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Wälzlager und Wälzlagerungen

• 30.10.10
  Marco
  Ruschmeyer

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Übersicht

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

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Definition von Wälzlager

• Wälzlager sind Lager, bei denen zwei zueinander
  bewegliche Komponenten (Innenring sowie
  Außenring) durch rollende Körper getrennt sind.
  Sie dienen als Fest- oder Loslager zur Fixierung
  von Achsen und Wellen.

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Anwendungsbereiche von Wälzlagern

• Wälzlager werden bevorzugt für
• 1. möglichst wartungsfreie und betriebssichere
  Lagerungen bei normalen Anforderungen
• 2. Lagerungen, die aus dem Stillstand und bei
  kleinen Drehzahlen und hohen Belastungen
  reibungsarm arbeiten sollen, sowie bei sich
  ändernden Drehzahlen

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Aufgaben und Wirkprinzip der Lager

• Lager sollen dreh-(bewegliche) Teile in Maschinen
  und Geräten
• - abstützen,
• - führen
• - und wirkende äußere Kräfte
• ( quer, längs und/oder schräg zur
  Bewegungsachse) aufnehmen
• Wellen u. Achsen möglichst zweifach lagern, damit
  die Reaktionskräfte statisch bestimmbar sind

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(No Transcript)
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Vor- und Nachteile von Wälzlagern

• Vorteile
• 1. geringe Reibung (Anlaufmoment kaum größer als
  das Betriebsmoment durch kleine
  Berührungsflächen), daher geringe
  Wärmeentwicklung
• 2. kein Ruckgleiten (Stick-Slip-Effekt)
• 3. geringer Schmierstoffverbrauch
• 4. kaum Pflege und Wartung notwendig
• 5. gute Normung und Bemessungsgrundlagen,
  deswegen gut austauschbar
• 6. keine Einlaufzeit notwendig
• Nachteile
• 1. bei Stillstand und geringer Drehzahl
  empfindlich gegen Stöße und Erschütterungen
• 2. begrenzte Höchstdrehzahl und Lebensdauer
• 3. Verschmutzungsempfindlichkeit
• 4. aufwendige Bauweise im Vergleich zu
  Gleitlagern
• 5. höhere Geräuschentwicklung gegenüber
  Gleitlagern

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Die Lagerluft

• Die Lagerluft hat allgemein Auswirkungen auf
  die Geräuschentwicklung, Vibrationen,
  Wärmeentwicklung und Lebensdauer.
  Die axiale Lagerluft ist
  8,5-10 fach so groß wie die radiale Lagerluft
  (bei
  normaler Lagerluft/Kugellagern).
• Die Lagerluft ist gewollt, denn sie soll
• bei zu festem Einbau den optimalen Abstand der
  Wälzkörper zu Innen- und Außenring bewahren.
• bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Innen-
  und Außenrings ebenfalls einen ausreichenden
  Abstand behalten.

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durch Lagerluft
C2 Luftgruppe Radiale Lagerluft kleiner als normal
C3 Luftgruppe Radiale Lagerluft ist größer als normal. Aus Bestand ist C3 für viele Typen lieferbar. Anwendung z.B. bei stark erwärmtem Lager, für das wg. Wärmedehnung ein noch ausreichendes Spiel im Betrieb nötig ist. Bei kleinen Rillenkugellagern bedeutet C3 etwa 1/100 mm höhere Lagerluft.
C4 Luftgruppe Radiale Lagerluft noch größer als C3. Falls in C4 nicht lieferbar, können Lager ggf. auf C4 umgeschliffen werden.
CN Lagerluft normal
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Schmierungsarten

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

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Bezeichnung von Wälzlagern

• Rillenkugellager (DIN 625)
• Schrägkugellager (DIN 628)
• Schulterkugellager (DIN 615)
• Pendelkugellager (DIN 630)
• Axialrillenkugellager (DIN 711, 715)
• Zylinderrollenlager (DIN 5412)
• Kegelrollenlager (DIN 720)
• Tonnen- und Pendelrollenlager (DIN 635)
• Axial- Pendelrollenlager (DIN 728)

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• Bei der Bezeichnung der Bohrung
  (Bohrungskennzahl- BKZ) gibt es noch folgendes zu
  Beachten
• Die Bohrungskennzahlen 00, 01, 02 und 03
  entsprechen in Reihenfolge den Bohrungsdurchmesser
  n 10, 12, 15 und 17 mm.
• Für die Bohrungsdurchmesser 20 bis 480 mm
  errechnet sich die Bohrungskennzahl wie folgt
  Durchmesser der Bohrung geteilt durch 5 (bis
  Durchmesser 45 mm wird vor die Bohrungskennzahl
  eine 0 gesetzt).
• Die Bohrungsdurchmesser 0,9 bis 9 mm werden
  unmittelbar an das Zeichen der Lagerreihe
  angefügt.
• Die Bohrungsdurchmesser 22, 28, 32 und größer als
  500 mm werden durch Schrägstrich getrennt an das
  Zeichen der Lagerreihe angefügt.

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(No Transcript)
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Übung zur Wälzlagerbezeichnung

• 1.
• 1a) Nennen Sie die Bezeichnung für ein Lager der
  Lagerart 3, aus nicht rostendem
• Stahl, Breitenreihe 0, Durchmesserreihe 3,
  Bohrungskennzahl 15.
• Lösung Kegelrollenlager DIN 720 S 30315
• 1b) Nennen Sie den dazugehörigen Innen- und
  Außendurchmesser, sowie die Breite T des Lagers.
• Lösung d 75mm , D 160mm , T 40mm
• 2.Entschlüsseln Sie die Bezeichnung 22215 C2
• Lösung Pendelrollenlager DIN 635 , Lagerart 2,
  Breitenreihe 2, Durchmesserreihe 2, BKZ 15, C2
  verringerte Lagerluft, d75mm, D130, B31

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Auswahl der Wälzlager
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(No Transcript)
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• Rillenkugellager
• - vielseitig einsetzbar deshalb werden sie immer
  als erste Wahl genommen.
• - einfach im Aufbau
• - für hohe bis sehr hohe Drehzahlen geeignet
• - unempfindlich in Betrieb und Wartung
• - Tiefe Laufrillen u. enge Schmiegung (dadurch
  Radial- und Axialbelastung
• 
  gleichzeitig möglich)
• - am häufigsten verwendetes Lager
• - Schiefstellung 2-10 Winkelminuten
  (0,03-0,167)
• - Druckwinkel 0- 45

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• Schrägkugellager
• - Lager für kombinierte Belastungen
• - axiale Tragfähigkeit nimmt mit der Größe des
  Berührungswinkels zu
• - Berührungswinkel 40
• - Druckwinkel 15- 45
• - axiale Tragfähigkeit nur in eine Richtung außer
  bei O- und X-Anordnung

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• Pendelkugellager
• - hohlkugelige gemeinsame Laufbahn im
  Außenring, dadurch sind Schiefstellung je nach
  Lagerreihe von 1,5-3 möglich.
• - Pendelkugellager weisen die kleinste Reibung
  unter allen Lagern auf.
• - Pendelkugellager gibt es mit zyl. und
  kegeliger Bohrung.
• Zylinderrollenlager
• - verschiedene Ausführungen an den Innen- und
  Außenringen
• - Schiefstellung 3-4 Winkelminuten
• - zwang freie axiale Verschiebbarkeit

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• Kegelrollenlager
• radiale- und axiale Belastung möglich
• Je größer der Berührungswinkel desto höhere
  Axialbelastung
• mit zyl. u keg. Bohrung sowie Metr. u.
  Zollabmessungen erhältlich.
• Pendelrollenlager
• - das Pendelrollenlager hat eine höhere radiale
  Belastbarkeit als das Pendelkugellager aufgrund
  der höheren Auflagefläche der Wälzkörper

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(No Transcript)
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• CARB Toroidalrollenlager
• Es vereinigt die Winkelbeweglichkeit des
  Pendelrollenlagers mit der zwangfreien axialen
  Verschiebbarkeit des Zylinderrollenlagers.
• Es bietet den Vorteil der kompakten Bauweise.
  Sehr großen Belastungsbereich, dadurch kl. u.
  leichtere Lagerungen bei gleicher Belastung
  möglich.
• für Loslagerungen bestimmt
• kann Schiefstellung und Axialverschiebungen
  gleichzeitig ausgleichen
• Das Lager kann Größe, Gewicht und Herstellkosten
  von Maschinen reduzieren.
• Die Lagerluft ist einstellbar.
• Axialschwingungen der Welle werden nicht ins
  Gehäuse übertragen.
• Laufbahnprofile stellen gute Spannungsverteilung
  im Lager und reibungsarmen Lauf sicher.
• haben selbsteinstellende Eigenschaften.
• sehr teuer
• RK60,
• ZR130,
• CARB 230

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(No Transcript)
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• Axial-Rillenkugellager und Axial-Zylinderrollenlag
  er
• einseitig wirkend
• keine radiale Belastung zulässig
• Schiefstellung wird ermöglicht durch kugelig
  ausgeführter Gehäusescheibe
• Zweireihige Lager sind beidseitig wirkend
• Axial-Zylinderrollenlager sind stoßunempfindlicher
  und steifer bei relativ geringen axialem
  Platzbedarf.

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• Lagergehäuseeinheiten
• Stehlager ermöglichen
  und gleichen
  Fluchtungs-
• einfache Montage und
  und Winkelfehler
  aus.
• Demontage
• 
  
• Flanschlager haben
• viele Vorteile in der
• Konstruktion, Fertigung
• Montage und Wartung
• großer elektrischer
• Maschinen.

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• Kugelbuchsen

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Wichtige Kriterien für den Entwurf der Lagerung

• Lagerart und Lageranordnung
• Schiebbarkeit
• Lagerbelastung P X
  Fr Y Fa RM TB 14-3
• (Ermittlung ob Punkt-
  RM FS 14.9
• oder Umfangslast vorliegt).
  RM ME S.501
• Tragfähigkeit, Steifigkeit
• nominelle Lebensdauer
• Lio (C/P)? oder Lioh
  10 Lio / 60 n RM FS 14.5
• Drehzahl / Drehzahlfaktor fn nach TB
  14-4 fn ? 0,5
• 
  f? C/Pfn RM FS
  14.6
• Reibung
• Schmierung und Abdichtung

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(No Transcript)
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Punkt- und Umfangslast

• Punktlast Ring steht relativ zur Lastrichtung
  still
• Umfangslast Der Ring läuft relativ zur
  Lastrichtung um, d.h. während einer Umdrehung
  wird der ganze Umfang des Ringes belastet.
• Ring mit UL würde bei losem Sitz wandern. Dies
  kann zu Beschädigung der Sitzflächen führen.

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Formeln
RM FS 14.1
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Berechnungsaufgabe

• geg. Radialkraft Fr 5 KN
• Axialkraft Fa 2 KN
• Drehzahl n 250 min ?
• Rillenkugellager Lagerreihe 62,
  Bohrungskennzahl 09
• dynamische Tragzahl nach RM TB 14-2
  C
• statische Tragzahl nach RM TB 14-2
  C?
• ges. Äquivalente Lagerbelastung P
• 
  
  Formeln Fa/C? in TB 14-3
• 
  
  Fa/Fr in TB 14-3
• 
  
  P X Fr Y Fa
• ges. die nominelle Lebensdauer Lioh
  
• geg. ? 3 für Kugellager
• 
  
  Lioh 10 Lio / 60 n
• 
  
  Lio (C/P)?
  

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Berechnungsaufgabe
ges. geeignete Wälzlager
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit