 17 mm. |
| − | === Arten und Verwendung von Wälzlagerungen ===
| + | * 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. |
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| − | *Hinweis: Die Verwendung von Rillenkugellagern ist wünschenswert, da sie neben ihrer hohen Laufgenauigkeit und ihren günstigen Einbaumaßen zu sehr geringen Preisen bezogen werden können.
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| − | ==== Einreihige Radial-Rillenkugellager ([[DIN]] 625) ====
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| − | Werden wegen ihrer besonders einfachen Bauform und dem damit verbundenen günstigen Preis am häufigsten verwendet.
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| − | Durch die enge Kugelführung und die sehr tiefen Laufrillen lassen sich neben hohen Radialkräften auch hohe Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmen.
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| − | Bei hohen Drehzahlen sind Radial-Rillenkugellager im Stande höhere axiale Kräfte als Axial-Rillenkugellager aufzunehmen.
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| − | Rillenkugellager sind unzerlegbar und starr, wodurch sie keine Wellenverlagerungen ausgleichen können und dadurch auf genau fluchtende Lagerstellen angewiesen sind.
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| | | | |
| − | *Verwendung: universell in allen Bereichen des Maschinen- und Fahrzeugbaus.
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| | + | =Berechnung der Wälzlager= |
| | + | ==Statische Tragfähigkeit== |
| | + | Ein Wälzlager gilt als nur statisch beansprucht, wenn es unter einer Belastung stillsteht, kleine Pendelbewegungen ausführt oder sich mit einer Drehzahl von weniger als 10<sup>-1</sup> dreht. |
| | | | |
| − | [[Bild:Rillenkugellager3d.JPG]]
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| | | | |
| − | ==== Einreihige Schrägkugellager ([[DIN]] 628)==== | + | <div style="text-align: center;"> |
| | + | '''S<sub>0</sub> = C<sub>0</sub> : P<sub>0</sub>''' |
| | + | </div> |
| | | | |
| − | Besitzen am Innen sowie am Aussenring je eine erhöhte Schulter und sind in den meisten Fällen nicht zerlegbar.
| + | S<sub>0</sub>: statische Tragsicherheit<br /> |
| − | Aufgrund der höheren Anzahl von Wälzkörpern und der größeren Abstüzung durch die Schulter, ist es mit diesem Lager möglich höhere Axialkräfte aufzunehmen als mit Rillenkugellagern.
| + | P<sub>0</sub>: statisch äquivalente Belastung des Lagers<br /> |
| | + | C<sub>0</sub>: Statische Tragzahl |
| | | | |
| − | Bilder a und b
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| | | | |
| − | *Verwendung: meisst paarweise in X-, O-, oder Tandemanordnung da Axialkräfte sonst nur in eine Richtung aufzunehmen sind.
| + | Die statisch äquivalente (= gleichwertige) Belastung P<sub>(0)</sub> ist eine rechnerische, rein radiale Belastung bei Radiallagern bzw. rein axiale und rein zentrische Belastung bei Axiallagern, die an den Wälzkörpern und Rollbahnen die gleiche plastische Verformung bewirkt, wie die tatsächlich wirkende kombinierte Belastung. Sie ergibt sich (außer Axialpendelrollenlager): |
| | | | |
| − | ==== Zweireihige Schrägkugellager ([[DIN]] 628)====
| |
| | | | |
| − | Bestehen aus zwei Spiegelbildlich angeordneten einreihigen Schrägkugellagern ( O- Anordnung) die in radialer sowie in beiden Richtungen Axial sehr hoch belastbar sind.
| |
| | | | |
| − | *Verwendung: Wälzlagerungen von kurzen biegesteifen Wellen die sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sehr hoch beansprucht werden. z.B.: Wellen mit Schrägstirn- oder Kegelrädern in Getrieben sowie Fahrzeugachsen
| + | [[Bild:Begriffe P.GIF|center]] |
| | | | |
| − | Bild c
| + | ==Dynamische Tragfähigkeit== |
| | + | *Die dynamische Tragfähigkeit eines Wälzlagers wird vom Ermüdungsverhalten des Lagerwerkstoffes bestimmt. |
| | + | *Der Zeitraum bis zum Auftreten von Ermüdungserscheinungen ist die Lebensdauer des Wälzlagers. |
| | | | |
| | + | ==Erreichbare Lebensdauer== |
| | | | |
| | | | |
| − | [[Bild:Schraegkugellager.JPG]]
| + | *Die für das Wälzlager einzusetzende Lebensdauer wird erfahrungsgemäß gewählt. |
| | + | *Bestimmend sind dabei die Art der Maschine, die Dauer ihres Einsatzes und die verlangte Betriebssicherheit. |
| | + | *Für häufig vorkommende Betriebsfälle gibt die unten stehende Tabelle sowie die Wälzlagerkataloge L<sub>10h</sub>- Werte an. |
| | | | |
| − | ==== Vierpunktlager ([[DIN]] 628)====
| |
| | | | |
| − | Sonderbauform des Schrägkugellagers. Die Laufbahnen des Innen und Aussenringes sind spitz zusammenlaufende Radien, wodurch eine Berührung der Walzkörper mit den Laufbahnen an vier definierbaren Punkten erreicht wird.
| + | [[Bild:Tabelle14.7.GIF|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| − | Vorteil dieses Lagers ist eine geringere Baubreite mit höherer radialer und vor allem höherer axialer Tragfähigkeit in beiden Richtungen.
| + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br />Quelle: Roloff/ Matek, Maschinenelemente- Tabellenbuch |
| | + | </div>]] |
| | | | |
| − | *Verwendung: Spindellagerungen von Werkzeugmaschinen, Fahrzeuggetriebe
| |
| | | | |
| | + | [[Bild:Lebensdauergleichung.GIF|thumb|center|<div style="text-align: center;"> |
| | + | Zum Vergrößern ins Bild klicken<br />Quelle: Roloff/ Matek, Maschinenelemente |
| | + | </div>]] |
| | | | |
| − | [[Bild:VierpunktlagerSchnitt.JPG]]
| + | =Berechnungsbeispiele= |
| | | | |
| − | ==== Schulterkugellager ([[DIN]] 615)==== | + | '''<span style="color: green">Im Bild unten ist die Lagerung der oberen Bandrolle einer Bandsäge zu sehen.</span>''' |
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| − | Sind zerlegbare Lager deren demontierbarer Aussenring eine Schulter besitzt, wodurch sie axiale Kräfte in nur einer Richtung aufnehmen können.
| |
| − | Diese Lager sind weder zur Aufnahme von hohen radialen noch von axialen Kräften geeignet und nur bis zu einem Bohrungsdurchmesser von 30mm genormt.
| |
| | | | |
| − | *Verwendung: Lagerungen mit gringen Belastungen, in Messgeräten, Haushaltsgeräten oder kleinen elektrischen Maschinen.
| + | Für die Bandrolle sind geeignete Wälzlager zu Bestimmen. |
| | | | |
| | + | [[Bild:Aufgabe.GIF|center]] |
| | | | |
| − | ==== Pendelkugellager ([[DIN]] 630)====
| |
| | | | |
| − | Sind zweireihige Lager mit zylindrischer oder kegeliger Bohrung, die durch ihre konvexe Lauffläche im Aussenring in der Lage sind, geringe winklige Wellenverlagerungen sowie Schiefstellungen der Welle bis zu ca. 4 grad auszugleichen.
| + | [[Wälzlagerungen: Lösung|Lagerung einer Bandsäge Lösung]] |
| − | Pendelkugellager können radial und in beiden Richtungen axial belastet werden.
| |
| | | | |
| − | *Verwendung: Lagerungen bei denen Einbauungenauigkeiten oder größere Wellendurchbiegungen auftreten können.z.B.: bei Förderanlagen und Landmaschinen.
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| − |
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| − |
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| − | [[Bild:Pendelkugellager.JPG]]
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| − |
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| − | ==== Zylinderrollenlager ([[DIN]] 5412)====
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| − |
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| − | Sind Lager deren Wälzkörper aus zylindrischen Rollen bestehen und zerlegbar sind. Durch die Linienberürung der Wälzkörper mit den Laufflächen im Innen und Aussenring sind sie in der Lage wesentlich höhere radiale Kräfte als gleich große Kugellager aufzunehmen.
| |
| − | Nachteil ist, das sie nicht oder nur geringfügig in der Lage sind axiale Kräfte aufzunehmen und genau fluchtende Lagerstellen benötigen.
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| − |
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| − | Zylinderrollenlager sind als konventionelle Lager ohne Käfig (vollrollig) und daraus resultierender höherer radialer Tragfähigkeit oder als Käfiggeführte Lagerungen (geringere Rollenanzahl bei gleicher Baugröße) mit höheren erreichbaren Drehzahlen durch geringere Reibungswärme erhältlich.
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| − |
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| − | *Verwendung: in Getrieben, Elektromotoren, für Achslager von Schienenfahrzeugen und als Loslager.
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| − |
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| − |
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| − | [[Bild:Zylinderrollenlager.JPG]]
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| − |
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| − | ==== Nadellager ([[DIN]] 617) ====
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| − |
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| − | Sind Sonderbauformen des Zylinderrollenlagers und werden in unterschiedlichsten Ausführungen geliefert. Bis auf das kombinierte Nadel-Axial-Rillenkugellager können diese nur Radialkräfte übertragen, haben aber den Vorteil wesentlich geringerer Baugröße und sind stoßunempfindlicher als andere Lagerungen.
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| − |
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| − | *Verwendung: für kleine bis mittlere Drehzahlen und Pendelbewegungen. Im allgemeinem bei radial begrenztem Einbauraum.
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| − |
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| − |
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| − | [[Bild:Nadellager.JPG]]
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| − |
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| − | ==== Kegelrollenlager ([[DIN]] 720)====
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| − |
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| − | Bei den Kegelrollenlagern sind entweder die Laufflächen oder die Bohrung des Innenrings kegelig ausgeführt. Diese Lagerung ist radial und axial sehr hoch belastbar. Durch den abnehmbaren Aussenring ist diese Lagerung gut ein- und auszubauen.
| |
| − | Zu beachten ist, daß das Lagerspiel bei dieser Lagerung eingestellt werden muss.
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| − | *Verwendung: Wellenlagerungen von Schnecken und Kegelradgetrieben, Spindellagerungen von Werkzeugmaschinen.
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| − | [[Bild:Kegelrollenlager.JPG]]
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| − | ==== Axial- Rillenkugellager ([[DIN]] 711, 715)====
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| − | Einseitig wirkende Axial- Rillenkugellager bestehen aus einer Wellenscheibe und einer Gehäusescheibe. Wobei die Wellenscheibe einen geringeren Durchmesser als die Gehäusescheibe besitzt. Zwischen diesen beiden Scheiben laufen die Wälzkörper.
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| − | Dieses Lager kann nur axiale Kräfte in einer Richtung und keine Radialkräfte aufnehmen
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| − | Zweiseitig wirkende Axial- Rillenkugellager bestehen aus zwei aussenliegenden Gehäusescheiben und einer mittig angeordneten Wellenscheibe, zwischen denen zwei getrente Kugelkränze laufen.
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| − | Mit dieser Lagerausführung können Axialkräfte aus beiden Richtungen aber keine Radialkräfte aufgenommen werden.
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| − | Aufgrund der Anordnung von Wälzkörpern und Laufflächen eignen sich diese Wälzlager nicht für hohe Drehzahlen, da sich die aufretenden Fliehkräfte ungünstig auf das Laufverhalten des Lagers auswirken.
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| − | *Verwendung: bei hohen Axialkräften die von Radiallagern nicht aufgenommen werden können. z.B.: bei Bohrspindeln.
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| − | [[Bild:Axialkugellager.JPG]]
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| − | ==== Hybridwälzlager, Keramikwälzlager ====
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| − | Hybridwälzlager besitzen Wälzkörper aus Keramik und Laufringe aus Stahl, Keramikwälzlager hingegen besitzen Wälzkörper und Laufflächen aus Keramik.
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| − | Mann verwendet Hybridlagerungen bei hohen Drehzahlen, da durch die geringere Masse der Wälzkörper die Fliehkräfte minimiert werden können und bei erschwerten Schmierbedingungen.
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| − | Voll-Keramikwälzlagerungen sind vorteilhaft einsetzbar, wenn das Lager einer hohen Temperatur (bis 10000C), eventueller Korrosion (chemische Beständigkeit gegenüber den meisten Medien) oder starkem Verschleiß (Härte von 80HRC) ausgesetzt ist.
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| − | ===Beispiele für Anwendungsbereiche von Wälzlagern===
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| − | Hier finden sich Beispiele für Wälzlager Anwendungstechniken der Firma I.N.A.
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| − | *[http://medias.ina.de/medias/de!hp.awb2/kegelradgetriebe*Funktion;aIbFi6YgqfRe?br=9&a=BR1 Kegelradgetriebe]
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| − | *[http://medias.ina.de/medias/de!hp.awb2/extrudergetriebe*Funktion;aIbFi6YgqfRe?br=9&a=BR1 Extrudergetriebe]
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| − | *[http://medias.ina.de/medias/de!hp.awb2/kreiselrechwender*Funktion;aIbFi6YgqfRe?br=88&a=BR7 Kreiselrechwender(Landmaschinen)]
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| − | *[http://medias.ina.de/medias/de!hp.awb2/pkwlenkungslager*Funktion;aIbFi6YgqfRe?br=472&a=BR9 PKW-Lenkungslager]
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| − | *[http://medias.ina.de/medias/de!hp.awb2/bearbeitungszentrum*Funktion;aIbFi6YgqfRe?br=32728&a=BR15 Bearbeitungszentrum]
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| − | == Gestaltung der Lagerung ==
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| − | === Lageranordnung ===
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| − | Bevorzugt ist eine Lageranordnung mit zwei Wälzlagern auf einer Welle anzuwenden.
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| − | [[Bild:Gesamtlageranordnung.JPG]]
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| − | ==== Fest-Los-Lagerung ====
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| − | Bei dieser Lageranordnung nimmt das Festlager einen Teil der Radialkräfte und in beiden Richtungen Axialkräfte auf.
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| − | Verwendung finden hier Wälzlager die in sich nicht verschiebbar sind wie z.B. ein Rillenkugellager.
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| − | Zur definition der Position des Festlagers, werden Innen- und Aussenringe auf der Welle und im Gehäuse [[Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente | gesichert]].
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| − | Das Loslager nimmt nur Radialkräfte auf und ist in axialer Richtung verschiebbar. Somit können Längenänderungen infolge von Wärmeausdehnung oder Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.
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| − | Verwendung finden hier meisst zerlegbare Lager die ein axiales Verschieben zulassen wie z.B. Nadel oder Zylinderrollenlager.
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| − | [[Bild:Fest-Loslager.JPG|Fest-Loslager-Anordnung]]
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| − | ==== Stützlagerung ====
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| − | Hier teilt sich die Radialkraft wie bei der Fest-Los-Lagerung auf beide Lager auf. Beide Lager nehmen jedoch Axialkräfte in einer Richtung auf.
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| − | Unterschieden wird bei dieser Anordnung noch in schwimmende und angestellte Lagerung.
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| − | ===== Schwimmende Lagerung =====
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| − | Diese Anordnung hat den Vorteil besonders Fertigungsgünstig zu sein, und wird verwendet, wenn keine enge axiale Führung der Welle gefordert ist.
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| − | Man verwendet für diese Anordnung zwei selbsthaltende Lager wie beispielsweise das Rillenkugellager, die dann spiegelbildlich so gesichert werden, dass beide Lager ein vorher unter konstruktiven Gesichtspunkten festgelegtes Axialspiel in je eine Richtung zulassen.
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| − | Erreicht wird dies durch eine Spielpassung am punktbelasteten Ring.
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| − | [[Bild:SchwimmendeLagerung.JPG|Zwei Möglichkeiten der schwimmenden Lagerung]]
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| − | ===== Angestellte Lagerung =====
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| − | Hierbei werden zwei Schrägkugellager oder zwei Kegelrollenlager spiegelbildlich zueinander angeordnet und durch eine verstellbare Begrenzung ( z.B. eine Mutter) auf das benötigte Spiel oder die benötigte Vorspannung eingestellt (angestellt). Die Einstellmutter ist nach erfolgter Einstellung mit geeigneten Sicherungselementen zu fixieren.
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| − | Die vorgespannte Einstellung findet häufig Verwendung in Radnabenlagerungen oder Spindellagerungen von Werkzeugmaschinen.
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| − | Die Anstellung kann in X- oder O-Anordnung erfolgen, wobei die O-Anordnung sich durch ein geringeres Kippspiel auszeichnet.
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| − | [[Bild:AngestellteLagerung.JPG|Zwei Arten der angestellten Lagerung]]
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| − | Hinter diesem Link verbirgt sich eine Tabelle über mögliche Lageranordnungen und deren Aufgabe.
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| − | [[Media:Lageranordnung.pdf|Tabelle Lageranordnung]]
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| − | ==Wälzlagerschmierung==
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| − | Um den Verschleiß eines Lagers herabzusetzen wird dieses mit einem geeigneten Medium geschmiert. Das Schmiermittel verhindert den direkten Kontakt zwischen den Laufflächen und den Wälzkörpern und mindert somit die Reibung. Es hat ausserdem die Aufgabe das Lager vor [[Korrosion]] zu schützen. Man unterscheidet 3 Arten von Schmiermethoden.
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| − | ===Fettschmierung===
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| − | Die Fettschmierung ist die meisst einfachste und kostengünstigste Art der Lagerschmierung und kann auch in hohen Drehzahlbereichen eingesetzt werden. Das zu verwendende Fett richtet sich nach der Betriebstemperatur des Lagers und den Umgebungseinflüssen wie z.B.: die Gefahr von Wasser eintritt in die Lagerstelle. Es gibt Lagerungen bei denen die Haltbarkeit des Fettes die zu erwartende Lebensdauer des Wälzlagers übertrifft. Diese Lager werden nach dem Befüllen durch den Hersteller mit Dichtscheiben verschlossen.
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| − | *'''Vorteile:'''
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| − | *konstruktiv einfache und kostengünstige Lösung
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| − | *Abdichtung gegen das Eindringen von Schmutz
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| − | *einmalige Fettung kann auf Lebenszeit reichen (Dauerschmierung)
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| − | *Laufgeräusche können gedämpft werden
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| − | *'''Nachteile:'''
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| − | *zu hohe Fettmengen in der Lagerung erhöhen die Reibung (Verschleiß)
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| − | *eventueller Abrieb in der Lagerung wird nicht aus der Lagerung entfernt
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| − | *keine Wärmeabfuhr
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| − | ===Ölschmierung===
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| − | Es gibt konstruktiv mehrere Möglichkeiten eine Ölschmierung auszuführen welche sich nach Betriebsdrehzahl, Temperatur und Belastung richten. Im allgemeinen findet sie Anwendung, wenn diese Kriterien eine Fettschmierung nicht mehr zulassen oder benachbarte Baugruppen wie Getrieberäder eine Ölschmierung erfordern.
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| − | *'''Vorteile:'''
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| − | *hohe Wärmeabfuhr möglich
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| − | *Betriebstemperatur kann geregelt werden
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| − | *geringe Anlaufreibung
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| − | *'''Nachteile:'''
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| − | *konstruktiv meisst Aufwendig
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| − | *die Lagerung oder Baugruppe muss gegen Ölaustritt abgedichtet werden
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| − | *wartungsaufwendig durch Öl- und Filterwechsel
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| − | *Schmierungsausfall bei geförderten Ölen durch Pumpenausfall möglich
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| − | ===Feststoffschmierung===
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| − | Feststoffschmierung wird nur in Sonderfällen eingesetzt, wo durch die Betriebsbedingungen eine andere Schmierung nicht zulässig wäre.
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| − | Als Schmierstoffe finden hier Graphit, Molybdänsulfid (MOLYKOTE) oder Polytetraflourethylen (TEFLON) Verwendung.
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| − | ==Formeln zur Berechnung und Auslegung von Wälzlagern==
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| − | Im allgemeinen bestimmen die Anforderungen an Tragfähigkeit, Lebensdauer und Betriebssicherheit die Auswahl der Lagerart und Größe.
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| − | Bei den Berechnungen wird immer vom Betriebsverhalten ausgegangen.
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| − | Desweiteren gilt ein Wälzlager als statisch Beansprucht wenn:
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| − | *die Drehzahl <10min<sup>-1</sup>
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| − | *es unter der Last stillsteht
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| − | *es nur geringe Pendelbewegungen ausführt
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| − | Für alle anderen Fälle gilt die Lagerung als dynamisch belastet.
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| − | ===Vorauswahl der Lagergröße===
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| − | Bei nur statischer Belastung berechnet man die erforderliche statische Tragzahl C<sub>0</sub>.
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| − | *siehe hierzu:
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| − | *RM TB: S. 125- 127 TB 14-2 statische Tragzahl C<sub>0</sub>
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| − | *RM FS: S. 169 Richtwerte für fs
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| − | '''C<sub>0</sub>= P<sub>0</sub>*f<sub>s</sub>'''
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| − | *P<sub>0</sub> statische Lagerbelastung in kN
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| − | *f<sub>s</sub> statische Kennzahl
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| − | Bei dynamischer Belastung verwendet man die erforderliche dynamische Tragzahl C<sub>erf</sub> .
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| − | *siehe hierzu:
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| − | *RM TB: S. 125- 127 TB 14-2 dynamische Tragzahl C<sub>erf</sub>
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| − | *RM TB: S. 129 TB 14-4 Drehzahlfaktor f<sub>n</sub> für Wälzlager
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| − | *RM TB: S. 129 TB 14-7 anzustrebende f<sub>L</sub> Werte
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| − | '''C<sub>erf</sub>>= P * f<sub>L</sub> /f<sub>n</sub>'''
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| − | *P dynamische Lagerbelastung
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| − | *f<sub>L</sub> dynamische Kennzahl (Lebensdauerfaktor)
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| − | *f<sub>n</sub> Drehzahlfaktor
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| − | '''
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| − | Alternativ:'''
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| − | Formeln zu f<sub>n</sub> und f<sub>L</sub> in RM FS S.171 oder RM TB 14-4/5
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| − | ===Äquivalente Lagerbelastung===
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| − | Hier wird bei Radiallagern von einer reinen Radialbelastung und bei Axiallagern von reiner Axialbelastung ausgegangen. Die errechnete Belastung P<sub>0</sub> ist genau so groß, wie die im Betrieb gemeinsam auftretenden Belastungsfälle.
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| − | *siehe hierzu:
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| − | *RM TB: S. 128 TB 14-3a/b statische/ dynamische Radialfaktoren und Axialfaktoren
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| − | *Statisch Äquivalent:
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| − | '''P<sub>0</sub>= X<sub>0</sub> * F<sub>r0</sub> + Y<sub>0</sub> * F<sub>a0</sub>'''
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| − | *Dynamisch Äquivalent:
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| − | '''P= X * F<sub>r</sub> + Y * F<sub>a</sub>'''
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| − | *F<sub>r0</sub> / F<sub>r</sub> statische/ dynamische radiale Lagerkraft
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| − | *F<sub>a0</sub> / F<sub>a</sub> statische/ dynamische axiale Lagerkraft
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| − | *X<sub>0</sub> / X statischer/ dynamischer Radialfaktor
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| − | *Y<sub>0</sub>/ Y statischer/ dynamischer Axialfaktor
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| − | ===Berechnung der zu erwartenden Lebensdauer===
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| − | Gleiche Wälzlager haben selbst bei identischen Betriebsbedingungen unterschiedliche zu erwartende Lebenszeiten (durch Laborversuche ermittelt).
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| − | Deswegen können nur sehr wahrscheinliche Aussagen über die zu erwartende Lebenszeit getroffen werden. Die dazu verwendete Formel, geht davon aus, dass über 90% einer größeren Menge gleicher Lager die errechnete Zeit erreichen oder überschreiten. Statistisch fallen ca. 10% vorher aus.
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| − | '''L<sub>10</sub>= ( C/ P)<sup>p</sup>'''
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| − | oder:
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| − | '''L<sub>10h</sub>= 10<sup>6</sup>*L<sub>10</sub> / 60*n'''
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| − | *L<sub>10</sub> nominelle Lebensdauer in 10<sup>6</sup> Umdrehungen
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| − | *L<sub>10h</sub> nominelle Lebensdauer in h Stunden
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| − | *p Lebensdauerexponent Kugellager p=3; Rollenlager p= 10/3
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| − | *n Drehzahl des Lagers
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| − | '''Alternativ:'''
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| − | Berechnung über die dynamische Kennzahl und RM TB 14-5
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| − | '''f<sub>L</sub>= C / P*f<sub>n</sub>'''
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| − | ==Übungsaufgabe zur nominellen Lebenserwartung eines Wälzlagers==
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| − | *Aufgabenstellung:
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| − | Es ist zu prüfen ob ein dynamisch belastetes Rillenkugellager(DIN 625) 6209 (Lagerreihe 62; Bohrungskennzahl 09) bei einer Radialkraft F<sub>r</sub> von 5kN, einer Axialkraft F<sub>a</sub> von 2kN und einer konstanten Drehzahl von 250min<sup>-1</sup> eine gewünschte Lebensdauer von mindestens 10000h erreicht.
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| − | *Hier geht´s zur[[Wälzlagerungen lösung | Lösung]]
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| − | == Links zu Wälzlagern ==
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| − | *[http://www.vdmarkt.com/emarket/jsp/companies/Category_jsp/language/de/selectedCategoryId/CS@VDMA@CT@C3/contextId/comp/marketId/ant/layoutId/ant/state/0/startIndex/0/numberOfObjects/10/index.html;jsessionid=9D68D4EFAB784E77520FB22AEC9A8568 VDMA-Lagerhersteller Übersicht und Links]
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| − | *[http://www.ima.uni-stuttgart.de/studium/wlt/download/waelzlagerkurzzeichen.pdf Präsentation über Wälzlager von Fa. INA/FAG]
| |
| − | *[http://www.skf.com/files/152250.pdf Präsentation über Wälzlager von Fa. SKF]
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| − | *[http://www.uni-duisburg-essen.de/imperia/md/content/kkm/ueb_kliii_1_p.pdf Berechnungen '''ohne''' Lösung]
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| | | | |
| | + | =Quellenangaben= |
| | | | |
| | + | *Roloff/ Matek: Maschinenelemente, 18. Auflage, Vieweg Verlag, ISBN 978-3-8348-0262-0 |
| | + | *Roloff/ Matek: Maschinenelemente/ Formelsammlung, 8. Auflage, Vieweg Verlag, ISBN 978-3-8348-0119-7 |
| | + | *Eschmann, Hasbargen, Weigand: Die Wälzlagerpraxis, 2. Auflage 1978, R. Oldenbourg Verlag, ISBN 3-486-31102-6 |
| | + | *Europa Lehrmittel: Tabellenbuch Metall, 43. Auflage 2005, Verlag Europa Lehrmittel, ISBN 3-8085-1723-9 |
| | + | *Arvid Palmgren: Grundlagen der Wälzlagertechnik, 3. Auflage 1964, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart |
| | + | *W. Hampp: Wälzlagerungen, Springer Verlag 1968 |
| | | | |
| | [[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]] | | [[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]] |
| − | --[[Benutzer:P.Wiltschek|P.Wiltschek]] 10:07, 5. Nov 2005 (CET)
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Ein Wälzlager gilt als nur statisch beansprucht, wenn es unter einer Belastung stillsteht, kleine Pendelbewegungen ausführt oder sich mit einer Drehzahl von weniger als 10-1 dreht.
