Die Gestaltung von Wälzlagerungen - · PDF file27 Stirnradgetriebe für ein Reversier- ... die Anforderungen nach DIN 43283 „Zylinderrollenlager für elektrische Maschinen in Elektrofahrzeugen“

Die Gestaltung von Wälzlagerungen

Konstruktionsbeispiele aus dem Maschinen-, Fahrzeug- und Gerätebau

Die Gestaltung vonWälzlagerungen

Konstruktionsbeispiele aus dem Maschinen-, Fahrzeug- und Gerätebau

Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

Vorwort

Diese Broschüre enthält Konstruktionsbeispiele fürverschiedene Maschinen, Fahrzeuge und Geräte. DieBeispiele haben eines gemeinsam: Wälzlager.

Deshalb stehen auch die lagerungstechnischen Fragenim Mittelpunkt der kurzen Texte. Von der Arbeits-weise der Maschine schließt man auf die Betriebs-bedingungen. Daraus ergeben sich dann die geeigneteBauart und Ausführung, die Größe und Anordnungder Wälzlager, die Passung, Schmierung und Abdich-tung.

Wichtige, in der Wälzlagertechnik gebräuchliche Begriffe sind kursiv gedruckt. Sie sind am Schluß in einem Stichwortverzeichnis zusammengefaßt und erläutert, zum Teil mit Hilfe von Skizzen.

FAG 2

Inhalt

Beispiel Titel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Seite

KRAFTMASCHINEN, ELEKTRO-MOTOREN

1 Fahrmotor einer elektrischen Universallokomotive . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Fahrmotor eines elektrischen Nahverkehrs-Triebzugs . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Drehstrom-Normmotor . . . . . . . . . . . . . . 104 Elektromotor für ein Haushaltsgerät . . . . 115 Trommel einer Haushaltswaschmaschine . 126 Vertikal-Pumpenmotor . . . . . . . . . . . . . . 147 Grubenlüftermotor . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

ENERGIETECHNIK8 Rotor einer Windenergieanlage . . . . . . . . 18

METALLBEARBEITUNGS-MASCHINENHauptspindeln von Werkzeugmaschinen 20

9 Bohr- und Frässpindel . . . . . . . . . . . . . . . 2110 Hauptspindel einer NC-Drehmaschine . . 2211 Hauptspindel einer CNC-Drehmaschine . 2312 Kurzbohrspindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2413 Hochgeschwindigkeits-Motorfrässpindel . 2514 Motorspindel einer Drehmaschine . . . . . . 2615 Vertikal-Schnellauf-Frässpindel . . . . . . . . 2716 Bohrungsschleifspindel . . . . . . . . . . . . . . 2817 Außenrundschleifspindel . . . . . . . . . . . . . 2918 Flächenschleifspindel . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Weitere Lagerungen

19 Rundtisch einer Senkrecht-Drehmaschine 3120 Reitstockspindel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3221 Drehschälmaschine für Rundstangen

und Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3322 Schwungrad einer Karosseriepresse . . . . . . 34

BEARBEITUNGSMASCHINEN FÜR NICHTMETALLISCHE WERKSTOFFE

23 Spindel einer Tischfräse . . . . . . . . . . . . . . 3624 Doppelwellen-Kreissäge . . . . . . . . . . . . . . 3725 Walzen eines Kunststoffkalanders . . . . . . . 38

STATIONÄRE GETRIEBE26 Stufenlos regelbares Getriebe . . . . . . . . . . 4027 Stirnradgetriebe für ein Reversier-

Walzgerüst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4128 Schiffsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4229 Kegelrad-Stirnradgetriebe . . . . . . . . . . . . . 4530 Zweistufiges Stirnradgetriebe . . . . . . . . . . 4631 Schneckengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47


KRAFTFAHRZEUGESchaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

32 Pkw-Schaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5033 Lkw-Schaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Achsantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

34 Pkw-Hinterachsantrieb . . . . . . . . . . . . . . 53

Räder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

35 Angetriebenes und gelenktes Vorderradeines Pkw mit Frontantrieb . . . . . . . . . . . 55

36 Angetriebenes und nicht gelenktes Hinterrad eines Pkw mit Heckantrieb . . . 56

37 Angetriebenes und nicht gelenktes Hinterrad eines Lkw mit Heckantrieb . . . 57

38 Lkw-Lenkzapfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5839 Federbein für Pkw-Vorderachse . . . . . . . . 59

Weitere Lagerungen

40 Wasserpumpe für Pkw- und Lkw-Motoren 6041 Riemenspannrolle für Pkw-Motoren . . . . 61

SCHIENENFAHRZEUGERadsätze

42 Radsatzlager eines IC-Reisezugwagens . . . 6243-44 UIC-Radsatzlager für Güterwagen . . . . . . 64

45 Radsatzlager der Drehstrom-LokomotiveBaureihe 120 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

46 Radsatzlager des ICE-Triebkopfes . . . . . . 6747 Radsatzlager der Kanaltunnel-

Frachtlokomotive Class 92 . . . . . . . . . . . . 6848 Radsatzlager einer U-Bahn . . . . . . . . . . . . 7049 Radsatzlager einer Stadtbahn . . . . . . . . . . 7150 Radsatzlager nach AAR-Standard

und abgewandelte Formen . . . . . . . . . . . . 7251 Radsatzlager von Kalksandstein-

Härtewagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Antriebe

52 Kardanhohlwellenantrieb für Drehstrom-Lokomotive Baureihe 120 . . . . . . . . . . . . 74

53 Tatzrollenlagerung für elektrische Güterzuglok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

54 Stirnradgetriebe für U-Bahn . . . . . . . . . . . 7655 Kegelradgetriebe für U- und Stadtbahnen 78

3 FAG

Inhalt


SCHIFFBAUSchiffsruder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

56-57 Pendelrollenlager als Ruderlager . . . . . . . . 8058-59 Axial-Pendelrollenlager als

Rudertraglager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8160 Spatenruder (Schweberuder) . . . . . . . . . . 82

Schiffswellen

61-62 Schiffswellenlauflager und Stevenrohr-lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

63-64 Schiffsdrucklager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

PAPIERMASCHINEN65 Refiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9066 Siebsaugwalze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9267 Zentral-Preßwalze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9368 Trockenzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9469 Leitwalze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9670 Kalander-Thermowalze . . . . . . . . . . . . . . 9871 Durchbiegungs-Ausgleichswalze . . . . . . . 10072 Breitstreckwalze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

HEBEZEUGE UND FÖRDERMITTELSeilbahnen, Seilscheiben

73 Laufrad einer Material-Seilbahn . . . . . . . 10274 Seil-Umlenkscheiben einer Bergbahn . . . 10475 Förderseilscheibe (Bergbau) . . . . . . . . . . 10676 Seilrolle einer Hakenflasche . . . . . . . . . . 108

Krane, Stapler

77 Kransäulenlagerung mit einemAxial-Pendelrollenlager . . . . . . . . . . . . . . 110

78 Kransäulenlagerung mit einem Axial-und einem Radial-Pendelrollenlager . . . . 111

79 Laufrollenlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . 11280 Kranlaufrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11481 Lasthaken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11682 Hubmastführung eines Gabelstaplers . . . 117

Gurtförderanlagen

83 Antriebstrommel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11884 Innenlagerung der Spann-

Umlenktrommel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12085 Starr angeordnete Tragrollen . . . . . . . . . . 12286 Tragrollengirlande . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Bagger und Becherwerke

87 Schaufelradwelle eines Schaufelradbaggers 12488 Unterturas eines Eimerkettenbaggers . . . 12589 Antrieb eines Fertiggutelevators . . . . . . . 126


BAUMASCHINEN90 Antriebsachse einer Baumaschine . . . . . . 12791 Vibrations-Straßenwalze . . . . . . . . . . . . . 128

ROHSTOFFAUFBEREITUNGBrecher und Mühlen

92 Zugstangenbrecher . . . . . . . . . . . . . . . . . 13093 Hammermühle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13194 Doppelwellen-Hammerbrecher . . . . . . . 13295 Kugel-Rohrmühle . . . . . . . . . . . . . . . . . 13496 Laufrolle eines Drehofens . . . . . . . . . . . . 136

Schwingmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . 138

97 Freischwinger mit kreisförmigerSchwingbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

98 Freischwinger mit linearer Schwingbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

99 Exzentersieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142100 Vibrationsmotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

HÜTTEN- UND WALZWERKS-EINRICHTUNGEN

101-103 Großkonverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144104 Walzen eines Quarto-Einweg-

Kaltwalzgerüstes für Aluminium . . . . . . 146105 Arbeitswalzen der Fertigstaffel einer

Quarto-Warmbreitbandstraße . . . . . . . . 148106 Walzen eines Duo-Block-Brammen-

Gerüstes oder Block-Knüppelgerüstes . . 149107 Kombiniertes Untersetzungs- und

Kammwalzengetriebe einer Knüppelstraße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

108 Arbeitswalzen einer Profilstraße . . . . . . . 152109 Duo-Walzen eines Dressiergerüstes

für Kupfer- und Messingbänder . . . . . . . 154110 Richtrollen einer Schienen-

Richtmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

LANDMASCHINEN · NAHRUNGS- UND GENUSSMITTELINDUSTRIE

111 Scheibenpflug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158112 Plansichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

DRUCKMASCHINEN . . . . . . . . . . . . 162

113 Druckzylinder einer Zeitungsrotationsmaschine . . . . . . . . . . 162

114 Gummizylinder einerBogen-Offset-Druckmaschine . . . . . . . . 164

FAG 4

Inhalt


PUMPEN115 Kreiselpumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

116-117 Axialkolbenmaschinen . . . . . . . . . . . . . . 166

VENTILATOREN, KOMPRESSOREN, GEBLÄSE, LÜFTER

118 Saugzuggebläse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169119 Heißgasventilator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170120 Frischluftgebläse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

FEINMECHANIK, OPTIK, ANTENNEN

121 Optisches Teleskop . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Radioteleskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

122 Elevationsachse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175123 Azimutachse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176124 Datenrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

STICHWORTVERZEICHNIS . . . . . . 178

5 FAG

1 Fahrmotor einer elektrischen Universallokomotive

Technische Daten

Frequenzumrichtergespeister Drehstrommotor.Nennleistung 1 400 kW, maximale Drehzahl 4 300 min–1 (Höchstgeschwindigkeit bei normaler Getriebeübersetzung 200 km/h). Antrieb einseitig mitpfeilverzahntem Ritzel.

Lagerwahl, Dimensionierung

Zur Ermittlung der Lagerbeanspruchung benutzt manein Lastkollektiv, das repräsentative Lastfälle für Motor-drehmomente, Drehzahlen und Zeitanteile enthält.

Lastfall Md n qN m min–1 %

1 6720 1056 22 2240 1690 343 1920 2324 184 3200 2746 425 2240 4225 6

Aus dem Lastkollektiv werden die mittleren Drehzah-len mit 2 387 min-1 und die mittlere Fahrgeschwin-digkeit mit 111 km/h ermittelt. Bei jedem der Lastfälleist für die Vor- und Rückwärtsfahrt (Zeitanteil je 50 %) die Zahnkraft am Ritzel und die Reaktionskräfteder Lager zu berechnen.Zusätzlich zu diesen Kräften werden die Lager durchdas Läufergewicht, den einseitigen magnetischen Zugsowie durch Unwuchtkräfte und Fahrstöße belastet.Da von diesen Kräften nur die Gewichtskraft des Läu-fers GL bekannt ist, wird diese – je nach Art der Motor-aufhängung – mit einem Zuschlagfaktor fz = 1,5...2,5multipliziert. Mit dieser fiktiven Gewichtskraft ermit-telt man die Lagerkräfte. Bei dem hier gezeigten Fahr-motor, der voll abgefedert im Drehgestell aufgehängtist, wird fz = 1,5 gesetzt.Die Lagerkräfte aus dem Gewicht und dem Antrieb ergeben, geometrisch addiert, die resultierende Lager-belastung.Betrachtet wird bei diesem Beispiel nur das kritischegetriebeseitige Lager. Unter Berücksichtigung der Betriebsviskosität � des Getriebeöls bei 120 °C, der Bezugsviskosität �1, der Bestimmungsgrößen K1 und K2wird für jeden Lastfall die erreichbare LebensdauerLhna1...5 nach der Formel Lhna = a1 · a23 · Lh [h] ermit-telt. Der Basiswert a23II bewegt sich dabei zwischen 0,8und 3. Der Sauberkeitsfaktor s wird mit 1 angenom-men. Lhna ergibt sich dann aus der Formel:

Lhna = 100 q1 +

q2 + q3 + ...

Lhna1 Lhna2 Lhna3

FAG 6

Bei der Lagerwahl ist zu beachten, daß die nominelleLaufleistung erreicht wird, wobei das Lager auf derAntriebsseite wegen der hohen Drehzahl aber nicht zugroß werden darf. Mit den gewählten Lagern wird dieKundenforderung nach einer rechnerischen Lauflei-stung von 2,5 Millionen Kilometern erfüllt.

Eingebaut sind die Zylinderrollenlager FAGNU322E.TVP2.C5.F1 als Loslager auf der Antriebs-seite; ein FAG 566513 mit Winkelring HJ318E.F1 alsFestlager. Das Zylinderrollenlager FAG 566513 ist einNJ318E.TVP2.P64.F1, jedoch mit einem 6 mm brei-teren Innenring. Das dadurch ermöglichte Axialspielvon 6 mm wird benötigt, damit sich die Pfeilverzah-nung am Ritzel frei einstellen kann.

Die Nachsetzzeichen bedeuten:

E verstärkte AusführungTVP2 Massivkäfig aus glasfaserverstärktem

Polyamid, rollkörpergeführtC5 Radialluft größer als C4F1 FAG Fertigungs- und Kontrollvorschrift für

Zylinderrollenlager in Fahrmotoren, die u. a. die Anforderungen nach DIN 43283„Zylinderrollenlager für elektrische Maschinen in Elektrofahrzeugen“ berücksichtigt.

P64 Toleranzklasse P6, Radialluft C4

Bearbeitungstoleranzen

Antriebsseite: Welle r5; Schildbohrung M6Gegenseite: Welle n5; Schildbohrung M6

Auf der Welle werden wegen der hohen, zum Teil stoßartigen Belastung stramme Sitze gewählt. DieseMaßnahme mindert besonders auf der Antriebsseitedie Gefährdung durch Passungsrost.

Lagerluft

Wegen der festen Passungen weitet sich der Lagerin-nenring auf, und der Außenring mit dem Rollenkranzwird eingeschnürt. Somit wird die Radialluft des Lagers nach dem Einbau kleiner. Sie wird im Betriebnoch weiter vermindert, da sich der Innenring stärkererwärmt als der Außenring. Deshalb werden die Lagermit vergrößerter Radialluft (C4…C5) eingebaut.

Schmierung, Abdichtung

Das Lager auf der Antriebsseite wird wegen der hohenDrehzahlen mit dem Getriebeöl ISO VG 320 mit EP-Zusätzen geschmiert. Die Abdichtung zwischen Ritzelund Lager entfällt, weshalb der Kragarm kürzer unddamit die Lagerbelastung niedriger wird. Spritzkantenund Ölfangrillen verhindern das Austreten des Öls zurWicklung hin.

Die Lager auf der Gegenseite werden mit einem Lithiumseifenfett der NLGI-Konsistenzklasse 3 (FAGWälzlagerfett Arcanol L71V) geschmiert. Eine Nach-schmierung erfolgt nach 400 000 Kilometern, läng-stens jedoch nach 5 Jahren. Mit mehrgängigen Laby-rinthen wird das Eindringen von Verunreinigungenvermieden.

7 FAG

1: Fahrmotor einer elektrischen Universallokomotive

2 Fahrmotor eines elektrischen Nahverkehrs-Triebzugs

Technische Daten

Eigenbelüfteter Mischstrommotor, Dauerleistung 200 kW bei einer Drehzahl von 1 820 min–1

(Geschwindigkeit 72 km/h), Maximaldrehzahl 3 030 min–1 (Höchstgeschwindigkeit 120 km/h), An-trieb einseitig mit schrägverzahntem Ritzel.


Die Betriebsweise der Triebfahrzeuge im Nahverkehrist durch die kurzen Haltestellenabstände gekenn-zeichnet. Die periodisch wiederkehrenden Betriebszu-stände – Anfahren, Fahren, Bremsen – lassen sich in einem Fahrdiagramm erfassen, in dem das Motor-drehmoment in Abhängigkeit von der Fahrzeit darge-stellt ist. Der kubische Mittelwert des Motordrehmo-ments und eine mittlere Drehzahl, die gleichfalls ausdem Fahrdiagramm ermittelt wird, sind die Grund-lagen für die Berechnung der Wälzlager. Das mittlereMoment beträgt ca. 90 % des Moments bei Dauerlei-stung.

Die Belastungen der Lager werden wie bei den Fahr-motoren für Vollbahnlokomotiven errechnet (Beispiel1). Sie setzen sich zusammen aus den Reaktionskräf-ten, die von der Zahnkraft am Antriebsritzel herrüh-ren, und einer fiktiven Radialkraft, die das Läuferge-wicht, den magnetischen Zug, Unwuchten und dieFahrstöße berücksichtigt. Diese fiktive Radialkraft, dieim Schwerpunkt des Rotors angreift, erhält man, in-dem man das Läufergewicht mit dem Zuschlagfaktorfz = 2 multipliziert. Mit dem Wert 2 wird die relativstarre Aufhängung des Motors auf der Radachse inTatzrollenlagern berücksichtigt.

Der Antrieb erfolgt über ein fliegend angeordnetesRitzel. Auf der Seite des Ritzels ist ein Zylinderrollen-lager FAG NU320E.M1.P64.F1 als Loslager einge-baut. An der Lagerstelle auf der Kommutatorseite sitztein Rillenkugellager FAG 6318M.P64.J20A.

Als Festlager nimmt es die von der 7°-Schrägverzah-nung des Ritzels herrührende Axialkraft – selbst beider relativ hohen Drehzahl – sehr sicher auf.

Nachsetzzeichen

E verstärkte Ausführung M, M1 Massivkäfig aus Messing, rollkörpergeführt P64 Toleranzklasse P6; Radialluft C4 F1 FAG Fertigungs- und Kontrollvorschrift für

Zylinderrollenlager in Fahrmotoren, die u. a. die Anforderungen nach DIN 43283 „Zylinderrollenlager für elektrische Maschinen in Elektrofahrzeugen“ berücksich-tigt.

J20A Stromisolierung an der Mantelflächen des Lageraußenrings.


Zur guten Unterstützung werden die Lagerringestramm gepaßt:Zylinderrollenlager Welle n5; Schildbohrung M6Rillenkugellager Welle m5; Schildbohrung K6

Lagerluft

Die festen Passungen und die Erwärmung infolge derrelativ hohen Betriebsdrehzahl erfordern für das Zylin-derrollenlager und das Rillenkugellager eine vergrößer-te Radialluft C4 .


Die Lager werden, wie bei Fahrmotoren üblich, mitFAG Wälzlagerfett Arcanol L71V geschmiert. DieMöglichkeit zur Nachschmierung und ein Fettreglerzum Schutz vor Überschmierung sind vorgesehen.

Betriebserfahrungen zeigen, daß Nachschmierintervallevon 250 000 Fahrkilometern oder längstens 5 Jahrezugelassen werden können.

Die Lager sind auf beiden Seiten mit mehrgängigenLabyrinthen (axial gerichtete Stege) abgedichtet.

FAG 8

Stromisolierung

Bei Mischstrommotoren über 100 kW Leistung kön-nen durch magnetische Unsymmetrien elektrischeWellenspannungen entstehen. Hierdurch bildet sichzwischen Rotorwelle und Stator ein induzierter Strom-kreis, der Stromdurchgangsschäden im Lager hervor-rufen kann.

Um den Stromfluß zu unterbrechen, wird ein Lager(in diesem Fall das Rillenkugellager) mit einer Strom-isolierung ausgeführt.

Stromisolierte Lager haben an den Mantel- und Stirn-flächen des Außenrings eine Beschichtung aus Oxyd-keramik.

9 FAG

Belüftungsseite Antriebsseite

2: Fahrmotor eines elektrischen Nahverkehrs-Triebzugs

3 Drehstrom-Normmotor

Technische Daten

Riemenantrieb: Leistung 3 kW; Läufergewicht 8 kg;Nenndrehzahl 2800 min-1; Baugröße 100 L; ober-flächengekühlt nach DIN 42673, Bl. 1 – Bauform B3,Schutzart IP44, Isolationsklasse F.

Lagerwahl

Die Lagerung soll einfach, wartungsfrei und geräusch-arm sein. Diese Anforderungen werden am besten vonRillenkugellagern erfüllt.In DIN 42673 ist für Baugröße 100 L der Durchmes-ser des Wellenendes mit 28 mm festgelegt. Damit istein Bohrungsdurchmesser von 30 mm vorgegeben. Imvorliegenden Fall hat man ein Lager aus der Baureihe62 ausgewählt, also ein FAG 6206.2ZR.C3.L207 fürbeide Lagerstellen. Sie führen die Läuferwelle auf derAntriebsseite und auf der Belüftungsseite. Das Feder-element auf der Antriebsseite bewirkt die spielfreie An-stellung der Lagerung und bildet zugleich eine axialeGegenführung der Läuferwelle.Durch spielfreies Anstellen der Rillenkugellager unter-drückt man den nachteiligen Einfluß der Lagerluft aufdas Geräuschverhalten.

Dimensionierung der Lager

Bei der Nachrechnung der Lagerung geht man hier etwas anders als sonst üblich vor. Weil auch der Elek-tromotorenhersteller die Höhe der Belastung am Wel-lenende nicht kennt, gibt er die zulässige radiale Be-lastung in seinen Katalogen an.Zur Ermittlung der radialen Belastbarkeit wird das an-triebsseitige Rillenkugellager betrachtet.Der Berechnung wird eine erreichbare Lebensdauer Lhnavon 20 000 h und ein Basiswert a23II von 1,5 zugrunde-gelegt. Außerdem sind noch das Läufergewicht, dereinseitige magnetische Zug und die Unwucht zuberücksichtigen. Nachdem die beiden letztgenannten

Kriterien nicht bekannt sind, wird einfach das Läufer-gewicht mit einem Zuschlagfaktor fz = 1,5 multipli-ziert. Daraus errechnet sich Mitte Wellenende eine zulässigeradiale Belastung von 1 kN.Weil bei den meisten Einsatzfällen die Betriebslastkleiner als die zulässige Last ist, ergibt sich eine erreich-bare Lebensdauer Lhna von mehr als 20 000 Stunden.Die Gebrauchsdauer der Elektromotorenlager wird da-her meist durch die Fettgebrauchsdauer und nichtdurch Werkstoffermüdung bestimmt.

Nachsetzzeichen

.2ZR Lager mit zwei DeckscheibenC3 Radialluft größer als PN (normal)L207 Fettfüllung mit Arcanol L207


Welle j5; Schildbohrung H6. Die Bohrungstoleranz H6ergibt den Schiebesitz, der notwendig ist, damit sichdie beiden Lager zwanglos axial einstellen können.


Bei kleinen und mittelgroßen Elektromotoren hat sichdie Lagerausführung .2ZR mit Deckscheiben auf bei-den Lagerseiten durchgesetzt. Diese Lager haben eineFettfüllung, die für die Gebrauchsdauer der Lager aus-reicht. Im vorliegenden Fall sind wegen der Isolations-klasse F erhöhte Betriebstemperaturen zu berücksich-tigen. Deshalb wird das FAG HochtemperaturfettArcanol L207 verwendet. Die Deckscheiben verhin-dern den Austritt von Fett und schützen gleichzeitigdas Lager vor Fremdkörpern aus dem Motorraum. Ge-gen den Zutritt von Staub und Nässe ist der Wellen-durchgang auf der Antriebsseite als langer Spalt ausge-bildet und mit einer Schutzkappe abgedeckt. Damitwerden die Forderungen der Schutzart IP44 erfüllt.

FAG 10

Antriebsseite Belüftungsseite

3: Drehstrom-Normmotor

4 Elektromotor für ein Haushaltsgerät

Technische Daten

Leistung 30 W; Drehzahl 3500 min-1.

Lagerwahl

Elektromotoren für Haushaltsgeräte sollen geräusch-arm laufen. Die Laufruhe eines Motors wird sowohlvon der Lagerqualität (Form- und Lauftoleranz) undder Lagerluft als auch von der Bearbeitungsqualität derWelle und des Lagerschilds beeinflußt.

Heute entspricht bereits die Qualität von Normal-lagern den gestellten Anforderungen.

Den spielfreien Lauf der Lager erreicht man mit Hilfeeiner Federscheibe, die die Lagerung axial leicht vor-spannt.

Die Lagersitzstellen auf der Welle und die Bohrungenin den Lagerschilden müssen gut fluchten. Damit dieFederscheibe die Lager axial anstellen kann, sind dieAußenringe in den Lagerschilden verschiebbar gepaßt.

Auf der Kollektorseite ist ein Rillenkugellager FAG626.2ZR eingebaut, auf der anderen Seite ein FAG609.2ZR.L91.

Nachsetzzeichen

.2ZR Lager mit Deckscheiben auf beiden Seiten; sie bilden eine Spaltdichtung

L91 Sonderfettung mit Arcanol L91


Der Wellendurchmesser ist meist konstruktiv gegebenund führt zu Lagern, die hinsichtlich der Ermüdungs-lebensdauer sehr sicher dimensioniert sind. Ermü-dungsschäden sind selten; die Lager erreichen die ge-forderten Laufzeiten von 500...2000 Stunden.


Welle j5; Schildbohrung H5Die Bohrungstoleranz H5 ergibt den notwendigenSchiebesitz, damit sich die beiden Lager zwanglos axialeinstellen können.


Fettschmierung mit Lithiumseifenfett der Konsistenz-kennzahl 2 mit besonders hohem Reinheitsgrad. Eszeichnet sich durch eine hohe Reibungsarmut aus. DerGesamtwirkungsgrad dieses Motors wird ganz wesent-lich vom Reibungsmoment der Kugellager beeinflußt.Die Lager mit Deckscheiben (Ausführung .2ZR) habeneine Fettfüllung, die für die Gebrauchsdauer der Lagerausreicht. Die von den Deckscheiben gebildete Spalt-dichtung ist unter normalen Umgebungsbedingungenein ausreichender Schutz gegen Verschmutzung.

11 FAG

4: Elektromotor eines Haushaltsgeräts

5 Trommel einer Haushaltswaschmaschine

Technische Daten

Fassungsvermögen 4,5 kg Trockenwäsche(Gewichtskraft Gw = 44 N);Drehzahlen: beim Waschen 50 min–1

beim Vorschleudern 800 min–1

beim Schleudern 1000 min–1

Lagerwahl

Die Haushaltswaschmaschine wird auf der Frontseitegefüllt. Die Trommel ist fliegend gelagert. Am Endedes Trommelzapfens sitzt die Riemenscheibe für denAntrieb.

Die Größe der Lager richtet sich einmal nach demZapfendurchmesser, der aus Festigkeitsgründen fest-liegt, zum anderen nach den Gewichts- und Unwucht-kräften. Bei der Ermittlung der Lagerbelastung, die derLagerdimensionierung zugrunde gelegt wird, mußman von stark vereinfachten Annahmen ausgehen, dadie Belastung und die Drehzahl nicht konstant sind.

Haushaltswaschmaschinen haben im allgemeinenmehrere zum Teil vollautomatische Waschprogramme.Es gibt Programme mit oder ohne Schleudern. Beimeigentlichen Waschvorgang, d. h. einem Programmab-lauf ohne Schleudern, werden die Trommellager nurgering belastet, und zwar nur durch die Gewichtskräftevon Trommel und Naßwäsche. Diese Beanspruchungist für die Dimensionierung der Lager ohne Bedeutungund wird vernachlässigt. Anders ist es beim Schleuder-gang: Weil sich die Wäsche ungleichmäßig auf demTrommelumfang verteilt, entsteht eine Unwucht, dieeine hohe Zentrifugalkraft hervorruft. Für die Ausle-gung der Lager werden allein diese Zentrifugalkraft so-wie die Gewichtskräfte von Trommel GT und Trocken-wäsche GW zugrunde gelegt. Der Riemenzug wird imallgemeinen vernachlässigt.

Die Zentrifugalkraft errechnet sich aus:

FZ = m · r · �2 [N]

Darin bedeuten: m = GU/g [N · s2/m]GU Unwucht [N]. Als Unwucht werden 10...35 %

des Fassungsvermögens an Trockenwäsche angenommen.

g Erdbeschleunigung = 9,81 m/s2

r Wirkungsradius der Unwucht [m]Radius der Waschtrommel = dT / 2 [m]

� Winkelgeschwindigkeit = π · n / 30 [s–1]n Drehzahl der Trommel beim Schleudern [min–1]

Die Gesamtkraft zur Ermittlung der Lagerbelastungenergibt sich somit aus F = FZ + GT + GW [N]Diese Kraft wirkt in der Mitte der Waschtrommel.

FAG 12


Die Lager von Haushaltswaschmaschinen werden füreine dynamische Kennzahl fL = 0,85...1,0 ausgelegt.Diese Werte entsprechen einer nominellen Lebensdauervon 300...500 Schleuderstunden.Im vorliegenden Fall wurde für die trommelseitige La-gerstelle das Rillenkugellager FAG 6306.2ZR.C3 undfür die Lagerstelle auf der Seite der Riemenscheibe dasRillenkugellager FAG 6305.2ZR.C3 gewählt.Die Lager haben eine vergrößerte Radialluft nach C3und sind auf beiden Seiten mit Deckscheiben (.2ZR)abgedichtet.


Wegen der auftretenden Unwucht GU haben die In-nenringe Punktlast, die Außenringe Umfangslast. DieAußenringe müssen daher im Gehäuse eine feste Pas-sung erhalten; das erreicht man mit einer Bearbeitungder Gehäusebohrung nach M6. Die Innenringe wer-den weniger fest gepaßt; der Trommelzapfen hat dieToleranz h5. Damit ist gewährleistet, daß sich das Los-lager bei Wärmedehnungen einstellt. Außerdem er-leichtert die lose Passung die Montage.


Die beidseitig abgedichteten Lager erhalten bereits beider Herstellung eine Füllung mit Sonderfett. Die Fett-füllung reicht für die Gebrauchsdauer der Lager aus.Auf der Seite der Waschtrommel ist zusätzlich eineschleifende Manschettendichtung eingebaut.

Lager AFrA =

F · l2 [N]a

Lager BFrB =

F · l1 [N]a

Als Lagerbelastungen erhält man:

13 FAG

Riemenscheibe Trommel

5: Trommellagerung einer Haushalts-Waschmaschine

6 Vertikal-Pumpenmotor

Technische Daten

Leistung 160 kW; Nenndrehzahl 3000 min–1;Gewicht von Läufer- und Pumpenlaufrad 400 kg;Pumpenschub 9 kN nach unten; Bauform V1.

Lagerwahl

Bei der Festlegung der Lagerungskonzeption geht manzuerst von der nach unten gerichteten Hauptaxiallastaus. Sie setzt sich zusammen aus der Gewichtskraft desLäufer- und Pumpenlaufrads (4 kN), der Pumpen-schubkraft (9 kN) und der Federvorspannung (1 kN).Beim Auslauf des Motors kann es zu einer Umkehr desPumpenschubs kommen, so daß die Lager kurzzeitigauch eine nach oben gerichtete Axialkraft von 4 kNaufnehmen müssen. Die Radialkräfte sind nicht genaubekannt. Sie ergeben sich aus dem einseitigen magneti-schen Zug und aus eventuellen Unwuchtkräften desLäufer- und Pumpenlaufrads. Erfahrungen aus derPraxis zeigen jedoch, daß diese Kräfte mit 50 % derLäufer- und Pumpenlaufradmasse, in diesem Fall alsomit 2 kN, hinreichend berücksichtigt sind.

Im gezeigten Beispiel besteht das Traglager aus einemSchrägkugellager FAG 7316B.TVP, das die Haupt-axiallast zu übernehmen hat. Um sicherzustellen, daßkeine Radialkraft auf das Lager wirkt, ist das Gehäusein diesem Bereich nach Spielpassung E8 radial freige-dreht. Das Rillenkugellager FAG 6216.C3 wird imNormalbetrieb nur durch eine geringe Radiallast unddie axial wirkende Federvorspannung belastet; hinzukommt beim Auslauf noch die Schubumkehrlast.

Hierdurch erfährt der Läufer eine Vertikalverschie-bung nach oben (Hochsteigeweg), die durch den abge-paßten Spalt zwischen Rillenkugellager-Stirnflächeund Abschlußdeckel begrenzt wird. Um in der Schub-umkehrphase Schlupf zu vermeiden, wird das Schräg-kugellager über Federn mit einer axialen Mindestbela-stung beaufschlagt.

Auf der Pumpenlaufradseite erfüllt ein Zylinderrollen-lager FAG NU1020M1.C3 die Loslagerfunktion. Daes die vom Pumpenlaufrad herrührenden Unwucht-kräfte aufnimmt, erhalten Innen- und Außenring einen Festsitz. Die Zylinderrollenlagerausführung er-gibt sich aus dem aus festigkeitstechnischen Gründenvorgegebenen Wellendurchmesser von 100 mm. We-gen der vergleichsweise geringen Radiallast wurde dieleichte Reihe NU10 ausgewählt.


Zylinderrollenlager Welle m5; Gehäuse M6Rillenkugellager Welle k5; Gehäuse H6Schrägkugellager Welle k5; Gehäuse E8

Schmierung

Die Lager werden mit FAG Wälzlagerfett ArcanolL71V geschmiert. Nachschmiermöglichkeiten sindvorgesehen. Nachschmiermenge– für die Loslagerstelle 15 g– für die Festlagerstelle 40 gDas Nachschmierintervall beträgt 1000 Stunden. DasAltfett wird in ringförmigen Deckelkammern aufge-fangen, die unterhalb der Lagerstellen angeordnet sind.

FAG 14

15 FAG

6: Rotorlagerung eines Vertikal-Pumpenmotors

7 Grubenlüftermotor

Technische Daten

Leistung 1800 kW; Drehzahl n = 750 min–1;Axiallast Fa = 130 kN; Radiallast Fr = 3,5 kN;Lager sind vertikal angeordnet.

Lagerwahl

Die Axiallast von 130 kN setzt sich zusammen aus denGewichtskräften des Läufers und der beiden jeweilsoben und unten aufgesetzten verstellbaren Lüfterräderund aus deren Axialschub. Sie wird im oben angeord-neten Traglager abgestützt.

Als Radialkräfte treten bei Senkrechtmotoren an bei-den Lagerstellen nur Führungskräfte auf. Sie sind sehrgering und ergeben sich im allgemeinen aus dem ein-seitigen magnetischen Zug und einer eventuell auftre-tenden Unwucht des Läufers. Im vorliegenden Fall be-trägt die Radialkraft je Lagerstelle 3,5 kN. Wenn diegenauen Werte nicht bekannt sind, lassen sich dieseKräfte aus der Erfahrung heraus dadurch hinreichendberücksichtigen, daß man das halbe Läufergewicht alsRadiallast im Schwerpunkt des Läufers angreifen läßt.

Als Traglager ist an der oberen Lagerstelle ein Axial-Pendelrollenlager FAG 29260E.MB eingebaut. Die radiale Führung übernimmt das darüber auf einer ge-meinsamen Büchse sitzende Rillenkugellager FAG16068M; es dient auch gleichzeitig zur axialen Gegen-führung des Läufers. Die axiale Führung ist notwendigbeim Transport und bei der Montage sowie beim Aus-laufen des Motors. In diesem Betriebszustand kann dieLuftgegenströmung eine Umkehr der Drehrichtungund des Axialschubs bewirken. Der axiale Führungs-weg nach oben ist auf maximal 1 mm begrenzt, so daßdas Axial-Pendelrollenlager in keinem Fall stark ab-hebt. Für den Kraftschluß im Lager sorgen Federn, dieunterhalb der Gehäusescheibe angeordnet sind; ihreFederkraft ist 6 kN. Das radiale Führungslager an derunteren Lagerstelle ist ein Rillenkugellager FAG6340M; es ist verschiebbar als Loslager eingebaut. Dadas Lager sehr niedrig belastet ist, wird es durch Fe-dern mit 3 kN angestellt.


Das Axial-Pendelrollenlager FAG 29260E.MB hat diedynamische Tragzahl C = 1430 kN. Mit der Axiallast Fa = 130 kN und dem Drehzahlfaktor für Rollenlager fn = 0,393 (n = 750 min-1) errechnet sich die dynami-sche Kennzahl fL = 4,3. Die nominelle Lebensdauer be-trägt Lh = 65000 Stunden.Unter Berücksichtigung der Betriebsviskosität � desSchmieröls (Viskositätsklasse ISO VG150) bei ca. 70 °C, der Bezugsviskosität �1 und der Bestimmungs-größen K1 und K2 läßt sich ein Basiswert a23II von etwa3 ermitteln. Der Sauberkeitsfaktor s wird mit 1 ange-setzt. Die erreichbare Lebensdauer Lhna des Axiallagersist größer als 100 000 Stunden, das Lager also sehr sicher ausgelegt. Mit dynamischen Kennzahlen fL > 6sind auch die beiden Radiallager sehr gut dimensioniert.


TraglagerstelleAxial-Pendelrollenlager Welle k5; Gehäuse E8Rillenkugellager Welle k5; Gehäuse H6

Unteres FührungslagerRillenkugellager Welle k5; Gehäuse H6


Axiallager und Radiallager der Traglagerstelle habenÖlschmierung.Das Axial-Pendelrollenlager läuft im Ölbad und er-zeugt durch seine unsymmetrische Bauweise einenselbsttätigen Ölumlauf von innen nach außen. Dasdarüber sitzende Führungslager wird durch einen För-derkegel und schräg verlaufende Steigbohrungen mitÖl versorgt. Ein Fang- und ein Schleuderteller stellendie Schmierstoffversorgung während des Anlaufs sicher. Das untere Führungslager hat Fettschmierungund ist mit einer Nachschmiereinrichtung und einemFettmengenregler ausgerüstet. Die Traglagerstelle unddas untere Führungslager sind durch Labyrinthe abge-dichtet.

FAG 16

17 FAG

7: Rotorlagerung eines Grubenlüftermotors

8 Rotor einer Windenergieanlage

Windenergieanlagen zählen zu den alternativen undumweltschonenden Energiequellen. Mit ihnen werdenheute Leistungen bis max. 3 200 kW erzeugt. Es gibtHorizontalrotor- und Vertikalrotor-Systeme. Die Wind-kraftanlage WKA60 ist 44 Meter hoch und hat einenDreiblatt-Horizontalrotor mit 60 m Durchmesser.

Technische Daten

Nenndrehzahl des Dreiblattrotors = 23 min–1; Übersetzungsverhältnis des Getriebes i = 1:57,4; Elektrische Leistung 1 200 kW bei Rotor-Nenndreh-zahl des Generators von n = 1320 min–1.

Lagerwahl

Gefordert wurde eine Gebrauchsdauer von 20 Jahren.Zur Abstützung des fliegend gelagerten Blattrotorswurden Pendelrollenlager FAG 231/670BK.MB (Abmessungen 670 x 1090 x 336 mm) als Festlagerund FAG 230/900BK.MB (Abmessungen 900 x 1280x 280 mm) als Loslager gewählt.


Als Richtwert zur Dimensionierung der Hauptlage-rung von Windkraftanlagen gilt P/C = 0,08...0,15.Durch die variierenden Windkräfte mit Schwingungenund Vibrationen ist es schwer, die Belastung der Lagerexakt zu ermitteln. Die nominelle Lebensdauer soll Lh > 130 000 h sein. Es werden deshalb in der Regelmehrere Lastfälle mit veränderlichen Belastungen,Drehzahlen und Zeitanteilen herangezogen, darauswird dann die mittlere äquivalente Belastung ermittelt.Beim Festlager der WKA60 treten Radialbelastungenvon Fr = 400...1 850 kN und Axialbelastungen von Fa = 60...470 kN auf. Beim Loslager ist mit Radialbela-stungen von Fr = 800...1 500 kN zu rechnen.Beim Festlager ergeben die aufzunehmenden Radial-und Axialkräfte eine mittlere dynamisch äquivalenteBelastung von P = 880 kN. Dies ergibt für das LagerFAG 231/670BK.MB mit einer dynamischen TragzahlC = 11 000 kN ein Belastungsverhältnis von P/C =880/11 000 = 0,08.Das Loslager FAG 230/900BK.MB nimmt eine mitt-lere Radialkraft von Fr = P = 1 200 kN auf. Bei einerdynamischen Tragzahl von 11 000 kN ergibt sich einBelastungsverhältnis von 1 200/11 000 = 0,11.Für die normal belasteten Pendelrollenlager errechnensich Lebensdauerwerte (nach DIN ISO 281), die weitüber der Stundenzahl für 20-jährigen Dauerbetrieb liegen.

Lagereinbau

Um den Ein- und Ausbau der Lager zu erleichtern,sind die Lager mit Hydraulik-Spannhülsen FAGH31/670HGJS und FAG H30/900HGS auf der Wellebefestigt. Vorteil der Hülsenbefestigung ist auch einleichteres Einstellen der erforderlichen Radialluft.

Die Lager stützen sich in ungeteilten Stehlagergehäu-sen der Ausführung SUB (Festlager) und SUC (Los-lager) ab. Die Gehäuse sind aus Stahlguß und wurdenmit der Finite-Elemente-Methode überprüft.


Die Sitzflächen der Abziehhülsen auf der Rotorwellesind nach h9 und mit Zylinderformtoleranz IT5/2(DIN ISO 1101) gefertigt.Die Lagersitzflächen in der Gehäusebohrung sind nachH7 bearbeitet; dies läßt bei der Loslagerung eine Ver-schiebung des Außenrings zu.


Zur Schmierung der Lager wird ein Lithiumseifenfettder Konsistenzklasse 2 mit Hochdruckzusätzen (FAGWälzlagerfett Arcanol L186V) verwendet.

Die Gehäuse haben auf beiden Seiten doppelte Filzab-dichtung. Ein Fettkragen im Bereich des Dichtspaltsam Gehäuse verhindert das Eindringen von Staub,Schmutz und evtl. Spritzwasser.

FAG 18

Rotor-Loslager

Windenergieanlage, schematisch

RotorbremseRotor-Festlager

KupplungGetriebe

Elektr. Schaltanlageund Reglungssystem

GeneratorRotornabe mit Blattver-stellmechanismus

Rotor-blatt

Fundament

Windrichtungs-nachführung

Turm

Netzanschluß

RotorBlattlager

19 FAG

8: Lagerung der Rotorwelle einer Windenergieanlage

9–18 Hauptspindeln von Werkzeugmaschinen

Herzstück einer Werkzeugmaschine ist die Haupt-oder Arbeitsspindel und ihre Lagerung. Die wesent-lichen Qualitätsmerkmale des Spindel-Lager-Systemssind das Zerspanungsvolumen und die Bearbeitungs-präzision. Für Werkzeugmaschinenlagerungen werdenausschließlich Wälzlager in erhöhter Genauigkeit ver-wendet; hauptsächlich die Bauarten Schrägkugellager,bzw. Spindellager (Radial-Schrägkugellager mit Druck-winkel 15 und 25°), zweiseitig wirkende Axial-Schräg-kugellager, Radial- und Axial-Zylinderrollenlager so-wie gelegentlich Kegelrollenlager.Je nach den geforderten Leistungsdaten einer Werkzeug-maschine wird die Spindellagerung mit Kugel- oderRollenlagern nach den Kriterien Steifigkeit, Reibungs-verhalten, Genauigkeit, Drehzahleignung, Schmierungund Abdichtung konstruiert und ausgelegt. Aus einer Vielzahl möglicher Werkzeugmaschinen-Spindellagerungen haben sich einige charakteristischeLageranordnungen herausgebildet, die sich im Werk-zeugmaschinenbau bewährt haben (Abb. a, b, c).

Dimensionierung

Eine Nachrechnung der Hauptspindellagerung hin-sichtlich Ermüdungslebensdauer ist normalerweiseüberflüssig, da im Normalfall wegen der erforderlichenSpindel- und Lagersteifigkeit Lager mit so großemBohrungsdurchmesser gewählt werden müssen, daßdie Wälzlager bei erhöhter oder höchster Sauberkeitim Schmierspalt dauerfest sind. Bei der Lagerdimensio-nierung soll z. B. die dynamische Kennzahl fL bei Dreh-maschinenspindeln im Bereich von 3...4,5 liegen, diesentspricht einer nominellen Lebensdauer von Lh = 15 000...50 000 h.

Beispiel: Die Hauptspindellagerung einer CNC-Dreh-maschine (Abb. a) ist arbeitsseitig in drei SpindellagernB7020E.T.P4S.UL in Tandem-O-Anordnung abge-stützt (Druckwinkel �0 = 25°, C = 76,5 kN, C0 = 76,5 kN). Auf der Antriebsseite nimmt ein zweireihi-ges Zylinderrollenlager NN3018ASK.M.SP den Rie-menzug auf. Aus den Schnittkräften resultieren für diebeiden Spindellager in Tandem-Anordnung je 50 % deraxialen Reaktionskräfte. Das arbeitsseitige vordersteLager übernimmt 60 % der Radialkräfte. Es wird mitFr = 5 kN, Fa = 4 kN bei n = 3 000 min–1 belastet.

Werden die Lager mit dem Lithiumseifenfett FAG Arcanol L74V (Grundölviskosität 23 mm2/s bei 40 °C)geschmiert, ergibt dies bei 35 °C Betriebstemperatureine Betriebsviskosität � = 26 mm2/s. Aus dem mittlerenLagerdurchmesser dm = 125 mm und der Drehzahl n = 3 000 min–1 ergibt sich eine Bezugsviskosität von �1 = 7 mm2/s.

Dies führt zu einem Viskositätsverhältnis � = �/�1 ≈ 4;d. h. es liegt ein voll trennender Schmierfilm in denRollkontaktflächen vor. Mit � = 4 erhält man aus dema23-Diagramm den Basiswert a23II = 3,8. Da die Lagerin der Regel relativ niedrig belastet sind (fs* > 8), erhältman bei erhöhter (V = 0,5) und höchster (V = 0,3)Sauberkeit einen sehr großen Sauberkeitsfaktor (s = un-endlich). Dadurch wird der Faktor a23 (a23 = a23II · s)und somit auch die erreichbare Lebensdauer(Lhna = a1 · a23 · Lh) unendlich; es liegt Dauerfestigkeitvor. Solange also fs* ≥ 8 ist, entscheidet bei einer gutenSchmierung der Hauptspindellagerung (� ≥ 4) alleindie Sauberkeit im Schmierkontakt, ob die Lagerungdauerfest ist oder nicht.

FAG 20

a: Spindellagerung mit kombiniert belasteten Universal-Spindel-lagern (Spindellagersatz) auf der Arbeitsseite und einem ein- oderzweireihigen Zylinderrollenlager auf der Antriebsseite, das nur Radialkräfte aufnimmt.

b: Spindellagerung mit zwei Kegelrollenlagern in O-Anordnung.Die Lager nehmen Radial- und Axialkräfte auf.

c: Spindellagerung mit zwei zweireihigen Zylinderrollenlagern undeinem zweiseitig wirkenden Axial-Schrägkugellager. Hier erfolgt einegetrennte Aufnahme der Radial- und Axialkräfte.

9 Bohr- und Frässpindel

Technische Daten

Antriebsleistung 20 kW; Drehzahlen 11...2 240 min–1.

Lagerwahl

Die Radialkräfte und die Axialkräfte werden getrenntaufgenommen. Als Radiallager sind zweireihige Zylin-derrollenlager eingebaut; auf der Arbeitsseite ein FAGNN3024ASK.M.SP, auf der Gegenseite ein FAGNN3020ASK.M.SP. Das zweiseitig wirkende Axial-Schrägkugellager FAG 234424M.SP führt die Spindelin axialer Richtung. Dieses Lager hat eine definierteVorspannung; ein Anstellen ist also nicht erforderlich.

Die Bearbeitung der Gehäusebohrung wird dadurcherleichtert, daß die Außendurchmesser des Radiallagersund des Axiallagers das gleiche Nennmaß haben. DieToleranz des Axiallagers liegt aber so, daß es imGehäuse Passungsspiel hat.


Die Lagerung hat Ölumlaufschmierung.Die Labyrinthdichtung auf der Arbeitsseite besteht auseinbaufertigen, nicht berührenden Dichtelementen.Der innere Labyrinthring hält das Schmieröl zurück,der äußere Labyrinthring dichtet gegen die Schneid-emulsion ab.

21 FAG


Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Zylinderrollenlager Welle, kegelig Kegel 1:12 IT1/2 IT1Gehäuse K5 IT1/2 IT1

Axial-Schrägkugellager Welle h5 IT1/2 IT1Gehäuse K5 IT1/2 IT1

9: Bohr- und Frässpindel

10 Hauptspindel einer NC-Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 27 kW;maximale Spindeldrehzahl 9000 min–1.

Lagerwahl

Von der Lagerung wird, neben sehr hoher Drehzahl-eignung, hohe Steifigkeit und Führungsgenauigkeit derArbeitsspindel verlangt. Eingebaut ist auf der Arbeits-seite ein Spindellagersatz FAG B7017C.T.P4S.DTL inTandem-Anordnung, auf der Antriebsseite ein Spindel-lagersatz FAG B71917C.T.P4S.DTL in Tandem-An-ordnung.Die Lager sind leicht vorgespannt (UL) und haben er-höhte Genauigkeit (P4S).Die Lagerung hat kein Loslager; sie stellt ein starresFestlagersystem dar. Beide Lagersätze bilden zusammeneine O-Anordnung.


Die Lagergröße ergibt sich aus der erforderlichen Spin-delsteifigkeit, d. h. einem möglichst großen Spindel-durchmesser. Die Ermüdungslebensdauer wird zwar fürdie Dimensionierungsbetrachtung mit herangezogen,ist jedoch in der Praxis nicht entscheidend.

Hauptspindellager fallen in der Regel nicht durchWerkstoffermüdung, sondern durch Verschleiß aus;entscheidend ist die Fettgebrauchsdauer.

Lagerluft

FAG Spindellager der Universalausführung sind fürden beliebigen Einbau in X-, O- oder Tandem-Anord-nung bestimmt. Beim Einbau in X- oder O-Anordnungergibt sich eine definierte Vorspannung. Die leichteVorspannung UL genügt den üblichen Anforderun-gen.

Durch gleich lange äußere und innere Distanzhülsenbleibt die in den Lagern eingearbeitete Vorspannungerhalten. Bei günstigem Lagerabstand gleichen sichaxiale und radiale Wärmedehnungen der Arbeitsspin-del aus, so daß die Lagervorspannung in jedem Be-triebszustand unverändert bleibt.


Mit etwa 35 % Hohlraumfüllung werden die Lagermit dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V auf Lebens-dauer geschmiert.Zur Abdichtung dienen Labyrinthdichtungen mit defi-nierten Spaltverhältnissen.

FAG 22



Spindellager Welle +5/–5 µm 1,5 µm 2,5 µmAntriebs-/Arbeitsseite Gehäuse +2/+10 µm 3,5 µm 5 µm

10: NC-Drehmaschinenspindel

11 Hauptspindel einer CNC-Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 25 kW;Drehzahlbereich von 31,5...5000 min–1.

Lagerwahl

Die Lager müssen die Spindel radial und axial genauführen und eine hohe Steifigkeit aufweisen. Dies er-reicht man durch möglichst große Wellendurchmesserund eine entsprechende Lageranordnung. Die Lagerwerden vorgespannt und haben eine erhöhte Genauig-keit.Auf der Arbeitsseite ist als Festlager ein SpindellagersatzFAG B7018E.T.P4S.TBTL in Tandem-O-Anordnungmit leichter Vorspannung eingebaut.Auf der Antriebsseite sitzt als Loslager ein einreihigesZylinderrollenlager FAG N1016K.M1.SP.Die Lagerung ist für hohe Drehzahlen und für hoheZerspanungsleistung geeignet.


Die Lagergröße ergibt sich in erster Linie aus der erfor-derlichen Spindelsteifigkeit, d. h. dem Spindeldurch-messer. Die Ermüdungslebensdauer wird zwar für dieDimensionierungsbetrachtung mit herangezogen, siespielt jedoch in der Praxis keine dominierende Rolle.

Maßgebend für die Einsatzdauer der Lager ist nebender Hertzschen Pressung vor allem die Fettgebrauchs-dauer. Hauptspindellager fallen in der Regel nichtdurch Werkstoffermüdung, sondern durch Verschleißaus.

Lagerluft

FAG Spindellager der Universalausführung sind fürden beliebigen Einbau in X-, O- oder Tandem-Anord-nung bestimmt. Beim Einbau in X- oder O-Anordnungergibt sich eine definierte Vorspannung. Die leichteVorspannung UL genügt den üblichen Anforderun-gen.Das Zylinderrollenlager wird durch axiales Aufpressendes konischen Innenrings auf die Spindel annäherndspielfrei eingestellt.


Die Lager werden mit dem FAG Wälzlagerfett ArcanolL74V auf Lebensdauer geschmiert.Bei Spindellagern füllt man ca. 35 % und bei Zylin-derrollenlagern ca. 20 % des Lagerhohlraums mit Fett.Die Abdichtung übernimmt ein Labyrinth mit defi-niert engen Radialspalten.

23 FAG



Spindellager Welle +5/–5 µm 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –4/+8 µm 3,5 µm 5 µm

Zylinderrollenlager Welle, kegelig Kegel 1:12 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –15/+3 µm 3,5 µm 5 µm

11: CNC-Drehmaschinenspindel

12 Kurzbohrspindel

Technische Daten

Antriebsleistung 4 kW;maximale Spindeldrehzahl 7000 min–1.

Lagerwahl

Die Bohrspindel muß axial und radial genau geführtwerden. Die Lagerwahl richtet sich somit nach denauftretenden Axialkräften bei größtmöglicher axialerSteifigkeit. Ein weiteres Kriterium ist der Einbauraum,der z. B. bei Mehrspindel-Bohrköpfen begrenzt ist.

Arbeitsseite:1 Spindellagersatz FAG B71909E.T.P4S.TTL(3er Tandem-Anordnung)

Antriebsseite:1 Spindellagersatz FAG B71909E.T.P4S.DTL(2er Tandem-Anordnung).

Beide Lagersätze sind auch bestellbar als 5er Satz:FAG B71909E.T.P4S.PBCL (Tandem-Paar gegen 3erTandemsatz in O-Anordnung, leicht gegeneinander vor-gespannt). Die Lagerung hat kein Loslager; sie stellt einstarres Festlagersystem dar.


Die Lagergröße ergibt sich aus der erforderlichen Spin-delsteifigkeit, d. h. einem möglichst großen Spindel-durchmesser. Aus Sicht der Belastung ergibt sich in der

Regel für die Lager eine Belastungskennzahl fs* > 8 undsomit Dauerfestigkeit. Entscheidend für die Lager-lebensdauer ist eine gute Abdichtung, damit die Fettge-brauchsdauer voll ausgenutzt werden kann.

Lagerluft

FAG Spindellager der Universalausführung sind fürden beliebigen Einbau in X-, O- oder Tandem-Anord-nung bestimmt. Beim Einbau in X- oder O-Anordnungergibt sich eine definierte Vorspannung. Die leichteVorspannung UL genügt den üblichen Anforderun-gen.

Durch gleich lange äußere und innere Distanzhülsenbleibt die in den Lagern eingearbeitete Vorspannungerhalten. Bei günstigem Lagerabstand gleichen sichaxiale und radiale Wärmedehnungen der Arbeitsspin-del aus, so daß die Lagervorspannung in jedem Be-triebszustand unverändert bleibt.


Mit etwa 35 % Hohlraumfüllung werden die Lagermit dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V auf Lebens-dauer geschmiert.

Zur Abdichtung dienen Labyrinthdichtungen mit Fang-nut und Abflußbohrung, an der evtl. eine Absaugungangebracht werden kann.

FAG 24



Spindellager Welle +3,5/–3,5 µm 1 µm 1,5 µm(Antriebs-/Arbeitsseite) Gehäuse –3/+5 µm 2 µm 3 µm

12: Bohrspindellagerung

13 Hochgeschwindigkeits-Motorfrässpindel

Technische Daten

Antriebsleistung 11 kW;maximale Spindeldrehzahl 28 000 min–1.

Lagerwahl

Die Lagerung muß für sehr hohe Drehzahlen und fürdie besonderen thermischen Betriebsbedingungen ineiner Motorspindel geeignet sein. Hierfür eignen sichbesonders Hybrid-Spindellager mit Keramikkugeln.Die Frässpindel muß axial und radial hochgenau spiel-frei geführt werden.

Arbeitsseite:1 Spindellagersatz FAG HC7008E.T.P4S.DTL in

Tandem-Anordnung.Antriebsseite:1 Spindellagersatz FAG HC71908E.T.P4S.DTL in

Tandem-Anordnung.

Die Lagerpaare auf der Antriebs- und Arbeitsseite wer-den in O-Anordnung über Federn (Federkraft 300 N),entsprechend einer mittleren Vorspannung elastischgegeneinander angestellt. Das Lagerpaar auf der An-triebsseite sitzt in einer Büchse, die spielfrei in einerKugelbüchse gelagert ist, so daß axiale Längendehnun-gen der Welle zwanglos ausgeglichen werden können.


Lagergröße und Lageranordnung werden entsprechendder Drehzahlvorgabe und dem Spindeldurchmesserausgewählt.Zu berücksichtigen sind auch die Motorwärme, diesich als größerer Temperaturunterschied zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring auswirkt, und dieRingaufweitung, die sich durch die Fliehkraft auf-grund der hohen Drehzahl bemerkbar macht. Dieswürde bei einer starren Lageranordnung die Vorspan-nung stark erhöhen. Durch die Federvorspannungwerden beide Einflüsse problemlos ausgeglichen. Da-durch erreicht die Flächenpressung im Wälzkontaktdes Lagers einen relativ niedrigen Wert von p0 ≤ 2000 N/mm2 und ergibt dauerfeste Lager. DieEinsatzdauer der Lagerung wird somit durch die Fett-gebrauchsdauer bestimmt.


Die Lager haben Fettschmierung mit dem Wälzlager-fett Arcanol L207V, das sich für die höheren thermi-schen Belastungen und für hohe Drehzahlen besonderseignet.Um das Fett vor Verunreinigungen zu schützen unddadurch die Fettgebrauchsdauer zu verlängern, erfolgtdie Abdichtung der Lagerung über Labyrinthe, beste-hend aus Spaltdichtung mit Spritzrillen und Fangnut.

25 FAG



Spindelllager Welle +6/+10 µm 1 µm 1,5 µm(Antriebs-/Arbeitsseite) Gehäuse –3/+5 µm 2 µm 3 µm

13: Lagerung einer Hochgeschwindigkeits-Motorfrässpindel

14 Motorspindel einer Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 18 kW;maximale Spindeldrehzahl 4 400 min–1.

Lagerwahl

Die Lager müssen eine hohe Steifigkeit haben und dieSpindel radial und axial genau führen. Dies wird durcheinen möglichst großen Wellendurchmesser und durcheine entsprechende Lageranordnung erreicht. Die La-ger sind vorgespannt und haben eine erhöhte Genauig-keit. Des weiteren sind die besonderen thermischenGegebenheiten einer Motorlagerung zu berücksichtigen.

Arbeitsseite: 1 Spindellagersatz FAG B7024E.T.P4S.QBCL (Tandem-O-Tandem-Anordnung) als Festlager.

Gegenseite: 1 Zylinderrollenlager FAG N1020K.M1.SP als Loslager.


Da sich die Lagergröße in erster Linie nach dem Krite-rium Spindelsteifigkeit (größerer Spindeldurchmesser)

richtet, ergeben sich Lagergrößen, deren Tragfähigkeitbei weitem ausreicht. Für die Einsatzdauer der Lagerung ist deshalb die Fett-gebrauchsdauer maßgebend.

Lagerluft

Die Spindellager werden mit leichter Vorspannungeingebaut. Das Zylinderrollenlager mit kegeliger Boh-rung des Innenrings wird durch axiales Aufpressen aufden konischen Wellensitz der Spindel auf wenige µmRadialspiel eingestellt und erreicht bei Betriebstempe-ratur den gewünschten spielfreien Zustand.


Die Lager werden mit dem Wälzlagerfett ArcanolL207V auf Lebensdauer geschmiert. Das Fett eignetsich speziell für höhere Temperaturen und hohe Dreh-zahlen.Bei Spindellagern füllt man ca. 35 % und bei Zylin-derrollenlagern ca. 20 % des Lagerhohlraums mit Fett.

Die Abdichtung übernimmt ein Stufenlabyrinth mitFangnuten und Abflußbohrungen. Eine Spaltdichtungschützt das Zylinderrollenlager vor äußeren Einflüssen.

FAG 26



Spindellager Welle –5/+5 µm 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –4/+10 µm 3,5 µm 5 µm

Zylinderrollenlager Welle, kegelig 1:12 1,5 µm 2,5 µmGehäuse –15/+3 µm 3,5 µm 5 µm

14: Motorspindellagerung einer Drehmaschine

15 Vertikal-Schnellauf-Frässpindel

Technische Daten

Antriebsleistung 2,6/3,14 kW;Nenndrehzahl 500...4 000 min–1.

Lagerwahl

Die Lagerung muß bei allen Drehzahlen im oben ge-nannten Bereich betriebssicher laufen. So muß dieSpindel beispielsweise bei 500 min–1 und hoher Bela-stung radial und axial starr geführt sein. Andererseitsdürfen sich die Lagerstellen bei der höchsten Drehzahlvon 4 000 min–1 nicht so stark erwärmen, daß die Ar-beitsgenauigkeit darunter leidet.

Auf der Arbeitsseite der Frässpindel ist ein Spindel-lagersatz FAG B7014E.T.P4S.TBTM (Tandem-O-An-ordnung, mittlere Vorspannung) eingebaut. Die Lager-gruppe ist über eine Mutter und Distanzbüchse mit1,9 kN vorgespannt.

Das Rillenkugellager FAG 6211TB.P63 führt dieSpindel auf der Antriebsseite. Damit auch dieses Lagerspielfrei läuft, wurde es mit Tellerfedern leicht vorge-spannt.


Das Fräsen erfordert biege- und verdrehsteife Spin-deln. Dadurch liegt der Spindeldurchmesser und auchdie Größe der Lager fest. Die erforderliche Steifigkeitder Lager wird durch die gewählte Anordnung undVorspannung erreicht. Die beiden oben angeordnetenSchrägkugellager entlasten die Spindel von Kräften ausdem Antrieb.


Sitzstelle Durchmesser- Zylinder- Summen-toleranz formtoleranz planlauftoleranz

(DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle js4 IT1/2 IT1

Gehäuse JS5 IT2/2 IT2(Arbeitsseite)

Gehäuse H6 IT3/2 IT3(Arbeitsseite)


Die Lager haben Fettschmierung (FAG WälzlagerfettArcanol L74V).

Eine Spaltdichtung mit Spritzrillen und Fangnutschützt die Spindellagerung vor Umgebungseinflüssen.

27 FAG

15: Lagerung einer Vertikal-Schnellauf-Frässpindel

Antriebsseite

Arbeitsseite

16 Bohrungsschleifspindel

Technische Daten

Antriebsleistung 1,3 kW; Spindeldrehzahl 16 000 min–1.Die Spindel wird durch den Schleifdruck radial bela-stet. Die Belastung ist abhängig von der Schleifschei-bengüte, dem Vorschub und der Schnittiefe.

Lagerwahl

Hohe Schleifgeschwindigkeit beim Bohrungsschleifenerfordert eine hohe Spindeldrehzahl. Des weiterenwird eine ausreichende Starrheit und eine genaueFührung vor allem in axialer Richtung verlangt. DieForderungen nach hoher Drehzahl und hoher Steifig-keit lassen sich mit Spindellagern erfüllen. Da dieSchleifspindel in erster Linie eine hohe radiale Steifig-keit benötigt, ist es zweckmäßig, Lager mit einemDruckwinkel von 15° (Ausführung C) vorzusehen.

Auf der Arbeitsseite und auf der Antriebsseite ist je einSpindellagersatz FAG B7206C.T.P4S.DTL in Tan-dem-Anordnung eingebaut. Die Belastungen werdenvon den in O-Anordnung angestellten Tandem-Lager-paaren gleichmäßig aufgenommen. Hierzu müssen die

Zwischenringe in einer Aufspannung gleich breit undplanparallel geschliffen werden.

Damit die Lagerung bei allen Betriebszuständen spiel-frei läuft, wird sie mit einer Schraubenfeder leicht vor-gespannt. Die Vorspannung erhöht die Steifigkeit derLagerung. Allerdings wird die Höhe der Vorspannungdurch die zulässige Temperatur der Lagerung begrenzt.Je nach Verwendung der Spindel liegt die Vorspann-kraft zwischen 300 und 500 N.

Aus der erforderlichen Steifigkeit ergibt sich der Spin-deldurchmesser, wodurch die Lagergröße vorgegebenist.


Schmierung mit einem Fett für hochtourige Lager(FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V). Die Lager werdenbei der Montage mit einer Fettmenge versehen, die fürdie gesamte Betriebszeit ausreicht. Nachschmierung istnicht notwendig.

Die Abdichtung der Lagerräume muß wegen der hohen Drehzahl berührungsfrei sein. Diese wird mit Labyrinthdichtungen erreicht.

FAG 28


Sitzstelle Durchmesser- Zylinderformtoleranz Summenplanlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle js3 IT0/2 IT0

Gehäuse (Antriebsseite) +2/+6 µm IT1/2 IT1

Gehäuse (Arbeitsseite) –1/+3 µm IT1/2 IT1

Antriebsseite Arbeitsseite

16: Lagerung einer Bohrungsschleifspindel

17 Außenrundschleifspindel

Technische Daten

Antriebsleistung 11 kW; Drehzahl n = 7 500 min–1;Laufgenauigkeit radial 3 µm, axial 1 µm.

Lagerwahl

Beim Außenrundschleifen wird sowohl hohe Zerspa-nungsleistung beim Schruppschleifen als auch hoheForm- und Oberflächenqualität beim Feinschleifen ge-fordert. Wesentliche Kriterien für die Lagerung sindhohe Steifigkeit und Laufgenauigkeit sowie guteDämpfung und Drehzahleignung. Diese Forderungenwerden mit Genauigkeitslagern erfüllt.Hier kommen abgedichtete Universal-Spindellager mitkleinen Stahlkugeln (HSS) zum Einsatz:– auf der Arbeitsseite als Festlager 1 Spindellagersatz

FAG HSS7020C.T.P4S.QBCL in Doppel-O-An-ordnung.

– auf der Antriebsseite als Loslager 1 Spindellagersatz FAG HSS7020C.T.P4S.DBL in O-Anordnung.

Bei noch höheren Drehzahlen sind abgedichtete Hybrid-Spindellager HCS mit kleinen Keramikkugeln(geringere Zentrifugalkräfte) zweckmäßig.


Die Größe der Lager ergibt sich aus dem erforderli-chen Spindeldurchmesser bzw. dem vorgegebenen

Pinolenaußendurchmesser. Der Druckwinkel von 15°ist günstig für eine hohe radiale Steifigkeit. Durch dieAnordnung von vier Lagern auf der Arbeitsseite wer-den die Laufgenauigkeit und die Dämpfung verbes-sert.

Lagerluft

Alle Lager in Universalausführung UL haben im einge-bauten Zustand bei der O-Anordnung eine leichte Vor-spannung. Zwischenringe begünstigen die thermi-schen Verhältnisse und ergeben eine größere Stützbasisan der Lagerstelle. Damit sich die definierte Lagervor-spannung durch die Zwischenringe nicht verändert,müssen diese exakt gleich breit und planparallel bear-beitet werden.


Die abgedichteten FAG HSS-Spindellager sind war-tungsfrei und mit FAG Wälzlagerfett Arcanol L74 for-life geschmiert.Als zusätzliche Abdichtung dient auf der Schleifschei-benseite ein Labyrinth mit definiert engen Axialspal-ten von 0,3...0,8 mm. Auf der Antriebsseite genügteine einfache Labyrinthdichtung.

29 FAG



Spindellager Welle +3/–3 µm 1 µm 1,5 µm(Arbeitsseite) Gehäuse -3/+5 µm 2 µm 3,5 µm

Spindellager Welle +3/–3 µm 1 µm 1,5 µm(Antriebsseite) Gehäuse +5/+13 µm 2 µm 3,5 µm

17: Lagerung einer Außenrundschleifspindel

18 Flächenschleifspindel

Technische Daten

Leistung des Schleifmotors 220 kW; maximale Dreh-zahl 375 min–1; Gewichtskraft von Spindel, Rotor undSchleifkopf 30 kN; Schleifdruck maximal 10 kN.

Lagerwahl

Auf der Seite des Schleifkopfs ist die Spindel in einemzweireihigen Zylinderrollenlager FAGNN3060ASK.M.SP abgestützt. Das oberhalb diesesLagers angeordnete Axial-Rillenkugellager FAG51164MP.P5 nimmt die axiale Komponente desSchleifdrucks auf. Am oberen Ende sind das zweireihi-ge Zylinderrollenlager FAG NN3044ASK.M.SP unddas Axial-Rillenkugellager FAG 51260M.P6 einge-baut. Das Zylinderrollenlager übernimmt die radialeFührung; das Axial-Rillenkugellager trägt das Gewichtvon Rotor, Spindel und Schleifkopf. Zur Erhöhungder axialen Steifigkeit ist dieses Lagers mit Tellerfederngegen das untere Axial-Rillenkugellager angestellt.


Die starre Führung der Spindel in radialer Richtungwird durch formgenaue Umbauteile, feste Passungen derLagerringe und eine leichte Vorspannung der Zylinder-rollenlager erzielt. Die Innenringe werden dabei soweitauf den kegeligen Lagersitz geschoben, bis der Rollkör-perkranz unter leichter Vorspannung (5 µm) umläuft.Oberflächengüte und Maßgenauigkeit der Werkstückehängen vor allem von der axialen Steifigkeit des Spin-delstocks und des Rundtisches ab, wobei der Steifigkeitder Axiallager besondere Bedeutung zukommt. Zur Er-höhung der Steifigkeit werden die Axiallager mit denTellerfedern, die sich am oberen Ende der Spindel be-finden, mit einer Kraft von 40 kN vorgespannt. Da dieGewichtskraft (Spindel, Rotor, Schleifkopf ) 30 kN be-trägt, verbleibt für das untere Axiallager eine Vorspan-nung von 10 kN. Damit ist starre spielfreie Führungder Spindel auch in axialer Richtung gewährleistet. Dierechnerische Steifigkeit beträgt 2,5 kN/µm; bei einemmaximalen Schleifdruck von 10 kN weicht die Spindelalso nur um 4 µm axial aus.


Die Lager des Spindelstocks haben eine for-life-Schmie-rung mit dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V. Als Ab-dichtung am oberen Spindelende genügt eine Spaltdich-tung, da der Spindelstock oben mit einer Kappe ver-schlossen ist. Ein Wellendichtring verhindert, daß Fettin den Motor gelangt. Die untere Lagerung hat auf derMotorseite eine Spaltdichtung und auf der Schleifkopf-seite eine Spaltdichtung mit vorgeschaltetem Labyrinth.

FAG 30

18: Lagerung einer Flächenschleifspindel

19 Rundtisch einer Senkrecht-Drehmaschine

Technische Daten

Antriebsleistung 100 kW; Drehzahlen bis n = 200 min–1;Drehtisch-Außendurchmesser 2 000, 2 200 oder 2 500 mm; maximaler Werkstück-Durchmesser 2 800 mm, maximale Werkstückhöhe 2 700 mm, maximales Werkstückgewicht 250 kN; Rund- undPlanlaufabweichung maximal 5 µm.

Lagerwahl

Die Lagerung der Planscheibe erfordert hohe Laufge-nauigkeit und Starrheit. Da die Axialkraft überwiegtund durch exzentrischen Kraftangriff ein großes Kipp-moment entsteht, baut man ein Axial-Rillenkugellagerin erhöhter Genauigkeit (Hauptabmessungen 1250 x1495 x 150 mm) ein. Die radiale Führung übernimmtein Schrägkugellager in erhöhter Genauigkeit FAG7092MP.P5 (30° Druckwinkel). Beide Lager werdenmit 50 kN gegeneinander vorgespannt.

Die hohe Vorspannung garantiert eine hohe Laufge-nauigkeit bei hoher radialer und axialer Momenten-oder Kippsteifigkeit unter relativ geringer Eigenerwär-mung. Durch spezielle Maßnahmen während derMontage und nach Überschleifen des Rundtisches er-gibt sich ein Planlauf von max. 5 µm.


Axial-Rillenkugellager: Zahnkranz j5Schrägkugellager: Königszapfen j5/Zahnkranz K6


Die Lagerung hat Ölumlaufschmierung.Über Ölzuführungsröhrchen gelangt das Öl direkt andie einzelnen Lagerstellen. Hat das Öl die Lagerdurchlaufen, wird es über einen Filter in einen Sam-melbehälter geleitet und erneut den Lagern zugeführt.Das Dichtungslabyrinth verhindert den Ölaustritt undschützt die Lager vor Verschmutzung.

31 FAG

19: Rundtischlagerung einer Senkrecht-Drehmaschine

20 Reitstockspindel

Technische Daten

Maximale Drehzahl n = 3 500 min–1


Die Lagerung muß insbesondere starr und tragfähigsein. Weitere Forderungen wie hohe Genauigkeit undgute Drehzahleignung werden mit Lagern in Genauig-keitsausführung erfüllt.

Auf der Arbeitsseite übernimmt ein zweireihiges Zylin-derrollenlager FAG NN3014ASK.M.SP die hohe Ra-diallast. Die hohe Axialkraft wird auf der Gegenseitevon vier Schrägkugellagern FAG 7210B.TVP.P5.ULübernommen. Davon sind drei Lager in Tandem-An-ordnung eingebaut, das vierte Lager dient lediglich zuraxialen Gegenführung.

Der maximale Lageraußendurchmesser ist durch diePinolengröße vorgegeben.

Zylinderrollenlager haben eine hohe radiale undSchrägkugellager mit 40° Druckwinkel eine hohe axialeTragfähigkeit.

Lagerluft

Das Zylinderrollenlager mit kegeliger Bohrung istdurch Aufpressen des Innenrings auf den konischenWellensitz (Kegel 1:12) mit 2...3 µm vorgespannt.

Die Schrägkugellager in Universalausführung UL habenbei der O-Anordnung eine leichte Vorspannung. Diebeiden Zwischenringe sind genau gleich breit und die-nen lediglich dazu, einen Hohlraum zu schaffen, derdas aus den Lagern entweichende überschüssige Fettaufnimmt.


For-life-Schmierung mit FAG Wälzlagerfett ArcanolL135V. Eine Labyrinthdichtung verhindert denSchmutzeintritt ins Lager.

FAG 32



Welle, kegelig Kegel 1:12 1,5 µm 2 µmZylinderrollenlager Gehäuse –13 / +2 µm 2,5 µm 4 µm

Welle –4 / +4 µm 1,5 µm 2 µmSchrägkugellager Gehäuse –4 / +6 µm 2,5 µm 4 µm

20: Lagerung einer Reitstockspindel

21 Drehschälmaschine für Rundstangen und Rohre

Mit Drehschälmaschinen werden auf besonders wirt-schaftliche Weise Stangen und Rohre verschiedensterDurchmesser nach Toleranzklasse h9 gefertigt. BeimDrehschälverfahren wird das stillstehende Rundmate-rial mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeitgegen rotierende Drehmeißel bewegt. Bei dieser Ma-schine sind vier Drehmeißelschlitten am Umfang desDrehkopfes verteilt und radial verstellbar.

Technische Daten

Antriebsleistung 75 kW; Drehzahl n = 300...3600 min–1;Material-Außendurchmesser 11...85 mm; Vorschubge-schwindigkeit 1...40 m/min.

Lagerwahl

Die Hauptlagerung nimmt die Schnittkräfte der vierDrehmeißel auf und wird von zwei Spindellagern FAGB7036E.T.P4S.UL gebildet. Die Lager sind in O-An-ordnung über Federn mit 14,5 kN (2 % von C0/Y0)vorgespannt.C0 statische TragzahlY0 Axialfaktor bei statischer BelastungZwei Schrägkugellager FAG 71848MP.P5.UL in O-Anordnung übernehmen die Führungskräfte des axial verschiebbaren Hohlkegels, in dem die vier Dreh-

meißelschlitten radial geführt und eingestellt werden.Auch diese Lager sind mit einer Federvorspannkraftvon 5 kN (1 % von C0/Y0) gegeneinander angestellt.Erfahrungsgemäß treten bei diesen Vorspannkräftenkeine Schlupfschäden auf, selbst wenn die Drehschäl-maschine innerhalb einer Sekunde von 3600 min–1 aufNull abgebremst wird.


Die Innenringe beider Lager haben Umfangslast undsind mit Toleranz js5 gepaßt.Die Lagersitze der Außenringe sind nach G6 bearbei-tet. Hierbei bleibt die Federvorspannung in allen Be-triebszuständen wirksam, da die Wärmedehnungenund Fliehkraftaufweitungen der rotierenden Teilenicht zum Klemmen der Außenringe im Gehäuseführen.


Die Lagerungen haben Öl-Einspritzschmierung. Ver-wendet wird das Öl ISO VG 32 (32 mm2/s bei 40 °C).Bei 80 °C hat das Öl eine Betriebsviskosität von � = 8 mm2/s. Eine aufwendige Labyrinthabdichtungschützt die Lager gegen eindringende Schneidemul-sion und Späne (Abrieb) sowie gegen austretendes Öl.

33 FAG

21: Lagerung einer Drehschälmaschine für Stangen und Rohre

22 Schwungrad einer Karosseriepresse

Technische Daten

Antriebsleistung 33 kW; Schwungraddrehzahl 370 min–1;Radialbelastung aus Schwungradgewicht und Riemen-zug ca. 26 kN.

Lagerwahl

Wegen der hohen Belastungen und der Umfangslast amAußenring müssen beide Laufringe fest auf ihren Ge-genstücken sitzen. Dennoch soll der Ein- und Ausbauder Lager einfach sein. Diese Forderungen erfüllen Zylinderrollenlager. Die Lager haben eine hohe Trag-fähigkeit und sind zerlegbar, d. h., Innen- und Außen-ringe können einzeln montiert werden.

Das Schwungrad ist mit zwei ZylinderrollenlagernFAG NU1048M1A auf dem Hohlzapfen abgestützt,der aus dem Pressenständer ragt. Das NachsetzzeichenM1A bedeutet, daß die Lager mit einem außenbordge-führten Messing-Massivkäfig ausgerüstet sind. Zuraxialen Führung des Schwungrads ist an den äußerenSeiten der beiden Zylinderrollenlager je ein Winkel-ring FAG HJ1048 angeordnet. Zwischen den Lagerin-nenringen sitzt die Distanzbüchse J und zwischen denAußenringen die Distanzbüchse A. Damit die Lage-rung eine ausreichende Axialluft bekommt, ist dieBüchse J um 0,6+0,2 mm länger als die Büchse A. Nachder Lagermontage wird die Axialluft geprüft (Mindest-wert 0,4 mm).


Die Größe der Lager ist durch den konstruktiv beding-ten Zapfendurchmesser vorgegeben.


Die Außenringe erhalten Umfangslast und müssen des-halb mit Festsitz gepaßt werden;Naben-Bohrungstoleranz nach M6.Bei den Innenringen liegt Punktlast vor,Wellentoleranz nach j5.

Lagerluft

Eine Kontrollrechnung zeigt, daß sich nach dem La-gereinbau die Radialluft durch Einschnürung desAußenrings und durch Aufweitung des Innenrings(wahrscheinliches Übermaß) gegenüber der Radialluftvor dem Einbau (Tabellenwert) nur um 20 µm verrin-gert. Es können also Lager mit normaler Radialluft(CN = 110...175 µm) verwendet werden.


Fettschmierung (FAG Wälzlagerfett Arcanol L71V).Wellendichtringe verhindern den Schmutzeintritt.

FAG 34

35 FAG

22: Schwungradlagerung einer Karosseriepresse

23 Spindel einer Tischfräse (Holz)

Technische Daten

Antriebsleistung 4 kW; Nenndrehzahl 12 000 min–1.Maximale Belastung des Lagers auf der Arbeitsseite: radial - maximale Schnittkräfte von 0,9 kN,axial - Gewichtskraft der Welle und

Federvorspannung von 0,2 kN.Maximale Belastung des Lagers auf der Antriebsseite:radial - maximaler Riemenzug von 0,4 kN,axial - Federvorspannung von 0,5 kN.

Lagerwahl

Wegen der Forderung nach einer einfachen Lagerungwird auf Ölschmierung verzichtet, die bei so hohenDrehzahlen sonst üblich ist. Die Erfahrung zeigt, daßman mit Fettschmierung gut zurechtkommt, wenn manRillenkugellager in erhöhter Genauigkeit mit Hartge-webekäfig verwendet. Für Lagerungen mit sehr hohenDrehzahlen (18 000 min-1) werden vielfach Schräg-kugellager mit kleinem Druckwinkel (Spindellager)eingebaut. Diese Lager sind mit Rillenkugellagern aus-tauschbar und können daher ohne Änderung der Spin-delkonstruktion eingesetzt werden.Eingebaut ist auf der Arbeitsseite ein RillenkugellagerFAG 6210TB.P63, auf der Antriebsseite ein Rillen-kugellager FAG 6208TB.P63. Zwei Tellerfedern span-nen die Lager mit 500 N vor. Damit wird ein spielfrei-er Lauf und eine hohe Steifigkeit des Spindelsystemserreicht. Ferner wird durch die Federvorspannung sichergestellt, daß beide Lager bei allen Betriebszustän-den der Fräse belastet sind. Bei unbelasteten Lagernkönnen die Kugeln nämlich bei hohen Drehzahlengleiten, was zu Aufrauhungen der Oberflächen führenkann (höheres Laufgeräusch).


Die Größe der Lager ist durch den Wellendurchmesservorgegeben, der nach schwingungstechnischen Überle-gungen festgelegt wird. Mit den danach vorgegebenenLagergrößen wird eine ausreichende Lebensdauer erzielt,so daß man bei hoher Sorgfalt hinsichtlich der Sauber-keit bei der Montage und Wartung (Nachschmierung)von einer Verunreinigungskenngröße V = 0,5...0,3 aus-gehen kann. Bei dieser hohen bis höchsten Sauberkeiterreichen die Lager sogar Dauerfestigkeit.


Fettschmierung mit FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V.Die Lager werden mit Fett gefüllt und von Zeit zu Zeitnachgeschmiert. Die Fettmenge darf bei der hohenDrehzahl nicht zu groß sein (vorsichtige Dosierung), dasich sonst die Lager durch die Walkarbeit erwärmen.

Die Lager sind in der Regel alle 6 Monate nachzu-schmieren, bei sehr hohen Drehzahlen auch in kürze-ren Abständen.Um bei der Abdichtung keine zusätzliche Wärme zu er-zeugen, werden die Lager mit nicht berührenden Laby-rinthdichtungen vor Schmutzeinflüssen geschützt.


Sitzstelle Durchmesser- Zylinder Summen-toleranz toleranze planlauftoleranz

(DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle js5 IT2/2 IT2

Gehäuse JS6 IT3/2 IT3(Arbeitsseite)

Gehäuse H6 IT3/2 IT3(Antriebsseite)

FAG 36

23: Spindellagerung einer Tischfräse

Arbeitsseite

Antriebsseite

24 Doppelwellen-Kreissäge

Technische Daten

Antriebsleistung max. 200 kW;max. Drehzahl 2940 min–1.

Lagerwahl

Gefordert ist eine einfache Lagerung mit genormtenLagern, die eine hohe Drehzahleignung haben und einegenaue Wellenführung ermöglichen. Die gewünschtehohe Wellensteifigkeit bestimmt den Lagerbohrungs-durchmesser.Das Festlager ist auf der Arbeitsseite angeordnet, umauf dieser Seite den axialen Wärmedehnweg möglichstklein zu halten. Die beiden Spindellager FAGB7030E.T.P4S.UL sind in O-Anordnung eingebaut.Bei der Universalausführung UL haben die Lager eineleichte Vorspannung, wenn die Innenringe axial zu-sammengespannt werden. Mit dem Lagerpaar werdendie hohe Drehzahlen sicher beherrscht.

Auf der Antriebsseite ist das Zylinderrollenlager FAGNU1026M als Loslager eingebaut. Axiale Wärmedeh-nungen werden ohne Zwang im Lager ausgeglichen.Das Zylinderrollenlager nimmt auch hohe Riemen-spannkräfte auf.


Wellentoleranz js5Gehäusetoleranz JS6


Die Lager werden auf Lebensdauer mit Fett geschmiert,z. B. mit FAG Wälzlagerfett Arcanol L74V.Der beim Sägen anfallende Staub erfordert eine guteAbdichtung. Wegen der hohen Drehzahl werden nichtberührende Dichtungen verwendet. Abschleuderschei-ben verhindern ein das Eindringen grober Verunreini-gungen in die Spaltdichtungen.

37 FAG

24: Lagerung einer Doppelwellen-Kreissäge

25 Walzen eines Kunststoffkalanders

Zur Herstellung von Kunststoff-Folien werden Kalan-der verwendet, bei denen mehrere Walzen aus Hartgußoder Stahl mit polierten Oberflächen übereinanderbzw. nebeneinander angeordnet sind.Heißes Öl oder Dampf fließt durch die Walzen undheizt die Mantelflächen je nach Material bis auf 220 °C auf (Hart-PVC), wodurch eine gute Verarbeit-barkeit der Kunststoffmasse sichergestellt ist.Die Walzen 1, 2 und 4 biegen sich unter den hohenKräften im Walzspalt durch. Um dennoch die Dicken-toleranzen der Folien im µm-Bereich einzuhalten, wirddie Durchbiegung mit Schrägstellung der Walzen 1und 3 sowie mit Gegenbiegung der Walzen 2 und 4kompensiert. Die enge Toleranz der Foliendicke erfor-dert außerdem eine hohe Rundlaufgenauigkeit der Lager und eine ausreichende radiale Führung der nurwenig belasteten Walze 3; dies geschieht durch Vor-spannung der Hauptlagerung mittels seitlich angeord-neter separater Vorspannlager.

Technische Daten

Bauart: Vierwalzen-Kalander, F-FormArbeitsbreite 3 600 mmWalzendurchmesser 820 mmWalzspalt 1. Stufe 1,5...2 mm

2. Stufe 1...1,5 mm3. Stufe 0,25...1 mm

Walzendrehzahl n = 6...24 min–1

Lagerinnenringtemperatur 170 °CWalzengewicht 18 t (Gewichtskraft 180 kN)

Lagerungssystem

Alle vier Walzen stützen sich beidseitig zur Aufnahmeder Radial- und Axialkräfte mit der gleichen Hauptla-gerung ab. Sie besteht als Loslagerung aus zwei zweirei-higen Zylinderrollenlagern und als Festlagerung auf derAntriebsseite aus zwei zweireihigen Zylinderrollenlagernund einem Rillenkugellager. Zusätzlich müssen dieWalzen 2 und 4 Gegenbiegekräfte, die Walze 3 Vor-spannkräfte aufnehmen. Diese Gegenbiege- und Vor-spannkräfte werden jeweils auf beiden Walzenseiten inPendelrollenlagern abgestützt.

Lagerwahl

HauptlagerungDie aus der maximalen Spaltlast von 4,5 kN/cm resul-tierende radiale Auflagekraft von 1620 kN sowie dieGegenbiegungskraft bzw. Vorspannkraft wird von derHauptlagerung auf jeder Seite der Walzen 1, 2 und 4aufgenommen. Zur Aufnahme der Radialkräfte undder axialen Führungskräfte wurden zweireihige FAG

Zylinderrollenlager mit den Abmessungen 500 x 650 x130 mm und Rillenkugellager FAG 61996M.P65 ein-gebaut.Auf der Festlagerseite übernimmt das radial frei gedreh-te Rillenkugellager nur axiale Führungskräfte.Auf der Loslagerseite gleichen Zylinderrollenlager diethermisch bedingten Wärmedehnungen direkt im La-ger aus. Fluchtfehler infolge Wellendurchbiegung undWalzenschrägstellung werden durch eine sphärischeAufnahme der Lagergehäuse im Maschinenständerausgeglichen. Die Lager müssen bis 200 °C maßstabi-lisiert sein, da sich die Lagerinnenringe durch die Wal-zenbeheizung bis auf 180 °C aufheizen können.

Die hohe Rundlaufgenauigkeit (≤ 5 µm) erreicht mandurch Schleifen der Lagerinnenringe und des Walzen-ballens in einer Aufspannung auf Fertigmaß bei 220 °C Oberflächentemperatur der Walze.Das Bearbeiten in einer Aufspannung ist möglich, weilsich die Innenringe der Zylinderrollenlager – im Ge-gensatz zum Pendel- oder Kegelrollenlager – einfachherausziehen und separat aufziehen lassen.Das Schleifmaß der Innenringlaufbahn ist so gewählt,daß auch während des Aufheizvorgangs – bei einerTemperaturdifferenz zwischen Außen- und Innenringvon ca. 80 K – keine radiale Verspannung eintritt.

FAG 38

Walzenanordnung 1 bis 4

1 2

3

4

Gegenbiege-LagerungÜber hydraulische Zylinder wird eine Gegenbiegungerzeugt. Die Gegenbiegekraft von max. 345 kN proLagerstelle wird von Pendelrollenlagern FAG23980BK.MB.C5 auf die Walzenzapfen übertragen.Die Lager stellen eine reibungsarme Drehung der Wal-zen sicher und nehmen aus der Durchbiegung resultie-rende Fluchtfehler auf.

VorspannlagerungDie Hauptlager der Walze 3 werden mit der Differenzaus den Walzkräften von Walze 2 und 4 belastet. Umunkontrollierte radiale Walzenbewegungen zu vermei-den, werden die Hauptlager über PendelrollenlagerFAG 23888K.MB.C5 mit 100 kN vorgespannt.

Lagerdimensionierung

Zwei nebeneinander sitzende Zylinderrollenlager FAG 522028.. haben eine dynamische Tragzahl von 2 x 2 160 kN. Die Lagerbelastung errechnet sich je nach Kraftrich-tung aus (Walzengewicht + Andrückkraft + Gegenbie-gungskraft)/2.Die Dimensionierungsrechnung wird für die höchst-belastete Walze 2, die mit der mittleren Drehzahl 15 min–1 umläuft, durchgeführt.

Die nominelle Lebensdauer ist ca. 77 000 Stunden. Dieerreichbare Lebensdauer, die Belastungshöhe, Schmier-filmdicke, Schmierstoffadditivierung, Sauberkeit im

Schmierspalt und Lagerbauart berücksichtigt, beträgtwegen der hohen Lagertemperatur nur 42 000 h. DieForderung nach einer Gebrauchsdauer von 40 000 hwird erfüllt.


Hauptlager: Welle r6/Gehäuse H6Führungslager: Welle g6/Gehäuse radial freigedrehtVorspannlager: Welle kegelig/Gehäuse H7Rollbendinglager: Welle kegelig/Gehäuse H7

Schmierung

Die Lager werden mit Öl geschmiert. Der Schmierstoffunterliegt sehr hohen Anforderungen. Durch die nied-rige Drehzahl und die hohe Betriebstemperatur kannsich kein elastohydrodynamischer Schmierfilm auf-bauen. Deshalb laufen die Lager immer im Mischrei-bungsgebiet und sind der Gefahr höheren Verschleißesausgesetzt. Dies erfordert qualitativ besonders geeigne-te und geprüfte Schmieröle.Eine zentrale Umlaufschmierung mit Rückkühlungversorgt alle Lagerstellen mit Öl. Bohrungen in denLagergehäusen, umlaufende Nuten an den Lager-außenringen und den Distanzstücken sowie radialeNuten an den Außenstirnseiten führen das Öl direktins Lagerinnere.Lippendichtungen in den Gehäusedeckeln verhinderndas Eindringen von Schmutzpartikeln ins Lager.

39 FAG

d c b a

25: Lagerungssystem des 155-t-Kunststoffkalanders

a Hauptlagerung radial, alle Walzen beidseitig;2 Zylinderrollenlager

b Hauptlagerung axial, alle Walzen antriebsseitig;1 Rillenkugellager 61996M.P65

c Vorspannlagerung, Walze drei, beidseitig;1 Pendelrollenlager 23888 K.MB.C5

d Gegenbiege-Lagerung, Walzen zwei und vier beidseitig;1 Pendelrollenlager 23980BK.MB.C5

26 Stufenlos regelbares Getriebe

Die Hauptbauelemente dieses stufenlos regelbaren Ge-triebes sind zwei Wellen, die eine Kette verbindet. DieKette läuft an jeder Welle zwischen zwei Kegelschei-ben. Durch Veränderung des Abstands der Kegel-flächen vergrößert oder verkleinert sich der Laufkreisder Kette. Damit ist das Übersetzungsverhältnis stufenlos regelbar.

Lagerwahl

Die Lagerung der beiden Getriebewellen besteht aus jezwei Rillenkugellagern FAG 6306.Das Antriebsdrehmoment wird durch die Muffe Müber Kugeln auf die Hohlzapfen H der Kegelscheibenübertragen. Die Druckflächen der Kegelkupplung Ksind keilförmig ausgebildet. Dadurch werden Muffeund Hohlzapfen in Abhängigkeit vom Drehmoment

mehr oder weniger stark auseinandergedrückt und derAnpreßdruck zwischen Kette und Kegelscheiben demDrehmoment angepaßt.Die aus dem Anpreßdruck resultierenden Axialkräftewerden von zwei Axial-Schrägkugellagern FAG751113M.P5 und von einem Axial-RillenkugellagerFAG 51110.P5 aufgenommen.Bei Veränderung des Drehmoments ergeben sich inder Antriebsvorrichtung kleine Relativbewegungenzwischen der Welle und den Kegelscheiben; daher sindzwischen diesen beiden Elementen Nadelkränze mitden Abmessungen 37 x 45 x 26 mm eingebaut.

Schmierung

Durch Tauchschmierung wird reichlich Öl an die Ge-triebeteile und an die Lager herangeführt.

FAG 40


Lager Sitzstelle Durchmesser- Zylinderformtoleranz Planlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Rillenkugellager Welle k5 IT3/2 IT3Gehäuse J6 IT3/2 IT3

Axial-Schräg- und Holzzapfen/Muffe k5 IT2/2 IT2Axial-Rillenkugellager IT3

Nadelkranz Welle h5 IT3/2 IT3Gehäuse G6 IT3/2 IT3

26: Stufenlos regelbares Getriebe

27 Stirnradgetriebe für ein Reversier-Walzgerüst

Technische Daten

Das Gehäuse enthält zwei dreistufige Getriebe. DieAntriebswellen (1) liegen außen in der gleichen Ebene,die Abtriebswellen (4) sind in der Gehäusemitte über-einander angeordnet.Antriebsdrehzahl 1 000 min–1; Übersetzung 16,835:1;Antriebsleistung 2 x 3 950 kW.

Lagerwahl

Eingangswellen (1)Ein Zylinderrollenlager FAG NU2336M.C3 und einVierpunktlager FAG QJ336N2MPA.C3 bilden dasFestlager. Als Loslager ist ein Zylinderrollenlager FAGNJ2336M.C3 eingebaut. Das Vierpunktlager sitzt mitSpiel im Gehäuse (freigedreht) und übernimmt des-halb nur Axialkräfte, während die beiden Zylinderrol-lenlager nur die Radialkräfte aufnehmen.

Zwischenwellen (2, 3)Die Zwischenwellen haben eine schwimmende Lage-rung mit FAG Pendelrollenlagern:22348MB.C3 und 24160B.C3 für die Wellen 2.23280B.MB und 24164MB für die Wellen 3.

Abtriebswellen (4)Als Festlager wird ein Pendelrollenlager FAG24096B.MB verwendet. Ein vollrolliges einreihigesZylinderrollenlager gleicht als Loslager die thermischenLängenänderungen der Welle aus.


Eingangswellen (1):Zylinderrollenlager - Welle n6; Gehäuse J6Vierpunktlager: - Welle n6; Gehäuse H7

Zwischenwellen (2 und 3):Pendelrollenlager - Welle n6; Gehäuse freigedreht.

Abtriebswellen (4):Zylinderrollenlager - Welle p6; Gehäuse JS6Pendelrollenlager - Welle n6; Gehäuse JS6

SchmierungAn den Ölumlauf für die Getrieberäder sind auch dieWälzlager angeschlossen. Das Öl (ISO VG320) wirdden Lagerstellen vom Ölfilter aus unmittelbar zuge-führt.

41 FAG

41: Stirnradgetriebe für ein Reversier-Walzgerüst

28 Schiffsgetriebe

Schiffsgetriebe übertragen mit ihren gehärteten undgeschliffenen Verzahnungen hohe Drehmomente.

Technische Daten

Antriebsleistung P = 5 475 kW; Antriebsdrehzahl 750 min–1; Abtriebsdrehzahl 209 min–1; Betriebstem-peratur ca. 50 °C.

Lagerwahl

KupplungswelleDie Kupplungswelle (oben rechts) ist auf der Antriebs-seite in einem Pendelrollenlager 23248B.MB als Fest-lager und auf der Gegenseite in einem Zylinderrollen-lager NU1056M als Loslager abgestützt. Die Welleüberträgt nur das Drehmoment. Ihre Lager sind nurdurch die geringen Eigengewichtskräfte und kleineZahnradkräfte aus einem Nebenabtrieb belastet. DieLagerabmessungen ergeben sich aus der Konstruktion,was zu größeren Lagern führt, als die Belastung erfor-dert. Eine Lebensdauerbetrachtung erübrigt sich deshalb.

AntriebswelleAn der Antriebswelle werden die Radialkräfte der Ver-zahnung von zwei Pendelrollenlagern 23248B.MBaufgenommen.Die Axialkräfte der Hauptdrehrichtung bei Voraus-fahrt sind getrennt davon in einem Axial-Pendelrollen-lager 29434E abgestützt. Das Lager 23248B.MB aufder linken Seite nimmt zusätzlich die kleineren Axial-

kräfte in der Gegenrichtung auf. Es ist mit geringemSpiel gegen das Axial-Pendelrollenlager angestellt unddurch Federn vorgespannt. Die Vorspannung sorgtdafür, daß beim Lastwechsel Rollen und Laufbahnendes Axiallagers nicht voneinander abheben, sondernständig ohne Schlupf aufeinander abrollen. DerAußenring des Axial-Pendelrollenlagers ist im Gehäuseradial nicht unterstützt, damit dieses Lager keine Ra-dialkräfte übertragen kann.

AbtriebswelleBei der Abtriebswelle sind Radial- und Axialkräfte völ-lig getrennt abgestützt. Die Radialkräfte werden vonzwei Pendelrollenlagern 23068MB aufgenommen. Ander Festlagerstelle auf der Abtriebsseite nimmt ein Axial-Pendelrollenlager 29464E die Differenz aus derPropellerschubkraft bei Vorausfahrt und den axialenZahnkräften auf. Die geringeren Axialkräfte bei Rück-wärtsfahrt gehen auf das kleinere Axial-Pendelrollenla-ger 29364E. Auch diese beiden Axiallager sind mit ge-ringer Axialluft gegeneinander angestellt, mit Federnvorgespannt und im Gehäuse radial nicht unterstützt.


Ausgehend von den technischen Daten ergeben sichfür die einzelnen Wälzlager folgende Werte der nomi-nellen Ermüdungslebensdauer. Der für die Klassifikati-on erforderliche Mindestwert von Lh = 40 000 Stun-den wurde erreicht bzw. weit überschritten.

FAG 42

Welle Lager- Wälzlager dynamisch dynamische Nominelle Viskos.- Faktor Erreichbarestelle äquivalente Kennzahl Ermüdungs- Verhältnis Lebensdauer

Belastung lebensdauer �= a23 = bei höchsterP fL Lh �/�1 a23II · s Sauberkeit[kN] [h] Lhna [h]

KupplungswelleFestlager 1 23248B.MB nur durch Eigengewichtskräfte gering belastetLoslager 2 NU1056M nur durch Eigengewichtskräfte gering belastet

AntriebswelleRadiallager 3 23248B.MB 242 3,98 49 900 6,3 >114 »200 000

3 neu 23048B.MB 242 1,88 4 100 5,8 >114 »200 000

4 23248B.MB 186 5,18 120 000 6,3 >114 »200 000

Axiallager 5 29434E 80 >6,03 >200 000 5,2 >114 »200 0005 neu 29334E 80 4,91 102 000 5,0 >114 »200 000

AbtriebswelleRadiallager 6 23068MB 158 >6,03 >200 000 2,4 >84 »200 000

7 23068MB 293 4,64 83 500 2,4 >84 »200 0007 neu 23968MB 293 2,70 13 600 2,3 39 »200 000

Axiallager 8 29364E nur durch Rückwärtsfahrt kurzzeitg belastet9 29464E 650 3,81 43 300 2,5 > 87 »200 0009 neu 29364E 650 2,35 8 600 2,3 > 84 »200 000

Die Auswirkung der Lagerdimensionierung nach derErreichbaren Lebensdauer wird an den beiden amschwächsten dimensionierten Lagern deutlich. Es sinddies das Pendelrollenlager 23248B.MB (Lagerstelle 3)auf der Kupplungsseite der Antriebswelle und das Axial-Pendelrollenlager 29464E (Lagerstelle 9) auf derAbtriebsseite der Abtriebswelle.

Über die dynamische Kennzahl fL erhält man für dasRadial-Pendelrollenlager 3 die nominelle LebensdauerLh = 49 900 h und für das Axial-Pendelrollenlager 9 Lh = 43 300 h. Aufgrund der Forderung nach einerMindestlebensdauer von 40 000 h wäre damit die La-gerung des Getriebes ausreichend dimensioniert.

43 FAG

28: Lagerung eines Schiffsgetriebes

Erreichbare Lebensdauer

Die praktisch erreichbare Lebensdauer Lhna liegt erheb-lich höher als die nominelle Lebensdauer Lh.Man ermittelt Lhna = a1 · a23 · Lh mit folgenden Daten:Nennviskosität des Öls: �40 = 100 mm2/sBetriebstemperatur: t = 50 °CBetriebsviskosität: � = 58 mm2/sPendelrollenlager 23248B (Nr. 3):C = 2450 kN; C0 = 4250 kN; n = 750 min-1;dm = (440 + 240)/2 = 340 mmBezugsviskosität: �1 = 9,2 mm2/sViskositätsverhältnis: �/�1 = 6,3

Axial-Pendelrollenlager 29464E (Nr. 9):C = 4300 kN; C0 = 15 600 kN; n = 209 min-1;dm = (580 + 320)/2 = 450 mmBezugsviskosität: �1 = 23 mm2/sViskositätsverhältnis: � = �/�1 = 2,5

Für beide Lager ergibt sich eine Belastungskennzahlfs* = C0 / P0* > 14 und daraus K1 = 1 und K2 = 1, so-mit ist K = 1 + 1 = 2. Aus dem Viskositätsverhältnis � und der Bestimmungs-größe K ergeben sich die Basiswerte:- für das Radial-Pendelrollenlager a23II = 3,8 - für das Axial-Pendelrollenlager a23II = 2,9

Den Faktor a23 erhält man aus a23 = a23II · s.Der Sauberkeitsfaktor s wird aus der Verunreinigungs-kenngröße V ermittelt. Beide Lager laufen unter höch-ster Sauberkeit (V = 0,3). Diese liegt vor, wenn die derVerunreinigungskenngröße V = 0,3 zugeordneten Parti-kelgrößen und Filterrückhalteraten nicht überschrittenwerden.Für die betrachteten Lager ergibt sich unter Berück-sichtigung des Viskositätsverhältnisses � und der Bela-stungskennzahl fs* ein Sauberkeitsfaktor von s > 30 undsomit ein Faktor a23 = a23II · s > 114 bzw. > 87. Die er-reichbare Lebensdauer liegt im Bereich der Dauerfestig-keit.

Man könnte also bei den Lagerstellen 3, 5, 7 und 9 beigleichem Wellendurchmesser kleinere Wälzlager ein-bauen (siehe Tabelle 3 neu, 5 neu, 7 neu, 9 neu) undwürde trotz der jetzt höheren Lagerbelastung immernoch im Bereich der Dauerfestigkeit liegen.


Da für alle eingebauten Lagerinnenringe Umfangslastvorliegt, werden sie fest auf die Wellensitze gepaßt:- Radiallager nach n6- Axiallager nach k6.Bei Punktlast der Radiallager-Außenringe werden dieLagersitze in den Gehäusen nach H7 gefertigt.Da die Axial-Pendelrollenlager ausschließlich Axial-lasten aufnehmen sollen, werden sie mit Spiel, d. h. radial frei, in die mit E8 bearbeiteten Gehäusesitze ge-paßt.


In Schiffsgetrieben wird wegen der hohen Anforderun-gen an Sicherheit und Zuverlässigkeit ein entsprechen-der Aufwand hinsichtlich der Schmierung und Sauber-keit betrieben. Das Umlauföl ISO VG 100, das dieZahnräder und Wälzlager schmiert, wird gekühlt undgezielt den Lagern zugeführt. Umschaltfilter mit An-zeige des Filterzustandes mit entsprechender Filter-rückhalterate sichern einen Ölzustand, bei dem Parti-kel mit einer Größe von max. 75 µm nicht überschrit-ten wird und demnach üblicherweise die höchste Sauberkeitsstufe vorliegt (VerunreinigungskenngrößeV = 0,3).Das Öl sollte demnach eine Reinheitsklasse nach ISO4406 von 14/11 oder 15/12 haben.Radial-Wellendichtringe schützen das Getriebe vorVerunreinigungen.

FAG 44

29 Kegelrad-Stirnradgetriebe

Technische Daten

Antriebsdrehzahl 1 000 min–1; Übersetzung 6,25:1;Antriebsleistung 135 kW.


RitzelwelleDas Ritzel ist fliegend gelagert. Zwei KegelrollenlagerFAG 31315.A100.140.N11CA bilden als Lagerpaar inX-Anordnung das Festlager. Der Distanzring A zwischenden Außenringen ist so bemessen, daß das Lagerpaarvor dem Einbau die Axialluft 100...140 µm hat. DasLoslager, ein Zylinderrollenlager FAG NUP2315E.TVP2,ist auf der Welle fest und im Gehäuse verschiebbar ge-paßt. Zur Einstellung des Ritzeleingriffs am Tellerradwerden die Distanzringe B und C auf passende Breitegeschliffen.

TellerradwelleDie Tellerradwelle ist in zwei Kegelrollenlagern FAG30320A bzw. T2GB100 (DIN ISO 355) abgestützt.Die Lager sind in X-Anordnung eingebaut und werdenüber die Außenringe angestellt. Zur axialen Einstellungdes Tellerrads und des Axialspiels der Lagerung werdendie Distanzringe D und E eingepaßt.

AbtriebswelleDie Abtriebswelle hat eine schwimmende Lagerung mitzwei Pendelrollenlagern FAG 23028ES.TVPB.

Durch einen Spalt zwischen den Deckeln und Außen-ringen werden axiale Verspannungen vermieden.Für das Loslager der Ritzelwelle errechnet sich eine dynamische Kennzahl fL = 2,88. Dieser Wert entsprichteiner nominellen Lebensdauer von Lh = 17 000 Stun-den. Mit der erweiterten Lebensdauerberechnung ergibtsich unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungenwie:– Öl ISO VG220 mit geeigneten Additiven,– gute Sauberkeit im Schmierspalt,– Betriebstemperatur max. 80 °C,ein Faktor a23 = 3. Damit ergibt sich die erreichbare Lebensdauer Lhna = 50 700 Stunden.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und müssensomit fest auf die Welle gepaßt werden. Für die Lager-sitze bei Ritzellagerung, Tellerrad- und Abtriebswellegelten folgende Toleranzen: Welle m5 / Gehäuse H6


Alle Lager werden mit Getriebeöl geschmiert. Hierbeireicht das von den Zahnrädern abgeschleuderte Öl zurSchmierung aus. Dem Kegelrollenlagerpaar der Ritzel-lagerung wird das in Fangtaschen im Gehäuseoberteilgesammelte Öl über Kanäle zugeführt. An den Wellendurchgängen sind Wellendichtringe an-geordnet.

45 FAG

29: Kegelrad-Stirnradgetriebe

30 Zweistufiges Stirnradgetriebe

Technische Daten

Eingangsdrehzahl max. 1 500 min–1; Übersetzungsver-hältnis 6,25:1; übertragbare Leistung 1 100 kW beider höchsten Drehzahl 1 500 min–1.

Lagerwahl

Die Lagerungen der drei Getriebewellen sind angestellt.Verwendet werden zwei Kegelrollenlager FAG 32224A(T4FD120)*, zwei Kegelrollenlager FAG 30330A(T2GB150)* und zwei Kegelrollenlager FAG 30336.Bei der gewählten X-Anordnung stellt man die Außen-ringe an, wobei die zwischen Außenring und Ab-schlußdeckel eingelegten Paßscheiben die Axialluft be-stimmen. Der gleiche Getriebekasten ist auch für Ge-triebe mit größerer Leistung vorgesehen. In diesemFall werden größere Lager eingebaut, und die Büchsenfehlen.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und erhaltendaher einen Festsitz auf der Welle. Die Außenringe ha-ben Punktlast und können daher lose gepaßt werden.Die Lagersitze auf den Wellen sind nach m6, die inden Gehäusen nach J7 bearbeitet.

*) Bezeichnung nach DIN ISO 355

Die relativ lose Gehäusepassung erleichtert das Anstel-len der Außenringe.

Schmierung, Kühlung, Abdichtung

Die Art der Schmierung hängt davon ab, bei welcherDrehzahl, Leistung, Einschaltdauer und Umgebungs-temperatur das Getriebe eingesetzt wird.Bei niedrigen Leistungen und niedrigen Zahnrad-Um-fangsgeschwindigkeiten kommt man mit einer Tauch-schmierung ohne Zusatzkühlung aus.Mittlere Leistungen erfordern vielfach eine Zusatzküh-lung. Bei hohen Leistungen und Umfangsgeschwin-digkeiten wird eine Öl-Umlaufschmierung (u. U. mitÖlkühler) vorgesehen. Genaue Angaben über den Ein-satzbereich der jeweiligen Schmierungsart und der Ölegeben die Getriebehersteller.Die Wälzlager werden mit demselben Öl wie dieZahnräder geschmiert; dazu sind im GetriebekastenStaubleche und Fangnuten angebracht, die das Öl auf-fangen und durch Kanäle zu den Lagern leiten.Als Abdichtung an den Wellendurchgängen genügenSpaltdichtungen mit Rillen- und Ölrücklaufkanälen inden Abschlußdeckeln. Bei ungünstigen Umweltbe-dingungen kommen aufwendigere Dichtungen, z. B.Wellendichtringe (wenn nötig mit Staublippe) zumEinsatz.

FAG 46

30: Zweistufiges Stirnradgetriebe

31 Schneckengetriebe

Technische Daten

Antriebsleistung 3,7 kW; Eingangsdrehzahl 1 500 min–1;Übersetzungsverhältnis 50:1.

Lagerwahl

SchneckenwelleDie Hauptbelastung der Schneckenwelle ist axial ge-richtet, wobei die Lastrichtung mit dem Drehsinn derWelle wechselt. Die von den Lagern aufzunehmendenRadialkräfte sind vergleichsweise gering. Man wählteine Festlager-Loslager-Anordnung.Das Festlager bilden zwei Universal-SchrägkugellagerFAG 7310B.TVP.UA. Das Nachsetzzeichen UA be-deutet, daß die Lager beliebig zur Tandem-, O- oder X-Anordnung zusammengesetzt werden können. Dabeiergibt sich nach dem Einbau in O- oder X-Anordnungbei Toleranzen j5 bei der Welle und J6 im Gehäuseeine geringe Lagerluft. Die beiden Schrägkugellagersind in X- Anordnung eingebaut. Je nach Drehrichtungder Schneckenwelle nimmt das eine oder das andere

Lager die Axiallast auf. Als Loslager ist ein Zylinderrol-lenlager FAG NU309E.TVP2 eingebaut.

SchneckenradwelleDie Lager der Schneckenradwelle werden überwiegendradial belastet; die Axialkräfte sind im Verhältnis zurRadialbelastung niedrig. Man ordnet daher ein Rillen-kugellager FAG 6218 als Festlager und ein Zylinderrol-lenlager FAG NU218E.TVP2 als Loslager an.


Schrägkugellager Welle j5; Gehäuse J6Zylinderrollenlager Welle k5; Gehäuse J6Rillenkugellager Welle k5; Gehäuse K6


Das Schneckengetriebe und die Lager werden mit Ölgeschmiert. Der Ölstand soll hierbei bis zum Teilkreisder Schnecke reichen.Die Dichtringe an den Wellendurchgängen verhindernden Ölaustritt und bieten einen ausreichenden Schutzgegen das Eindringen von Verunreinigungen.

47 FAG

31: Schneckengetriebe

32–33 Kraftfahrzeug-Schaltgetriebe

Konstruktion

In Drehmomentwandlern von Kraftfahrzeugen –Schaltgetriebe und Verteilergetriebe – werden auf denAnwendungsfall abgestimmte Wälzlager eingesetzt.Entsprechend den Anforderungen an Kraftaufnahmeund Drehzahl bewähren sich an den HauptlagerstellenRillenkugellager in offener oder schmutzgeschützterAusführung (Clean Bearings), Zylinderrollenlager,kombinierte Lager und Kegelrollenlager. Die Lagerungder Losräder erfolgt in der Regel mit Nadelkränzen.Die Hauptlagerstellen sind als Festlager-Loslager-Kon-struktion, als angestellte Lagerung oder als schwimmen-de Lagerung ausgeführt.

Festlager-Loslager-AnordnungBeide Lager nehmen Radialkräfte auf, das Festlager zu-sätzlich Axialkräfte. Bei extremen Axialbelastungen istauf der Festlagerseite eine getrennte Abstützung der Radial- und Axialkräfte (Axiallager z. B. Rillenkugel-lager oder Vierpunktlager) möglich.

Angestellte LagerungSpiegelbildliche Anordnung von Schrägkugellagernoder Kegelrollenlagern. Hierbei wird im betriebswar-men Zustand Spielfreiheit oder sogar Vorspannung an-gestrebt (enge axiale Führung). Die Regulierung derAxialluft geschieht durch axiales Verschieben der La-gerringe. Beide Lager nehmen Radial- und Axialkräfteauf.

Schwimmende LagerungDie Lager (außer Schräglagern sind alle Lagerbauartenmöglich) nehmen Radial- und Axialkräfte auf, jedochwird eine Axialverschiebbarkeit der Welle zugelassen.Diese ist so festgelegt, daß die Lager auch unterungünstigen thermischen Verhältnissen nicht ver-spannt werden.

Schmierung

Die Zahnräder der Kraftfahrzeuggetriebe werden fastausnahmslos mit Öl geschmiert. Das führt dazu, daßauch für die Wälzlager in den Getrieben in der RegelÖlschmierung vorgesehen wird.Da der Schmierstoffbedarf der Wälzlager sehr geringist, reicht das von den Zahnrädern abgeschleuderte Ölin den meisten Fällen zur Lagerschmierung aus. Nurbei ungünstig liegenden Lagerstellen, die das Spritzölnicht erreicht, kann es notwendig sein, Fangtaschenund Zuführungskanäle anzuordnen.Umgekehrt ist es zweckmäßig, Lager, die unmittelbarneben einem Zahnrad laufen, durch eine Dichtscheibe,ein Abweisblech oder andere konstruktive Maßnah-men vor zu viel Öl zu schützen.

Es muß jedoch bei der gemeinsamen Schmierung vonZahnrädern und Lagern darauf geachtet werden, daßdie lebensdauermindernden Verunreinigungen aus demÖlkreislauf herausgefiltert werden (kostenintensiv).

Schmutzgeschützte Lager

Um diese Verunreinigungen (Zahnabrieb) möglichstlange aus dem Lager fernzuhalten, werden heute beiPkw-Schaltgetrieben abgedichtete, fettgeschmierte Ril-len- oder Schrägkugellager, sog. schmutzgeschützte La-ger ("Clean Bearings") eingesetzt.Da Rollenlager gegenüber überrollten Partikeln weni-ger empfindlich sind, werden sie in Kfz-Getriebennicht in schmutzgeschützter Ausführung verwendet.

Lagerwahl und Dimensionierung

Ausgangsdaten zur Berechnung sind das maximaleEingangsdrehmoment mit der zugehörigen Drehzahl,die Verzahnungsdaten und die Fahrzeitanteile für dieeinzelnen Schaltstufen.

Ermittlung der ZahnkräfteAus der Tangentialkraft Ft = Md / r errechnet sich dieRadialkraft (Fr = Ft · tan �E) und die Axialkraft(Fa = Ft · tan �). Die Zahnkräfte werden entsprechendden Abstandsverhältnissen an den Wellen auf die ein-zelnen Lagerstellen aufgeteilt, wobei auch das durchdie Zahnkraftkomponente Fa hervorgerufene Kipp-moment zu berücksichtigen ist.

Dynamische Kennzahl fLFür nicht abgedichtete Getriebelager in mittleren bisschweren Pkw ist ein fLm-Wert von 1,0...1,3, fürschmutzgeschützte Lager ein fLm-Wert von 0,7...1,0anzustreben.Die umfangreiche Berechnung der Lagerbelastungen in den einzelnen Gängen sowie die gesamte Nachrech-nung der Getriebelagerung erfolgt mit EDV-Program-men.

Erreichbare LebensdauerBei offenen Kugellagern muß man von mäßig verun-reinigtem Schmierstoff (VerunreinigungskenngrößeV = 2) bis stark verunreinigtem Schmierstoff (V = 3)ausgehen. Bei üblichen Belastungskennzahlen der Ge-triebelager von fs* ≈ 2...8 je nach Schaltstufe ergibt sichbei V = 2 ein Sauberkeitsfaktor von s = 0,6...0,7, bei V = 3 ein s = 0,3...0,5. Auf Grund des Verschmutzungseinflusses durch das Ge-triebeöl können also die Leistungsreserven der offenenKugellager (größerer fLm-Wert) nicht ausgenutzt wer-den. Dagegen kann durch das Verwenden von schmutz-geschützten Kugellagern mindestens normale Sauber-keit (Verunreinigungskenngröße V = 1), meist erhöhte

FAG 48

(V = 0,5) oder sogar höchste Sauberkeit (V = 0,3) er-reicht werden. Hiermit erhält man bei einem Visko-sitätsverhältnis von � = 1 einen Sauberkeitsfaktor s, derzwischen 1 und 3 liegt.Im Vergleich zu offenen Lagern, die im „verschmutz-ten“ Getriebeöl laufen, erreicht man daher mitschmutzgeschützten Getriebelagern (Rillen- oderSchrägkugellager), eine bis zu sechs mal längere Lebensdauer.


Bei allen Lagerstellen haben die Innenringe Umfangs-last und die Außenringe Punktlast. Die Wellensitzewerden nach j6...m6, die Gehäusesitze bei Leichtme-tall nach M6...P6, bei Grauguß nach J6...K6 bearbei-tet. Die strammeren Lagersitze in Leichtmetallgehäu-sen berücksichtigen die unterschiedliche Wärmeaus-dehnung von Leichtmetall und Stahl.

49 FAG

32 Pkw-Schaltgetriebe

Technische Daten

5-Gang-Pkw-Schaltgetriebe für ein maximales Ein-gangsdrehmoment von 170 N m bei 4500 min–1; 5. Gang als Schongang; Gehäuse aus Leichtmetall.Übersetzungen: 3,717 – 2,019 – 1,316 – 1,0 – 0,804

Lagerwahl

AntriebswelleKombiniertes Lager (Rillenkugellager + Rollenkranz)als Festlager für die Radial- und Axialkraftaufnahme.Der Rollenkranz läuft direkt auf der Antriebswelle.Der Außenring wird im Zugbetrieb über den Gehäuse-deckel, im Schubbetrieb über einen Sprengring axialfixiert.

VorgelegewelleSchwimmende Lagerung mit Rollenbüchsen. Die Axial-luft wird durch Paßscheiben an der antriebsseitigenRollenbüchse eingestellt. Die axiale Fixierung erfolgtdurch einen Sprengring. Das Getriebe ist gegen Ölaus-tritt abgedichtet. Die abtriebsseitige Rollenbüchse hateine Öffnung im Boden zur leichteren Demontage.

AbtriebswelleZapfenlager:Direktlagerung des Rollenkranzes auf der Abtriebswelleund in der Bohrung der Antriebswelle. Der Käfig wird

durch die Rollkörper geführt. Das logarithmische Profilder Rollen ist speziell auf die Belastungen infolge derWellendurchbiegungen abgestimmt. Schmierbohrun-gen im Zahnrad der Antriebswelle verbessern die Öl-versorgung des Rollenkranzes.

Abtriebsseite:Rillenkugellager als Festlager, axiale Fixierung desAußenrings über Gehäuseschulter und Halteblech.Die auf der Abtriebswelle sitzenden Losräder sind mitzweireihigen Nadelkränzen direkt gelagert.


Lager- Toleranzeinbaustelle Welle Gehäuse

Antriebswelle k6 N6

Direktlagerung Rollenkranz g6

VorgelegewelleAntriebsseite/Abtriebsseite h5 N6

AbtriebswelleZapfenlager g6 G6Abtriebsseite k6 N6

Losradlagerungen(1. – 5. Gang, R.-Gang) h5 G6

FAG 50

32: Pkw-Schaltgetriebe

33 Lkw-Schaltgetriebe

Technische Daten

16-Gang-Schaltgetriebe für schwere Lkw im Lei-stungsbereich von 220 bis 370 kW. Der 4-Gang-Teilwird durch eine Splitgruppe und eine Bereichsgruppeauf 16 Gänge erweitert.Übersetzungen: 13,8 - 0,84 bzw. 16,47 - 1,0.

Lagerwahl

An- und Abtriebswelle, HauptlagerAngestellte Kegelrollenlager in geschachtelter X-Anord-nung. Der Verband wird über den Außenring des an-triebsseitigen Kegelrollenlagers angestellt. Der Außen-ring ist nach K6 gepaßt.

VorgelegewelleKegelrollenlager in X-Anordnung; Bearbeitungstoleran-zen Welle k6 / Gehäuse K6.Die Losräder laufen auf Nadelkränzen.

Erste SplitkonstanteLagerung mit zwei einreihigen Nadelkränzen.Wellentoleranz g5; Gehäusetoleranz G5.

Zweite SplitkonstanteLagerung mit zwei Zylinderrollenlagern, beide Außen-laufbahnen sind in die Zahnradbohrung integriert.Die Zylinderrollenlager nehmen Radial- und Axial-kräfte auf.

BereichsgruppeDie Lagerung der Planetenräder übernehmen zweirei-hige, vollrollige Zylinderrollenlager.Die Schmierstoffversorgung erfolgt durch Bohrungenzwischen den Rollenreihen und Fangtaschen im Steg.Ein Rillenkugellager stützt den Steg gegenüber demHohlrad ab.

Auf der Abtriebsseite der Abtriebswelle nimmt ein Ril-lenkugellager die aus der Gelenkwelle resultierendenRadial- und Axialkräfte auf.

51 FAG

33: 16-Gang-Lkw-Schaltgetriebe

Splitgruppe Viergangteil mit R-Gang Bereichsgruppe

Kraftfahrzeug-Achsantriebe

Konstruktion

In Vorder- und Hinterachsantrieben werden fast aus-schließlich bogenverzahnte Kegeltriebe – mit oderohne Achsversetzung – verwendet. Es treten sehr hoheAxialkräfte auf. So kann z. B. am Ritzel von achsver-setzten Trieben die Axialkraft auf den mehrfachenWert der Tangentialkraft ansteigen. Wegen des be-grenzten Einbauraums und der hohen Drehmomentesind die Ritzellager sehr hoch belastet. Damit sich derZahneingriff zwischen Ritzel und Tellerrad unter derBetriebsbelastung möglichst wenig verändert, ist dieRitzellagerung so starr wie möglich auszuführen. DasRitzel kann entweder fliegend gelagert sein oder eskann zwischen den Lagern angeordnet werden.Die fliegende Anordnung wird häufig als angestellteLagerung mit zwei Kegelrollenlagern ausgeführt. AuchKompaktlagerungen (zweireihige Kegelrollenlager miteinteiligem Außenring oder Außenring mit Flansch)sind gebräuchlich.Das Tellerrad wird zusammen mit dem Ausgleichsge-triebe gelagert. Auch hier darf sich die Einstellung desZahneingriffs unter Betriebslast nur geringfügig verän-dern; die Lagerung muß daher ebenfalls so starr wiemöglich sein. Wegen des größeren Einbauraums undder meist kleineren Axialkräfte ist diese Forderung beider Tellerradlagerung meist leichter zu verwirklichenals bei der Ritzellagerung.

Lageranstellung

Die starre Wellenführung läßt sich dadurch erreichen,daß man die Lager der Ritzel- und Tellerradwelle mitVorspannung gegeneinander anstellt.Die Vorspannung wird im betriebswarmen Zustandinfolge der Wärmedehnung bei Graugußgehäusen fastimmer größer; sie muß aber noch als elastische Verfor-mung aufgenommen werden. Umgekehrt sind die Verhältnisse bei Aluminium-gehäusen, die wegen ihres geringeren Gewichts immerhäufiger verwendet werden.Die Vorspannung ist so zu bemessen, daß eine ausrei-chende Starrheit erreicht wird, die auftretenden Zu-satzkräfte die Lagerlebensdauer jedoch nicht wesentlichbeeinflussen. Dies ist dann der Fall, wenn die axialeVorspannkraft etwa die Hälfte der aufgebrachten äuße-ren Axialkraft Fa nicht überschreitet.

Schmierung

Bei Achsantrieben wird ausschließlich Ölschmierungverwendet, wobei Wälzlager und Zahnräder gemein-sam mit dem gleichen Öl geschmiert werden. Wegender hohen Beanspruchung des Schmierstoffs in derBogenverzahnung werden Hypoidöle mit EP-Zusätzenverwendet. Während die spezifisch geringer belastetenLager der Tellerradwelle durch das Spritzöl ausreichendgeschmiert werden, sind bei der Ritzelwelle, besondersbeim flanschseitigen Lager der Ritzelwelle, Zu- undAbführungskanäle für das Öl vorzusehen. Es ist daraufzu achten, daß der Ölstrom nicht der natürlichen För-derrichtung im Lager – vom kleineren zum größerenKegeldurchmesser – entgegenläuft. Die Ölführungs-kanäle sind so anzuordnen und zu bemessen, daß in je-dem Drehzahlbereich Öl umläuft.

Zur Abdichtung der Ritzelwelle werden normalerweiseRadial-Wellendichtringe, zum Teil in Verbindung miteinem Schleuderblech, verwendet.


Zur Nachrechnung der Ermüdungslebensdauer der Lager geht man beim Achsantrieb – ebenso wie bei denKfz-Schaltgetrieben – vom Drehmoment und von derzugehörigen Drehzahl aus. Die Fahrzeitanteile in deneinzelnen Gängen werden erfahrungsgemäß festgelegt.Aus diesen Daten ermittelt man eine mittlere dynami-sche Kennzahl. Für die Wälzlager in Pkws ist ein Mit-telwert von fLm = 1...1,3 anzustreben.

Da man vom Achsantrieb hohe Führungsgenauigkeitund größtmögliche Laufruhe fordert, kann für die La-ger nur ein verhältnismäßig geringer Verschleiß zugelas-sen werden. Die Gebrauchsdauer der Lager im Achsan-trieb wird bei der heute üblichen Lagerdimensionie-rung zum Teil durch Ermüdung, zum Teil durch Ver-schleiß beendet.

Da im Kfz-Bereich genügend bewährte Praxisfälle vor-liegen, kann im Normalfall auf eine detaillierte Be-rechnung der erreichbaren Lebensdauer verzichtet wer-den. Eine Lagerdimensionierung über die Vergleichs-rechnung mit der dynamischen Kennzahl fL ist ausrei-chend.

FAG 52

34 Pkw-Hinterachsantrieb

Technische Daten

Maximales Motordrehmoment 160 N m bei 3000 min–1.

Lagerwahl

RitzelwelleDie Ritzelwelle ist mit FAG Zoll-Kegelrollenlagern inO-Anordnung gelagert. Die Abmessungen sind:34,925 x 72,233 x 25,4 mm (dynamische TragzahlC = 65,5 kN) und 30,163 x 68,263 x 22,225 mm (C = 53 kN). Mittels Paßscheiben zwischen Gehäuseschulter undLageraußenring wird die Lage des Ritzels zum Teller-rad genau fixiert. Die Innenringe der Lager haben Um-fangslast. Aber nur der Innenring des größeren Lagerswird fest gepaßt. Der Innenring des kleineren Lagerserhält einen Schiebesitz, da über diesen Ring die Lagergegeneinander angestellt werden.

TellerradDas Tellerrad ist zusammen mit dem Ausgleichsgetriebegelagert. Eingebaut sind zwei FAG Zoll-Kegelrollen-lager mit den Abmessungen 38,1 x 68,288 x 20 mm;C = 39 kN.

Sowohl für die Anstellung der Lager als auch für dieEinstellung des Zahneingriffs sorgen Paßscheiben.


Ritzelwelle m6 (größeres Lager)h6 (kleineres Lager)Gehäuse P7

Tellerrad Hohlwelle r6Gehäuse H6.

Damit die Ritzellager mit einem bestimmten Dreh-moment angestellt und ohne aufwendige Paßarbeiten(z. B. an einer massiven Zwischenhülse) werden kön-nen, wird zwischen den Lagerinnenringen eine dünn-wandige, vorgeformte Hülse eingesetzt.

Die Hülse ist länger als der maximale Abstand zwi-schen den beiden Lagerinnenringen. Je nachdem, wiedie Breitentoleranzen der Lager zusammenfallen, wirddie Hülse mehr oder weniger elastisch verformt, maxi-mal um einige Zehntel Millimeter.

53 FAG

34: Pkw-Hinterachsantrieb

35–39 Kraftfahrzeugräder

Bei Kraftfahrzeugen unterscheidet man angetriebeneund nicht angetriebene Räder; die Räder können lenk-bar oder nicht lenkbar sein. Grundsätzlich gilt für alleRäder, daß sie aus fahrtechnischen Gründen so exaktund spielfrei wie möglich geführt werden müssen. Dieswird überwiegend mit gegeneinander angestelltenSchrägkugellagern oder Kegelrollenlagern erreicht.

Vorderräder

Für die gelenkten, aber nicht angetriebenen Vorderrä-der gilt, daß die Achs- bzw. Wellenstummel von derDrehmomentübertragung entlastet sind und demzu-folge relativ klein dimensioniert werden können. DerWunsch nach möglichst kleinem Lenkrollradius sowieder Zwang zur Gewichtseinsparung und Vereinfa-chung der Serienmontage fördern hier den Trend zurkompakten Radlagereinheit.Die Wahl der Lagerbauart führt fast immer dann zumzweireihigen Schrägkugellager, wenn beim Einbau-raum für die Radlager das Verhältnis Baulänge/radialerBauhöhe < 2,5 ist. Dann kommen folgende Vorteilezur Geltung:– kleiner axialer Platzbedarf, große Stützbasis und

damit große Momententragfähigkeit durch großenDruckwinkel,

– geringes Gewicht der gesamten Lagerung,– gut geeignet zur „Integration“ zu Lagerungsein-

heiten,– Flansche lassen sich insbesondere am Innenring

problemloser integrieren als beim Kegelrollenlager.

Hinterräder

Bei den nicht gelenkten Hinterrädern ist in der Regelder radiale Bauraum nicht nur bei den herkömmlichenTrommelbremsen begrenzt, sondern auch bei Fahrzeu-gen mit Scheibenbremsen, weil dort meist an den Hin-terrädern eine zusätzliche Trommelbremse als Feststell-bremse eingebaut ist. Der Betätigungsmechanismusliegt innerhalb der Trommel in Achsnähe und begrenztso den maximalen Nabenaußendurchmesser. Der axia-le Bauraum ist dagegen meist nicht so eingeengt, sodaß auch die Radlagerung nicht besonders kurz gebautwerden muß.Die Standardlagerung für solche Räder besteht deshalbaus zwei relativ kleinen, einzelnen Radial-Kegelrollen-lagern, die mit größerem Abstand eingebaut sind. DieLager haben kleine Druckwinkel, damit auf kleinemEinbauraum eine möglichst große Tragzahl erreichtwird. Die nötige Stützbasis zur Aufnahme der Kipp-kräfte wird durch den großen Lagerabstand erzielt.

Diese einfache und von den reinen Lagerkosten herauch preiswerte Lagerung bietet durch das breite An-gebot von Standard-Kegelrollenlagern große Varia-tionsmöglichkeiten für alle Fahrzeugtypen und -größen.Den Vorteilen stehen aber auch einige Nachteile, ins-besondere in der Großserie gegenüber:– Es müssen sehr viele Einzelteile beschafft, bevorratet

und montiert werden.– Die Lager müssen bei der Montage gefettet und

abgedichtet werden.– Die Lagerung muß angestellt und die Anstellelemen-

te müssen in der richten Stellung gesichert werden.

Deshalb geht auch bei den Hinterrädern der Trend zuzweireihigen Schrägkugellagern, die beim Einbaunicht angestellt werden müssen und sich leicht zu Lage-rungseinheiten integrieren lassen.


Bei nicht angetriebenen Radlagerungen (Nabenlage-rung) haben die Außenringe Umfangslast (Festsitz), dieInnenringe Punktlast (Los-, Schiebe- oder Haftsitz);dies erleichtert die Montage und die Lageranstellung.Bei angetriebenen Radlagerungen haben die Innenrin-ge Umfangslast und die Außenringe Punktlast; dies istbei der Wahl der Bearbeitungstoleranzen zu berück-sichtigen.Nicht angetriebene Vorder- oder Hinterräder mit zweiSchrägkugellagern oder zwei Kegelrollenlagern:inneres Lager: Welle k6 (h6)

Nabe N6, N7 (P7 bei Nabe aus Leichtmetall)äußeres Lager: Achsschenkel g6...j6

Nabe N6, N7 (P7 bei Nabe aus Leichtmetall)Angetriebene Vorder- oder Hinterräder mit zweireihi-gen Schrägkugellagern (Lagerungseinheit):

Welle j6...k6Nabe N6, N7 (P7 bei Nabe aus Leichtmetall)


Bei der Nachrechnung der Ermüdungslebensdauer vonRadlagern werden die statische Radbelastung, derwirksame Rollradius des Reifens rdyn und sein Haftbei-wert sowie die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs inden anzusetzenden Betriebszuständen berücksichtigt.Mit den errechneten Kräften und Momenten ermitteltman die Beanspruchung der einzelnen Lager oder –bei zweireihigen Lagern – der einzelnen Rollkörper-reihen. Das Ergebnis der Nachrechnung kann nur alsAnhaltswert angesehen werden. Im Regelfall strebtman bei Personenwagen mittlere fL-Werte um 1,5, beiNutzfahrzeugen Werte um 2,0 an.

FAG 54


Radlagerungen werden fast ausschließlich mit Fett ge-schmiert. Werden nicht abgedichtete Lager verwendet,sind die Lagerungen im Normalfall durch federbelaste-te Wellendichtringe mit besonderer Staublippe abge-dichtet. Abgedichtete Lager, wie die insbesondere imPersonenwagen weit verbreiteten, zweireihigen Schräg-

kugellager mit for-life-Schmierung, haben normaler-weise eine Kombination aus Dicht- und Deckscheibe.Diese Dichtungen reichen erfahrungsgemäß aus, wenndurch konstruktive Maßnahmen ein Dichtspalt vorge-schaltet wird. Erforderlich sind auch Fangrillen undAbweisbleche, die Schmutz und Spritzwasser von derLagerung fernhalten.

55 FAG

35 Angetriebenes und gelenktes Vorderrad eines Pkw mit Frontantrieb

Technische Daten

Radbelastung 4600 N; Reifengröße 175/70 R14;rdyn = 295 mm; Höchstgeschwindigkeit 180 km/h.

Lagerwahl

Die Lagerung besteht aus einem abgedichteten, zweirei-higen FAG Schrägkugellager.

Das Lager ist mit FAG Wälzlagerfett lebensdauerge-schmiert.

Die Lagerung eines angetriebenen und nicht gelenktenHinterrads eines Pkw mit Heckantrieb kann ebenfallsso ausgeführt werden.

35: Pkw-Vorderrad

Angetriebenes und nicht gelenktes Hinterrad 36 eines Pkw mit Heckantrieb

Technische Daten

Radbelastung 4800 N; Reifengröße 195/65 VR15;rdyn = 315 mm; Höchstgeschwindigkeit 220 km/h.

Lagerwahl

Die Radlagerung besteht aus einem zweireihigen FAGSchrägkugellager, das auf Lebensdauer mit Fett ge-

schmiert ist. Beidseitig angebrachte Dicht- undSchleuderscheiben schützen das Lager vor Umweltein-flüssen.


Die Lagerinnenringe und der Außenring werden festgepaßt.

FAG 56

36: Pkw-Hinterrad

Angetriebenes und nicht gelenktes Hinterrad37 eines Lkw mit Heckantrieb

Die Hinterradnaben von schweren Lastkraftwagen ent-halten oft ein Planetengetriebe. Der Vorteil dieses An-triebs ist, daß auf kleinem Raum ein relativ großes Un-tersetzungsverhältnis erzielt wird. Da das hohe Antriebs-moment erst unmittelbar am Rad entsteht, ergeben sichkleine Differentialgetriebe und leichte Antriebswellen.

Technische Daten

Radbelastung 100 kN; Reifengröße 13.00-20; rdyn = 569 mm; zulässige Höchstgeschwindigkeit 80 km/h.

Lagerwahl

RadlagerungEingebaut sind Kegelrollenlager FAG 32019XA(T4CC095 nach DIN ISO 355) und FAG 33021(T2DE105 nach DIN ISO 355). Diese Lager habeneinen besonders niedrigen Querschnitt, benötigen da-her nur einen kleinen radialen Einbauraum, was demLeichtbau zugute kommt. Die relativ große Lagerbrei-

te und lange Rollen ergeben eine hohe Tragfähigkeit.Die Lager sind in O-Anordnung (große Stützbasis) ge-geneinander angestellt.

PlanetenräderDer Außenplanetenantrieb verstärkt auf geringstemRaum das Antriebsmoment. Die Planetenräder sindvollnadelig, d. h. mit zwei Reihen Nadelrollen, gela-gert. Anlaufscheiben übernehmen die axiale Führung.


Nadelrollen-Direktlagerung Welle h5; Gehäuse G6Kegelrollenlager Welle j6; Gehäuse N7

Schmierung

Planetentrieb und Radlager haben eine gemeinsameÖlschmierung. Ein öldichtes, geschweißtes Gehäuseschützt Getriebe und Lager vor Verschmutzung.

57 FAG

37: Lkw-Hinterrad

38 Lkw-Lenkzapfen

Bei Lenkzapfenlagerungen sind verschiedene Konstruk-tionen üblich. Die Aufnahme der Axialkräfte mit zweiangestellten Radial-Kegelrollenlagern findet man insbe-sondere bei angetriebenen Lkw-Vorderrädern. In ande-ren Fällen werden die Axialkräfte mit Axial-Rillenku-gellagern oder Axial-Kegelrollenlagern abgestützt. Dader radiale Einbauraum bei Lenkzapfenlagerungenmeist sehr gering ist, werden die Radialkräfte (Lenk-und Führungskräfte) von einer Gleitbüchse aus Bronzeund von Nadelhülsen aufgenommen; dadurch ergebensich geringe Lenkkräfte.

Lagerung mit einem Axial-Kegelrollenlager

Die auf den Lenkzapfen wirkenden Stoßkräfte sindsehr hoch. Deshalb muß das Axiallager eine hohe Trag-fähigkeit haben und spielfrei oder mit Vorspannungeingebaut werden. Da der Lenkzapfen nur kleineSchwenkbewegungen ausführt, kann auf einen Käfigverzichtet werden; dadurch läßt sich die Rollkörper-anzahl und somit die Tragfähigkeit erhöhen.

Im Beispiel wird als Axiallager ein vollrolliges Axial-Kegelrollenlager verwendet. Hierbei ist die Laufbahnder Wellenscheibe profiliert, in der Gehäusescheibe istsie eben. Das abgedichtete Lager wird mit einer Blech-kappe zusammengehalten; dies erleichtert die Montage.

Das Lager ist mit Spezialfett gefüllt; falls erforderlich,kann nachgeschmiert werden. Öffnungen in derDichtlippe und deren Elastizität gewährleisten, daßdas verbrauchte Fett entweicht.

Das Spiel zwischen der Achsfaust und Gabel gleichenPaßscheiben aus. Für das Axiallager läßt sich auf dieseWeise bestenfalls der spielfreie Zustand erreichen, washöhere Stoßbelastungen zur Folge hat. Erfahrungs-gemäß wird dies mit einem Stoßfaktor von fz = 5...6,bei angestellten Kegelrollenlagern mit einem Stoßfaktorfz = 3...5 berücksichtigt.

Bei Axial-Kegelrollenlagern wird die Wellenscheibe amLenkzapfen mit g6 relativ lose gepaßt; die Gehäuse-scheibe wird radial nicht geführt.

FAG 58

38: Lkw-Lenkzapfen

39 Federbein für Pkw-Vorderachse

Verstärkt werden Vorderachsen mit Mc-Pherson-Feder-beinen ausgerüstet. Die Schraubenfeder und dieDämpfereinheit des Mc-Pherson-Federbeins führen,bedingt durch Lenkeinschlag und Ein- und Ausfede-rung im Fahrbetrieb, Relativbewegungen zur Karosse-rie aus. Aus Komfort- und Handlinggründen werdendiese Drehbewegungen entweder durch Wälzlageroder durch Gummielemente abgefangen. Die besteMöglichkeit, die Forderungen zu erfüllen, bieten Ril-lenkugellager.

Lagerwahl

Anforderungen– Aufnahme von Gewichtskräften und hohen

Stoßbelastungen– Wartungsfreie Ausführung

Ausführungsvarianten– Dämpfereinheit und Schraubenfeder drehen ge-

meinsam – single path solution (Bild a). Auf das La-ger (Federbeinlager) wirken die Belastungen aus derSchraubenfeder und die pulsierenden Belastungenaus der Kolbenstange.Mögliche Lagerausführungen: Rillenkugellager, dieaxial belastet werden (mit Käfig oder vollkugelig mitgesprengtem Außenring), oder Axial-Rillenkugellager.

– Bewegungsvorgänge der Kolbenstange des Stoß-dämpfers und der Schraubenfeder sind entkoppelt –dual path solution (Bild b).Direkte Anbindung der Stoßdämpfer-Kolbenstangeüber ein Gummielement an die Karosserie, Abstüt-zung der Schraubenfeder über ein spezielles Axial-Rillenkugellager oder Schrägkugellager (Federteller-lager).

Beide Varianten erfüllen die Kriterien Abdichtung, Lebensdauerschmierung und hohe Wirtschaftlichkeit.

59 FAG

39: Federbeinlagerung für Pkw-Vorderachse; a: single path solution, b: dual path solution

a b

40 Wasserpumpe für Pkw- und Lkw-Motoren

Die Wasserpumpe erzeugt im Motor den Zwangsum-lauf des Kühlwassers. Einbaufertige Lagerungseinhei-ten ermöglichen raum- und gewichtssparende Pum-penkonstruktionen.

Lagerwahl

Die Einbaueinheit, Zapfenlager genannt, besteht ausder Welle und einem gemeinsamen Außenring, in diein gewissem Abstand Laufbahnen für Rollkörperkränzeeingearbeitet sind. Im Beispiel bilden ein Kugel- undein Rollenkranz eine Festlager-Loslager-Anordnung. DerRollenkranz befindet sich als Loslager auf der durchden Riemenzug höher belasteten Seite. Der Kugel-kranz als Festlager nimmt außer der Radialkraft auchden Axialschub des Pumpenrads auf.

Bearbeitungstoleranz, Lagerluft

Der Außenring erhält im Gehäuse einen Preßsitz nachR7. Die Lagerluft der Einbaueinheit wird so gewählt,daß noch eine geringe Betriebsluft verbleibt.


Das Zapfenlager ist mit einem Wälzlager-Spezialfettfor-life geschmiert. Die beidseitige Abdichtung der La-gerungseinheit gegen Fettverlust erfolgt mit Lippen-dichtungen im Außenring. Auf der Seite des Pumpen-rads ist eine federbelastete Axial-Gleitringdichtung ein-gebaut. Unvermeidliches Leckwasser kriecht durch dieAblaufbohrung im Gehäuse ins Freie.

FAG 60

40: Wasserpumpen-Lagerungseinheit für einen Lkw-Motor

41 Riemenspannrolle für Pkw-Motoren

Die Nockenwellen vieler Pkw-Viertaktmotoren wer-den mit Zahnriemen von der Kurbelwelle aus ange-trieben.

Die Spannung des Riemens, die für den ruhigen Laufdes Riementriebs notwendig ist, erzeugt eine FAGWälzlagereinheit. Diese Spannrolle besteht aus einemZapfen mit eingearbeiteten Laufbahnen, dem Kugel-kranz und dem Außenring mit aufgespritzter Riemen-scheibe aus Kunststoff.

Die Bohrung für die Schraube zur Befestigung derSpannrolle am Motorengehäuse sitzt exzentrisch, sodaß sich durch Drehen des Zapfens die Riemenspan-nung aufbringen läßt.

Die Lagerbaueinheit ist beidseitig abgedichtet und hateine Fettfüllung, die für die Lebensdauer ausreicht. DieDrehzahl beträgt ca. 7000 min–1.

61 FAG

41: Riemenspannrolle für Pkw-Motoren

42 Radsatzlager eines IC-Reisezugwagens

Radsatzlager der hier beschriebenen Bauform werdenim europäischen Intercity-Verkehr eingesetzt.Der Drehgestellrahmen stützt sich mit einer zentralüber der Lagerung angeordneten Schraubenfeder aufdem Lagergehäuse ab. Die Radsätze werden über ein-seitig angebundene Blattlenker geführt.

Technische Daten

Fahrzeuggewicht plus max. Zuladung 64 000 kg;zwei Drehgestelle mit jeweils 2 Radsätzen, ergibt 4Radsätze pro Waggon.Daraus die Achslast pro Radsatz: A = 64 000/4 = 16 000 kg; Radsatzgewicht GR = 1 260 kg;Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2;Zuschlagfaktor für dynamische Kräfte aus dem Fahr-betrieb fz = 1,3;Axialfaktor für Zylinderrollenlager fa = 1;Anzahl der Lager je Radsatz iR = 4.Damit ergibt sich die dynamisch äquivalente Belastungdes einzelnen Lagers zu P = (A - GR)/iR · g · fz · fa

P = (16 000 – 1 260)/4 · 9,81 · 1,3 · 1 = 46990 NP = 46,99 kN

Raddurchmesser DR = 890 mm;Höchstgeschwindigkeit vmax = 200 km/h (250 km/hlauftechnisch).

Lagerwahl

Zylinderrollenlager bieten als Radsatzlager verschiede-ne Vorteile:

Sie können auf einfache Weise montiert und bei denHauptuntersuchungen leicht kontrolliert und gewartetwerden.

Die Axialluft ist unabhängig von der Radialluft. Zylin-derrollenlager gelten als ausgesprochene Radiallager;sie können mit ihren Borden aber auch alle im Fahrbe-trieb auftretenden Axialkräfte (Führungskräfte) auf-nehmen.

Von allen Rollenlagerbauarten haben Zylinderrollen-lager die geringste Reibung; daher liegt die Drehzahl-eignung höher als bei den anderen Rollenlagern.

Allerdings können Zylinderrollenlager die Schiefstel-lungen der Radsätze zum Drehgestellrahmen nicht

ausgleichen. Das Gehäuse muß daher im Drehgestellpendelnd einstellbar sein.

Für Reisezugwagen und Güterwagen werden die glei-chen Zylinderrollenlager verwendet; dies vereinfachtdie Vorratshaltung.

Eingebaut sind je Radsatzlager zwei Zylinder-rollenlager, ein FAG WJ130x240TVP und einWJP130x240P.TVP.

Die Lagerabmessungen (d x D x B) sind 130 x 240 x 80 mm; die dynamische Tragzahl eines Lagers beträgt C = 540 kN.

Bei der Dimensionierung der Radsatzlagerung wirddie nominelle Lebensdauer (Lh10) in Laufkilometernüberprüft:Lh10 km = (C/P)3,33 · D · π = (540/46,99)3,33 · 890 · π =3397 · 2497,6 ≈ 9,5 Mio Laufkilometer.

Unter diesen Bedingungen sind die Lager ausreichenddimensioniert. Für Radsatzlager in Reisezugwagen gel-ten heute 5 Millionen Laufkilometer (Untergrenze) alsDimensionierungsgrundlage.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast; sie sind dahermit Festsitz gepaßt: Wellenschenkel p6; Gehäuse H7.

Lagerluft

Durch die feste Passung weiten sich die Innenringe auf– die Radialluft wird kleiner. Der Fahrtwind kühlt dieAußenringe stärker als die Innenringe, es kommt zu ei-ner weiteren Verminderung der Lagerluft. Deshalbwurden Lager mit einer Radialluft von 120...160 µmgewählt.


Die Lagerung wird mit einem Lithiumseifenfett ge-schmiert. Als wirksame, berührungsfreie Dichtung haben sich radseitige Lamellendichtringe erwiesen.Auf der Deckelseite hält eine Stauscheibe das Fett inLagernähe. Trotz geringer Fettmenge (≈ 600 g) kann,bedingt durch die Polyamidkäfige, eine hohe Lauf-leistung (800 000 km und mehr) ohne Schmierstoff-wechsel erreicht werden.

FAG 62

63 FAG

42: Radsatzlager eines IC-Reisezugwagens

43–44 UIC-Radsatzlager für Güterwagen

Der Wagenkasten stützt sich mit Blattfedern auf demRadsatz ab. Die Blattfedern führen auch den Radsatz.Führungsflächen am Gehäuse, in die der Radsatzhalterdes Rahmens greift, begrenzen die seitlichen Ausschlä-ge des Wagenkastens und nehmen axiale Kraftspitzenauf. Als Radsatzlager kommen Zylinderrollenlageroder Pendelrollenlager in Frage. Die Außenabmessun-gen der Gehäuse sind beim UIC-Lager genormt. Dieneuesten UIC-Bedingungen sehen für Zylinderrollen-lager und Pendelrollenlager Wellenschenkel mit 130 mm Durchmesser vor. In bestimmten Fällen wer-den für Zylinderrollenlager Wellenschenkel mit 120 mm Durchmesser verwendet.

Lagerluft

Die fest gepaßten Lagerinnenringe weiten sich auf –die Radialluft wird kleiner. Bei Fahrbetrieb kann sich

die verbliebene Lagerluft weiter vermindern, da sichdurch den Fahrtwind die Außenringe gegenüber denInnenringen stärker abkühlen. Daher werden Zylin-derrollenlager mit der Radialluft 130...180 µm bzw.Pendelrollenlager mit erhöhter Radialluft C3 gewählt.


Die Radsatzlager werden mit Lithiumseifenfett ge-schmiert.Als wirksame Abdichtung des Zylinderrollenlagers hatsich eine Filzdichtung mit einem vorgeschalteten Labyrinth erwiesen.UIC-Radsatzlager mit Pendelrollenlagern haben nureine Labyrinthdichtung.

FAG 64

Dimensionierung, Lagerwahl

Technische Daten 43: UIC-Radsatzlager 44: UIC-Radsatzlagermit Zylinderrollenlagern mit Pendelrollenlagern

Fahrzeuggewicht bei maximaler Zuladung Gmax 40 000 kg 40 000 kgHöchstgeschwindigkeit vmax 100 km/h 100 km/hRaddurchmesser DR 1 m 1 mAnzahl der Radsätze 2 2Radsatzgewicht GR 1 300 kg 1 300 kgAchslast A 20 000 kg 20 000 kgAnzahl der Lager je Radsatz iR 4 Zylinderrollenlager 4 PendelrollenlagerZuschlagfaktor fz · fa 1,3 · 1 = 1,3 1,3 · 1,25 = 1,625(fa = 1 für Zylinderrollenlager, bei denen Axialkräfte von den Borden aufgenommen werden;fa = 1,25 für Pendelrollenlager, bei denen Axialkräfte von den Laufbahnen aufgenommen werden.)Equivalente Lagerbelastung:P = (A – GR) · g · fz · fa/iR (g = 9,81 m/s2) 59,6 kN 74,5 kNMittlere Fahrgeschwindigkeit (vFm = 0,75 · vmax) 75 km/h 75 km/hMittlere Radsatzdrehzahl n = 5 310 · vFm (km/h)/DR (mm) 400 min–1 400 min–1

Drehzahlfaktor fn 0,475 0,475Dynamische Kennzahl fL 3,5 3,5Erforderliche dynamische Tragzahl eines Lagers: C = fL/fn · P 439 kN 549 kNEingebaute Wälzlager: Zylinderrollenlager 2 Pendelrollenlager

FAG WJ130x240TVP and FAG 502472AAFAG WJP130x240P.TVP

Bohrung x Außendurchmesser x Breite 130 x 240 x 80 mm 130 x 220 x 73 mmDynamische Tragzahl 540 kN 585 kNBearbeitungstoleranzen der Wellenschenkel p6 p6Bearbeitungstoleranzen der Gehäusebohrungen H7 H7Radialluft 130...180 µm Luftgruppe C3

65 FAG

43: UIC-Radsatzlagerungen mit Zylinderrollenlagern

44: UIC-Radsatzlager mit Pendelrollenlagern

45 Radsatzlager der Drehstromlokomotive Baureihe 120

Der Rahmen stützt sich auf Schraubenfedern und Fe-derarmen ab, die im Radsatzlagergehäuse integriertsind. Die Federarme sind in unterschiedlicher Höheangeordnet. Das Radsatzlager wird durch je zwei He-bel, die am Gehäuse diagonal angelenkt sind, geführt.Die Hebel sind in Gelenkblöcken elastisch gelagert.

Technische Daten

Fahrzeuggewicht 84 000 kgAnzahl der Radsätze: 4Radsatzgewicht: 2 250 kgAchslast: 22 000 kgZuschlagfaktor fz = 1,5Die Lokomotive fährt Höchstgeschwindigkeiten bis200 km/h.

Lagerwahl

Ermittlung der dynamisch äquivalenten Belastung Psiehe Beispiel 42. Eingebaut sind Zylinderrollenlager der Bauformen NJund NJP mit den Abmessungen 180 x 320 x 75 mm.Dynamische Tragzahl eines Lagers: C = 735 kN. DieAußen- und Innenringe beider Lager sind jeweils durchAbstandsringe getrennt. Dabei ist der innere Abstands-ring gegenüber dem äußeren um 2 mm breiter.

Die so entstehende Axialluft ist notwendig, um Dreh-gestell-Fertigungstoleranzen auszugleichen. Das Lagerkann in jedem Fall vorspannungsfrei montiert werden.

BearbeitungstoleranzenDie Lagerinnenringe haben Umfangslast; sie sind dahermit Festsitz gepaßt: Wellenschenkel nach p6.Das Gehäuse aus Aluminiumgußlegierung hat einengrößeren Ausdehnungskoeffizienten als Stahlguß. Des-halb wurde statt der bei Stahlgußgehäusen üblichenGehäusetoleranz H7 das Toleranzfeld J7 gewählt.

LagerluftDurch die feste Passung weiten sich die Lagerinnenringeauf; die Radialluft wird kleiner. Der Fahrtwind kühlt dieAußenringe stärker als die Innenringe. Das führt zu einer zusätzlichen Luftverminderung. Daher wurdendie Lager mit der vergrößerten Radialluft C4 gewählt.

Schmierung, AbdichtungDie Schmierung erfolgt mit einem Lithiumseifenfett.Radseitig ist die Lagerung durch eine zweistegige La-byrinthdichtung abgedichtet. Auf der Seite der Anbau-geräte schützt eine V-Ring-Dichtung vor Verunreini-gungen.

FAG 66

45: Radsatzlager der Drehstromlokomotive Baureihe 120

46 Radsatzlager des ICE-Triebkopfes

Der Drehgestellrahmen stützt sich über je zweiSchraubenfedern auf den Radsatzlagergehäusen ab.Der Radsatz mit den Gehäusen ist über einen Lenkermit dem Drehgestell verbunden. Ein Einstellmecha-nismus ermöglicht den vorspannungsfreien Einbau derRadsätze in die Drehgestelle. Die Lagereinheiten sindüber Deckel axial festgesetzt.

Technische Daten

Achslast 19 900 kgGewicht der ungefederten Massen 2 090 kgRaddurchmesser 1 040 mmMaximale Geschwindigkeit 250...280 km/h

Lagerwahl

In die Radsatzlagergehäuse der Serienfahrzeuge mit derBezeichnung ET 401 sind FAG Kegelrollenlagerein-heiten TAROL 150/250 eingebaut. Kernstück dieserEinheiten ist ein zweireihiges Kegelrollenlager mit denAbmessungen 150 x 250 x 160 mm.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und habendaher Festsitz: Wellenschenkel p6

Gehäuse H7 (bei Werkstoff GGG)J7 (bei Aluminiumlegierung)

Lagerluft

Für ein optimales Laufverhalten der Drehgestelle beiden hohen Geschwindigkeiten ist eine geringe Axial-luft erforderlich. Sie beträgt nach dem Einbau 0,2...0,5 mm.


Das TAROL 150 wird als fertig abgedichtete Einheitgeliefert. Das Dichtungssystem besteht aus zwei hinter-einandergeschalteten, außenspannenden Lamellenrin-gen mit einem vorgeschalteten, einstegigen Labyrinth.Das Labyrinth ist als Dichtungskappe ausgebildet undin den Außenring eingepreßt.

Die Dichtungskappen enthalten jeweils vier Ent-lastungsbohrungen, durch die überschüssiges Fett aus-treten kann. Dies ist besonders wichtig für die Zeit unmittelbar nach einer Nachschmierung. O-Ringedichten die Lagereinheit gegen das Eindringen vonWasser in die Außenringsitzflächen ab.

67 FAG

46: Radsatzlager des ICE-Triebkopfes

47 Radsatzlager der Kanaltunnel-Frachtlokomotive Class 92

Die Class 92 wird für den Frachtverkehr im Eurotun-nel zwischen Großbritannien und dem Festland einge-setzt. Es handelt es sich um eine zweisystemige Loko-motive, d. h. sie kann sowohl mit Gleichstrom (750 VDC) als auch mit Wechselstrom (25 kV AC) betriebenwerden. Die sechsachsige Lokomotive (CoCo) kannLasten bis zu 1 600 t ziehen.

Die Vertikalkräfte wirken vom Drehgestellrahmenüber zwei seitliche Schraubenfedern auf das Radsatz-lagergehäuse. Alle auftretenden Längs- und Querkräftewirken über die Führungszapfen und -büchsen, diemit dem Drehgestellrahmen bzw. mit dem Gehäuseverbunden sind.

Jeweils die mittlere Achse der dreiachsigen Drehgestelleist als sog. Verschieberadsatz ausgeführt, um eine pro-blemlose Fahrt bei engen Kurvenradien zu gewährlei-sten. Die beiden Endradsätze sind wie üblich als Fest-achsen ausgeführt.

Technische Daten

Fahrzeuggewicht 126 000 kg; zwei Drehgestelle mit jedrei Achsen; Raddurchmesser 1 120 mm; Höchstge-schwindigkeit vmax = 140 km/h;Leistung P: 5 000 kW bei 25 kV AC

4 000 kW bei 750 V DC

Lagerwahl

In den Endachsen der Fahrzeuge sind Kegelrollen-lagereinheiten TAROL 150/250 mit Blechkäfigen (JP)eingebaut. Die Lager sind werkseitig spieleingestellt,gefettet und abgedichtet. Auf der Laufradseite erfolgtdie Abdichtung über Fey-Lamellendichtringe. Grober

Schmutz wird durch eine vorgeschaltete Spaltdichtungferngehalten.

Die Achse des Verschieberadsatzes ist in zwei Zylinder-rollenlagern mit den Abmessungen 150 x 250 x 80 mmgelagert. Der verlängerte Innenring ermöglicht inner-halb des Lagers eine axiale Verschiebung von maximal±20 mm.

Die radseitige Abdichtung wird durch langstegige La-byrinthe erreicht.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und sind aufdem Wellenschenkel mit p6 fest gepaßt.Die Gehäusebohrungen (Punktlast) sind nach H7 be-arbeitet.

Lagerluft

Um auftretende Wärmedehnungen auszugleichen, haben die TAROL-Einheiten der Festachsen eine Axialluft von 0,665...0,740 mm und die Zylinderrol-lenlagereinheiten eine Radialluft nach C4 vor demEinbau.

Schmierung

Beide Lagerausführungen werden mit einem Lithium-seifenfett geschmiert. Während der Schmierstoffwech-sel am TAROL-Lager nur bei jeder Hauptrevisiondurchgeführt wird, sind die „Verschiebelager“ auchzwischendurch nachzuschmieren. Wegen der ständi-gen Links-Rechts-Verschiebung der Achse wird derSchmierstoff aus dem Lagerfunktionsbereich verdrängtund muß deshalb regelmäßig ersetzt werden.

FAG 68

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47: Radsatzlager der Eurotunnel-Frachtlokomotive Class 92

48 Radsatzlager einer U-Bahn

Ein Wagen hat zwei Drehgestelle. Jedes Radsatzlagerwird durch Metallgummiblöcke abgefedert und ge-führt. Die Federn sind zwischen Radsatzlager undRahmenausschnitt angeordnet; sie sind zur Vertikalengeneigt und haben winkelförmigen Querschnitt.

Technische Daten

Gewicht eines Wagens einschließlich maximaler Zula-dung 34 000 kg.Anzahl der Radsätze je Drehgestell 2.Radsatzgewicht GR = 1 400 kg.Zuschlagfaktor fz = 1,3.Dynamisch äquivalente Belastung P = 22,6 kN.Raddurchmesser DR = 900 mm.Höchstgeschwindigkeit vmax = 80 km/h.

Lagerwahl

Je Radsatzlager sind zwei Zylinderrollenlager einge-baut: FAG NJ2318E.TVP2.C3.F2.H25 und FAG NJP2318ED.TVP2.C3.F2 (dynamische Tragzahl C = 430 kN).


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und sind da-her fest gepaßt: Wellenschenkel m6; Gehäuse H7.

Lagerluft

Durch die feste Passung weiten sich die Lagerinnenrin-ge auf – die Radialluft wird kleiner. Der Fahrtwindkühlt die Außenringe stärker als die Innenringe. Diesführt zu einer zusätzlichen Lagerluftverminderung.Daher wurden Lager mit der Radialluft C3 gewählt.


Schmierung mit Lithiumseifenfett. Die Abdichtung besteht aus einer Kombination Filzring und Labyrinth.Da die Radsatzlager starker Verschmutzung ausgesetztsind, hat das Labyrinth zwei axiale Stege.

FAG 70

48: Radsatzlager einer U-Bahn

49 Radsatzlager einer Stadtbahn

Der Drehgestellrahmen stützt sich mit geschichtetenGummifedern (Winkelblockfedern) auf den Radsatz-lagergehäusen ab.

Technische Daten

Dynamisch äquivalente Belastung Pm = 37 kN (aus einem Lastkollektiv ermittelt).Mittlerer Raddurchmesser 640 mm.Maximale Fahrgeschwindigkeit vmax = 80 km/h.

Lagerwahl

Kernstück der hier verwendeten Lagereinheit FAG TAROL 90 ist ein zweireihiges Kegelrollenlager mitden Hauptabmessungen (d x D x B über JR/AR) 90 x 154 x 106/115 mm.

Lagerluft

Im nicht eingebauten Zustand hat die LagereinheitTAROL 90 eine Axialluft von 530...630 µm.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und werdendeshalb fest gepaßt: Wellenschenkel n6.


Die Schmierung erfolgt mit einem Lithiumseifenfett.Das TAROL 90 ist beidseitig mit Lamellenringen ab-gedichtet. Zusätzlich hat der Stützring radseitig einenKragen, der zusammen mit dem radseitigen Deckeleine Spaltdichtung bildet.

71 FAG

49: Radsatzlager einer Stadtbahn

50 Radsatzlager nach AAR-Standard*) und abgewandelte Formen

Die FAG Kegelrollenlagereinheit TAROL nach AAR-Standard ist ein kompakt gebautes System mit einemzweireihigen Kegelrollenlager als Kernstück. Dichtun-gen auf beiden Seiten des Lagers, Zubehörteile und dieFettfüllung machen die TAROL-Einheit zu einer ein-baufertigen Baugruppe; hierbei erübrigt sich auch dieEinstellung der Lagerluft. Standardmäßig wird heutedie sog. NFL-Ausführung (No field lubrication) einge-setzt. Diese TAROL-Einheiten werden während desBetriebs nicht mehr nachgeschmiert. Eine Lager-Neu-fettung erfolgt nur bei der Lagerinspektion.

TAROL-Einheiten müssen nicht in ein Gehäuse einge-baut werden. Als Verbindung zwischen TAROL-Ein-heit und Drehgestellrahmen dient ein Adapter (Zwi-schenstück), der die Kräfte überträgt und den Außen-ring des Lagers auf dem belasteten Teil des Umfangsunterstützt.

FAG liefert NARROW und WIDE Adapter nachAAR-Norm sowie Spezial-Adapter, die dem jeweiligenEinbaufall angepaßt sind.

Für die einzelnen Größen der TAROL-Einheiten hatdie AAR zulässige Achslasten festgelegt.

Einzelteile der FAG Kegelrollenlagereinheit TAROL

1 Sicherungsblech2 Sechskantschraube3 Endkappe4 Lageraußenring5 Lagerinnenring mit Rollenkranz6 Abstandsring7 Dichtungslaufring8 Dichtung9 Stützring

FAG baut zwei Arten von Dichtungen ein: die berüh-rende Radial-Wellendichtung (Bild a) entspricht derim Bereich der AAR verwendeten Ausführung. Dienichtberührende Lamellendichtung (Bild b) wurde vonFAG entwickelt und von der AAR geprüft.

FAG 72

2

1

3

7 8 5 6 7 984

50: TAROL-Einheiten mit einem zweireihigen Kegelrollenlager

*) Association of American Railroads

a: Berührende Radial-Wellendichtung

b: Nichtberührende Lamellendichtung

FAG liefert auch TAROL-Einheiten in metrischen Ab-messungen. Diese TAROL-Einheiten (Bild c) habengegenüber der AAR-Ausführung schmälere Kegelrol-lenlager und kürzere Dichtungs- und Befestigungsteile.Entsprechend kürzer sind die zugehörigen Wellen-schenkel, wodurch bei gleichem Wellendurchmesserdie Biegebeanspruchungen kleiner sind als bei derAAR-Lagerung. Es können somit höhere Radlasten zu-gelassen werden.

c: TAROL -Einheiten mit metrischen Abmessungen und kurzemWellenschenkel (SK-Ausführung)

51 Radsatzlager von Kalksandstein-Härtewagen

Betriebsverhältnisse

Die Radsatzlager der Härtewagen sind in den Härte-kesseln der Kalksandsteinindustrie viele Stunden demHeißdampf von annähernd 200 °C und einem Druckvon 16...22 bar ausgesetzt. Der Lagerraum muß wegender Korrosionsgefahr gegen das Eindringen des starkalkalischen Kondensats abgedichtet werden.

Lagerung

Einen besonderen Aufwand bei der Gestaltung der La-gerung erfordert die Abdichtung. Sie wird jedoch mitdem pulverförmigen synthetischen FAG Dicht- undFestschmierstoff Arcanol DF gelöst. Dieser Schmier-stoff eignet sich für Temperaturen von –200...+300 °Cund ist auch bei hohen Temperaturen beständig gegennahezu alle Chemikalien; er altert nicht und nimmtkein Wasser auf. Das in den Lagerraum eingefüllte Pul-ver dringt in alle Spalten der Lagerung ein und bildetdort einen Schmierfilm: zwischen Kugeln und Lauf-bahnen, zwischen Kugeln und Käfig sowie zwischenden Lageraußenringen und der Gehäusebohrung.Durch den Schmierfilm in der Gehäusebohrung läßtsich das Lager auch nach längerer Betriebszeit leicht imGehäuse verschieben. Dadurch werden axiale Verspan-nungen, die evtl. zur Überlastung der Lager führen,vermieden.Neben der Schmierung dient Arcanol DF auch alsDichtungsmittel. Es dringt in die Dichtfugen am Wel-lendurchgang ein und schützt das Lagerinnere vor demEindringen des alkalischen Kondensats.

Die Lagerung ist bei einem Wagen mit zwei Radsätzenfür eine Gesamtgewichtskraft Fr = 43 kN ausgelegt.Die Lagerbelastung für das einzelne Lager ist mit Fr/4relativ gering, so daß preisgünstige RillenkugellagerFAG 6208.R200.250.S1 verwendet werden.Im Hinblick auf die hohe Betriebstemperatur habendie Lager eine besonders große Radialluft (200...250bzw. 250...350 µm) und sind nach S1 (200 °C) wär-mebehandelt und maßstabil.Die Förderwagenlager werden mittels Schlagkappe biszur Wellenschulter auf die Welle montiert und mit derWellenschlußscheibe und Schraube gesichert; sie sitzenlose in der Gehäusebohrung der FAG-ReihengehäuseSUB6208. Die Gehäuse werden am Rahmen des För-derwagens mit zwei Sockelschrauben befestigt. Even-tuelle Höhenunterschiede durch Verwindungen desWagenrahmens werden durch eingelegte Blechstreifenzwischen U-Träger und Rahmen ausgeglichen.


Welle: Lagersitze j6.Gehäuse: der Lagersitzdurchmesser ist 0,5...0,8 mmgrößer als der Lageraußendurchmesser.

Abdichtung

Hochtemperaturfeste Aramid-Stopfbuchsenpackun-gen dichten den Lagerraum am Wellendurchgang ab.Der Deckelflansch ist ebenfalls hochtemperaturbestän-dig abgedichtet.

73 FAG

51: Radsatzlager von Kalksandstein-Härtewagen

Kardanhohlwellenantrieb52 für Drehstrom-Lokomotive der Baureihe 120

Bei der Drehstrom-Lokomotive der Baureihe 120 wer-den alle vier Radsätze angetrieben. Der quer zur Fahrt-richtung angeordnete Fahrmotor ist an drei Punktenmit dem Drehgestell verbunden. Das Drehmoment desFahrmotors wirkt über Ritzel und Großrad auf eineKardanhohlwelle, die durch Gelenkhebelkupplungenmit dem Großrad und dem Treibrad verbunden ist.Das Treibrad überträgt die Zugkraft auf die Schiene.

Technische Daten

Höchstgeschwindigkeit 200 km/h; Zahl der Antriebs-motoren 4; Nennleistung je Motor 1 400 kW; Motor-drehzahl max. 4 300 min–1.

Lagerwahl

Das Großrad stützt sich auf der Kardanwelle in zweiKegelrollenlagern FAG 534052 (Abmessungen 381,05 x479,475 x 49,213 mm) ab, die in O-Anordnung einge-baut sind. Diese Lagerung ergibt auch bei kleinem La-

gerabstand eine relativ große Stützbasis und damit einehohe Kippsteifigkeit. Das Hohlwellengehäuse steht still; auf ihm sind die In-nenringe, die Punktlast erhalten, lose gepaßt. DieAußenringe haben Umfangslast und sitzen deshalb mitfester Passung im umlaufenden Großradkörper.Die Axialluft des Lagerpaars ist auf die Bearbeitungsto-leranzen der Lagersitzstellen und auf die Betriebsver-hältnisse abgestimmt. Innere und äußere Abstands-büchsen machen eine Anstellung der Lagerung beimEinbau überflüssig.

Schmierung

Die Lager und der Raum zwischen den Stegen deräußeren Abstandsbüchse werden beim Einbau mit einem Lithiumseifenfett der NLGI-Klasse 2 vollgefüllt.Nachgeschmiert wird nach je 150 000 km, wobei dasFett durch Bohrungen in den Stegen der Büchse zuden Lagern gelangt.

FAG 74

52: Großradlagerungen eines Kardanhohlwellenantriebs

53 Tatzrollenlagerung für elektrische Güterzuglok

Das Drehmoment des Fahrmotors wird über Ritzelund Großrad auf die Radsatzwelle übertragen. BeimTatzantrieb stützt sich der quer zur Fahrtrichtung an-geordnete Fahrmotor direkt auf der Radsatzwelle inzwei Lagerstellen, den sogenannten Tatzen, ab. Einweiterer Abstützpunkt am Drehgestellrahmen nimmtdas Reaktions-Drehmoment auf.

Technische Daten

Sechs angetriebene Radsätze; Leistung je Fahrmotor500 kW; Höchstgeschwindigkeit 100 km/h.


Um eine lange Gebrauchsdauer der Tatzlagerung (nominelle Lebensdauer über 2 Millionen Kilometer) zuerreichen, wählt man Rollenlager mit hoher Tragfähig-keit. Bei der Dimensionierung werden ein mittleres Antriebsdrehmoment und eine mittlere Drehzahl zu-grunde gelegt. Die dynamische Kennzahl fL soll minde-stens 3,5 betragen, liegt aber meistens deutlich höher.

Eingebaut sind zwei FAG Kegelrollenlager mit denAbmessungen 230,188 x 317,5 x 47,625 mm und231,775 x 336,55 x 65,088 mm. Sie sind wegen desvorgegebenen großen Wellendurchmessers reichlichdimensioniert. Hohe Belastungen durch Schwingun-

gen und Stöße werden von Spezial-Kegelrollenlagernmit verstärktem Blechkäfig (reduzierte Rollenzahl) auf-genommen.

Die beiden Kegelrollenlager werden in O-Anordnungmit geringem Axialspiel (0,2...0,3 mm) eingebaut. Beimaximaler Belastung der Welle sind die Innen- undAußenringe bis zu 3' gegeneinander verkippt. UmKantenspannungen zu vermeiden, werden die Profileder Kegelrollen oder der Laufbahnen modifiziert(leicht ballig) ausgeführt.


Die Innenringe haben Umfangslast und erhalten Preß-sitz auf der Welle; Festsitz (evtl. Treibsitz) für denAußenring bzw. die Hakenbuchse im Gehäuse.


Die Tatzrollenlager werden mit einem Lithiumseifen-fett der Penetrationsklasse 3 mit Rostschutzzusätzen geschmiert. Stauscheiben halten das Fett am Lager(Fettdepot).Das Nachschmierintervall beträgt je nach Betriebsart200 000 bis 300 000 km.Labyrinth-Spaltdichtungen schützen die Lager vor Ver-unreinigungen.

75 FAG

53: Tatzrollenlagerung für elektrische Güterzuglok

54 Stirnradgetriebe für U-Bahn

Der Antrieb moderner Nahverkehrsfahrzeuge soll hohen Fahrkomfort und geringe Lärmbelästigung ver-bunden mit hoher Wirtschaftlichkeit bieten. DieseForderungen erfüllt ein neuartiges, kompakt gebautesAntriebspaket, das voll im Drehgestell abgefedert ist.

Technische Daten

Zweistufiges Parallelwellengetriebe, schräg/doppel-schräg verzahnt; Antriebsdrehzahl (Eingangswelle) nmax = 5 860 min–1; Übersetzung i = 11,025.

Der Antriebsmotor ist direkt an das Getriebe ange-flanscht. Eine Kardangelenkkupplung überträgt dasDrehmoment vom Getriebe direkt auf den Radsatz.Als Material für das achsmittig geteilte Getriebegehäu-se wurde hochfester Aluminiumguß gewählt; damitspart man gegenüber Sphäroguß 25 % an Gewicht.

Lagerwahl

EingangswelleDer Rotor des Antriebsmotors ist fest mit der Ein-gangs-welle des Getriebes verbunden. Eine biegeelasti-sche Kupplung vermeidet Zwangskräfte im Wellen-strang, der durch eine Fest-Loslagerung dreifach abge-stützt wird. Das Loslager im Motor ist ein Zylinderrol-lenlager FAG NU212E (nicht gezeichnet). Auf derMotorseite der Eingangswelle wird als zweites Loslagerein Zylinderrollenlager FAG NJ215E verwendet.Festlager der Eingangswelle ist ein Schrägkugellager-paar FAG 7215B.UA70 in X-Anordnung. Die beidenSchrägkugellager sitzen in einer Hakenbüchse ausStahl. Unterschiedliche Wärmedehnungen zwischenStahl und Leichtmetall können sich dadurch nicht direkt auf die Lagerung auswirken.Die Lager lassen hohe Drehzahlen bei gleichzeitig en-ger axialer Führung zu. Dies bedeutet feste Passungen

der Lagerringe auf der Welle und in der Bohrung derHakenbüchse. Die Forderung, neben der strammenPassung noch eine ausreichende axiale Betriebsluft sicherzustellen, wird mit Schrägkugellagern in Univer-salausführung erreicht. Die Axialluft des nicht einge-bauten Lagerpaars beträgt 70 µm.

ZwischenwelleAls Festlager der Zwischenwelle ist ein PendelrollenlagerFAG 22218E eingebaut, dessen Außenring in einerHakenbüchse aus Stahl sitzt. Das Pendelrollenlagernimmt hauptsächlich Axialkräfte aus der Verzahnungauf. Als Loslager sitzt ein Zylinderrollenlager FAGNJ2216E.C3 mit dem Außenring direkt im Leichtme-tallgehäuse. Die sehr feste Passung im Gehäuse erfor-dert ein Lager mit vergrößerter Radialluft (C3).

AbtriebswelleDie Abtriebswelle, deren großes Stirnrad eine Doppel-schrägverzahnung hat, wird von dem Pendelrollenlagerder Zwischenwelle axial geführt. Für die Abtriebswellegenügt deshalb die schwimmende Lagerung mit zweiZylinderrollenlagern FAG NUZ1848. Die AusführungNUZ mit einer verbreiterten Innenringlaufbahn er-laubt eine größere axiale Verschiebung der Hohlwelle.


Schrägkugellagerpaar Welle k5; Gehäuse K6Pendelrollenlager Welle m5; Gehäuse K6Zylinderrollenlager/Zwischenwelle Welle m5; Gehäuse N6Zylinderrollenlager/Abtriebswelle Welle n5; Gehäuse N6...P6

Schmierung

Alle Lager des Getriebes werden vom Öl kreislauf derVerzahnungen mitgeschmiert.

FAG 76

77 FAG

Antriebs-Hohlwelle

ZwischenwelleEingangswelle

54: Stirnradgetriebe für U-Bahn

Abtriebs-Hohlwelle

ZwischenwelleEingangswelle

55 Kegelradgetriebe für U- und Stadtbahnen

Beim sogenannten Zweiachs-Längsantrieb von U- undStadtbahnen ist der Fahrmotor (meist ein Gleich-strommotor) längs im Drehgestell angeordnet. Aufbeiden Stirnseiten des Motors ist ein Kegelradgetriebeangeflanscht. Die mit dem Drehgestellrahmen fest ver-bundene Antriebseinheit stützt sich federnd auf denRadsätzen ab. Die Antriebsleistung wird von der Rit-zelwelle auf die Tellerradhohlwelle übertragen und vondort über Gummikupplungen auf die Treibradwelle.Diese Ausführung des Antriebs ergibt ein gutes Lauf-verhalten und geringe Beanspruchung von Fahrmotor,Getriebe und Schienenoberbau.

Dimensionierung, Lagerwahl

Aus dem Zugkraft-Geschwindigkeits (Z-V)-Dia-gramm und den Zeitanteilen für verschiedene Fahrzu-stände bestimmt man mittlere Drehmomente undmittlere Drehzahlen (Stundendrehmoment, Stunden-drehzahl). Die Zahnkräfte der Hypoid-Kegelradstufeergeben sich mit Hilfe der Verzahnungsdaten und wer-den im Verhältnis der Hebelarme auf die Lagerstellenverteilt.Für die Lagerdimensionierung geht man von einer Le-bensdauer von 20 000...30 000 Stunden aus. Bezogenauf die mittlere Fahrgeschwindigkeit entspricht dies1,2...1,3 Millionen Laufkilometern.Zur Überprüfung der statischen Sicherheit der Lagerlegt man das maximale Drehmoment (Rutschdrehmo-ment) zugrunde.

RitzelwelleAuf der Ritzelseite ist als Loslager ein einreihiges Zylin-derrollenlager FAG NJ2224E.M1A.C3 (120 x 215 x58 mm) eingebaut. Es nimmt die hohen Radialkräfteauf. Der Massivkäfig ist am Außenring geführt. Da dieLagerringe auf der Welle und im Gehäuse fest gepaßtsind, hat das Lager die vergrößerte Radialluft C3.Als Festlager werden zwei Kegelrollenlager FAG 31316(80 x 170 x 42,5 mm) verwendet. Sie sind paarweise inO-Anordnung eingebaut. Hierbei nimmt das motor-seitige Lager neben den radialen Stützkräften auch dieAxialkräfte aus der Verzahnung auf; das andere Kegel-rollenlager übernimmt nur bei Drehrichtungsände-rung die auftretenden Axialkräfte. Um schädlicheGleitbewegungen (Schlupf ) und vorzeitigen Verschleißzu vermeiden, ist eine Mindestbelastung der Lager er-forderlich. Die Außenringe der Kegelrollenlager wer-den deshalb mit Federn vorgespannt.

TellerradwelleAuf beiden Seiten des Tellerrads ist je ein Kegelrollen-lager mit den Abmessungen 210 x 300 x 54,5 mm ein-

gebaut. Beide Lager sind in X-Anordnung gegeneinan-der angestellt.


Zylinderrollenlager: Welle m6, Gehäuse M6Kegelrollenlager/Motorseite: Welle m6, Büchse M6Kegelrollenlager mit Überring: Welle m6, Ring R6 (S7)Kegelrollenlager der Tellerradwelle: Welle n6 – p6

Gehäuse K6 – M6Die Axialluft des Kegelrollenlagerpaars wird auf dieVerzahnung und auf die Betriebsbedingungen abge-stimmt.

Schmierung

Eine Ölsumpfschmierung versorgt die Getriebelagermit Schmierstoff. Das Schleuderöl wird über das Tel-lerrad aus dem Ölsumpf gefördert und durch Ölauf-fangschalen und Zulaufkanälen den Lagern zugeführt.Das Fahrprogramm der U- und Stadtbahnen erforderthochlegierte Öle, die wärme- und korrosionsbeständigsind.

FAG 78

55: Kegelradgetriebe für U- und Stadtbahnen

56–60 Schiffsruder

Schiffsruder führen in größeren Zeitabständen langsa-me kleine Schwenkbewegungen aus; maximalerSchwenkwinkel ca. 35° nach beiden Seiten. Die Ru-derlager nehmen die vom Ruder und der Ruderma-schine herrührenden Radial- und Axialkräfte auf. Dievom Propellerstrahl erzeugten Erschütterungen bean-spruchen die Lager zusätzlich. Es gibt zahlreiche Ru-derarten; die gebräuchlichsten zeigen die Bilder a bis c.

Nur für die im Schiffsinneren liegenden Lagerstellen derRuder verwendet man Wälzlager. Wegen der Schwierig-keiten beim Einbau, bei der Abdichtung und bei derSchmierung kommen Wälzlager für die außerhalb desSchiffskörpers liegenden Lagerstellen nicht in Betracht.Hier verwendet man Gleitlager aus nichtrostendemStahl, aus Bronze, Kunststoff u. ä. und schmiert mitWasser oder einem Gemisch aus Fett und Wasser.

79 FAG

a) Halbschweberuder b) Spatenruder c) Düsenruder

56– 57 Pendelrollenlager als Ruderlager

Technische Daten

Axiallast 115 kN (Gewichtskraft von Ruder undSchaft); Radiallast 350 kN (Kraft von Rudermaschineund Ruder).


Wegen der hohen Kräfte und wegen der unvermeid-lichen Fluchtfehler werden Pendelrollenlager verwendet.Diese Lager haben eine hohe Tragfähigkeit und sindwinkeleinstellbar. Der Durchmesser des Ruderschaftshängt von der Größe und der Geschwindigkeit desSchiffs sowie von Art und Größe des Ruders ab. MitVorgabe des Schaftdurchmessers liegt auch die Bohrungund somit die Größe des Wälzlagers fest. Eingebaut istein Pendelrollenlager FAG 23052K.MB.R40.90 bzw.FAG 23052K.MB.C2 (Radialluft 150...220 µm). Beider Montage wird der Lagerinnenring soweit auf denkegeligen Wellenschaft gepreßt, bis das Lager leichtvorgespannt ist. Erschütterungen werden dann sicheraufgenommen. Das Hydraulikverfahren erleichtert dieDemontage besonders bei Lagern mit C2-Lagerluft.Dazu muß der Schaft Ölzuführungsbohrungen unddie kegelige Lagersitzfläche eine Ringnut haben.

Die Gehäuse der Ruderlager FAG RS3052KS.1.....oder FAG RS3052KW.1..... sind Schweißkonstruktio-nen aus Schiffsbaublech.

Wegen der nur geringen Schwenkbewegungen wirdbei einem Ruderlager die statische Sicherheit über-prüft. Für Pendelrollenlager strebt man eine statischeKennzahl von fs = 4...5 an.


Wellenschaft Kegel 1:12; Gehäuse H7


Bei der Montage werden die Hohlräume der Pendel-rollenlager und der Gehäuse völlig mit Lithiumseifen-fett der Konsistenzkennzahl 2 gefüllt, das EP-Zusätzeenthält.

Ruderlager FAG RS3052KS.1.....Das Lager hat Fettschmierung und sitzt in einem sog.Topf, den kräftige Rippen mit der Gehäusegrundplatteverbinden. In die Grundplatte ist eine Stopfbuchsen-abdichtung eingebaut. Die Stopfbuchsenpackung läuftauf einer Buchse aus seewasserbeständigem Stahl.Durch die Trennung von Gehäusetopf und Grundplat-te läuft das evtl. eindringende Spritzwasser seitlich abund gelangt nicht in das Wälzlager. Die Stopfbuchseist während des Betriebs jederzeit kontrollierbar undkann im Bedarfsfall nachgezogen werden. Eine federn-de Abdeckscheibe dichtet die Unterseite des Lagers ab.Als Abdichtung am oberen Schaftaustritt genügen einFilzstreifen und ein V-Ring. Die Lagerung mit Stopf-buchsenabdichtung ist wartungsfrei.

Ruderlager FAG RS3052KW.1.....Lager und Abdichtung sind in einem gemeinsamenGehäuse untergebracht und werden mit Fett ge-schmiert. Diese Lagerung kann auch unter der Wasser-linie liegen. Die Abdichtung besteht aus drei seewasser-beständigen Wellendichtringen mit einer dazwi-schenliegenden Fettkammer. Eine automatische Fett-presse hält die Fettkammer ständig unter Druck.

FAG 80

56: Ruderlager FAG RS3052KS.1..... 57: Ruderlager FAG RS3052KW.1.....

58–59 Axial-Pendelrollenlager als Rudertraglager

Wenn das obere Lager hauptsächlich das Gewicht vonRuder und Schaft aufzunehmen hat, verwendet manAxial-Pendelrollenlager. Das ist der Fall bei allen quer-kraftfreien Rudermaschinen, wie z. B. bei Drehflügel-anlagen und Vierzylindermaschinen, die keine Spaten-ruder (Vollschweberuder) betätigen.Die Ausführungen N und W der Rudertraglager unter-scheiden sich durch ihre Abdichtung.


Der Schaftdurchmesser wird nach Formeln der Klassi-fikationsgesellschaften bestimmt. Damit ist der Boh-rungsdurchmesser des Wälzlagers festgelegt. Wegen der hohen axialen Tragfähigkeit wird ein Axial-Pendel-rollenlager FAG 29284E.MB mit den Abmessungen 420 x 580 x 95 mm unmittelbar auf dem Schaft mon-tiert. Die statische Kennzahl der Lagerung liegt bei fs ≥ 10.

Die geschweißten Gehäuse sind außerordentlich flach;sie stehen nur wenig über das Deck bzw. das Lagerfun-dament vor. Dies hat vor allem bei größeren Ruderma-schinen Vorteile, da durch die kleine Ein- und Ausbau-höhe der Ruderschaftsstummel kurz gehalten werdenkann.

Kräftige Federn unter dem Lageraußenring sorgen fürständigen Kraftfluß zwischen Rollen und Laufbahnen.Das Hilfsgleitlager nimmt zusätzlich zum Axial-Pen-delrollenlager Radialkräfte auf, wenn z. B. bei einer 4-Zylinder-Rudermaschine einzelne Zylinder ausfallen.


Wellenschaft h7; das Gehäuse ist frei gedreht, um dieaxiale Federvorspannung über den Außenring sicher-zustellen.


Bei der Montage werden die Hohlräume der Axial-Pendelrollenlager und der Gehäuse ganz mit Lithium-seifenfett (Konsistenzkennzahl 2 mit EP-Zusatz) gefüllt.Wie bei den Ruderlagern mit Radial-Pendelrollenla-gern gibt es bei Rudertraglagern ebenfalls zwei Aus-führungen (N und W). Beide unterscheiden sichdurch die Abdichtung:Rudertraglager FAG RS9284N.1..... sind mit Filzstrei-fen, Rudertraglager FAG RS9284W.1..... sind mit see-wasserbeständigen Wellendichtringen abgedichtet. Am Gehäusedeckel haben beide Ausführungen eine V-Ring-Dichtung.

81 FAG

58: Rudertraglager FAG RS9284N.1..... 59: Rudertraglager FAG RS9284W.1.....

60 Spatenruder (Schweberuder)

Konstruktion

Die Schwenkbewegungen der Spatenruder werden voneinem oberen Ruderlager und einem unteren Kokerla-ger aufgenommen. Beide Lagerstellen sind, da sie imInneren des Schiffes liegen, mit Wälzlagern ausgerü-stet. Das obere Ruder- oder Traglager ist durch denFestring zwischen Deckel und Lageraußenring als Fest-lager ausgebildet. Das untere Kokerlager ist ein Los-lager. An beiden Lagerstellen verwendet man Pendel-rollenlager und erhält damit eine statisch bestimmteLagerung, unempfindlich gegen Fluchtfehler derGehäusebohrungen, gegen Verwerfungen des Schiffs-körpers und gegen Verformungen des Ruderschafts.Beide Pendelrollenlager sitzen auf Spannhülsen, diemittels Hydraulikverfahren montiert bzw. demontiertwerden. Die zugehörigen Spannhülsen (AusführungHG) haben Anschlußbohrungen und Nuten für dasDrucköl.

Technische Daten

Oberes Ruderlager:Axiallast 380 kN (Gewichtskraft von Ruder undSchaft); Radiallast 1 700 kN (Kraft von Ruder undRudermaschine).

Unteres Kokerlager:Radiallast 4 500 kN (Kraft von Ruder und Ruder-maschine).

Lagerwahl, Dimensionierung, Abdichtung

Die Lagerwahl richtet sich nach dem vorgegebenenSchaftdurchmesser und den gegebenen Belastungen.Da die Lager nur Schwenkbewegungen ausführen,werden sie nach ihrer statischen Tragfähigkeit ausge-wählt. Gefordert wird eine statische Kennzahl von fs ≥ 4.

Das untere Pendelrollenlager FAG230/750K.MB.R60.210 (bzw. 230/750K.MB.C2)sitzt auf einer Spannhülse FAG H30/750HG. Da die-ses Lager ständig unter der Wasserlinie liegt, muß derSchaftaustritt besonders sorgfältig abgedichtet werden.

Die Radial-Wellendichtringe laufen auf einer Buchseaus seewasserbeständigem Stahl; sie schließen eineFettkammer ein, die eine automatische Fettpresse stän-dig unter Druck hält. Ein Teil des Fettes (Lithiumsei-fenfett der Konsistenzkennzahl 2 mit EP-Zusatz) dringtin das Gehäuse ein und erzeugt auch dort einen Über-druck.

Die Abdichtung oberhalb des Lagers (Wellendichtringund V-Ring) schützt das Lager gegen Wasser, das mög-licherweise am Ruderschaft herunterläuft oder sich imKokerrohr ansammelt.

Das obere Pendelrollenlager FAG 23188K.MB.R50.130(bzw. 23188K.MB.C2) ist mit einer Spannhülse FAGH3188HG auf dem Schaft befestigt. Die Spannhülseist axial festgelegt, nach unten durch den Schaftbundund nach oben durch einen geteilten Haltering, der ineine Ringnut im Schaft eingelegt und verschraubt ist.Als Traglager nimmt das obere Lager außer Radialkräf-te auch Axialkräfte in Form des Gewichts von Ruderund Schaft auf. Zur Abdichtung am unteren und obe-ren Schaftdurchmesser ist je ein Wellendichtring vor-gesehen. Zusätzlich ist am oberen Schaftdurchgang einV-Ring angeordnet.

Beim Nachschmieren mit einer automatischen Fett-presse wird das bei der Montage eingefüllte Fett unterDruck gehalten, und gleichzeitig werden die Dichtrin-ge geschmiert.


Ruderschaft h8, Zylinderformtoleranz IT5/2 (DINISO 1101); Gehäuse H7.

Lagerluft

Die Lager haben eine besonders kleine Radialluft: das untere Lager von 60...210 µm bzw. 390...570 µm, das obere Lager von 50...130 µm bzw. 230...330 µm. Bei der Montage preßt man die Lager soweit auf dieSpannhülsen, daß sie eine Vorspannung von 20...30 µmerhalten. Durch die vorgespannten Lager werden Er-schütterungen sicher aufgenommen.

FAG 82

83 FAG

60: Lagerung eines Spatenruders

61–62 Schiffswellenlauflager und Stevenrohrlagerung

Die Propellerwelle eines Schiffes stützt sich in Schiffs-wellenlauflagern ab. Da die Längenänderungen beson-ders bei langen Wellen beträchtlich sind, müssen dieLagerungen axial einstellbar sein. Das letzte Wellen-stück, auf dem der Propeller sitzt, läuft in der soge-nannten Stevenrohr- oder Schwanzwellenlagerung.

Technische Daten

Wellendurchmesser 560 mm; Nenndrehzahl der Pro-pellerwelle 105 min–1.Radialbelastung aus Gewicht von Welle und Kupplung62 kN; keine Axiallast – den Axialschub des Propellersübernimmt das Drucklager (Bilder 63-64). Auftreten-de Stöße oder andere dynamische Kräfte werden beider Ermittlung der Lagerbeanspruchung mit einemZuschlag von 100 % auf die Radialbelastung (fz = 2)ausreichend berücksichtigt.

Lagerwahl, Dimensionierung, Abdichtung

Da der Schiffswellendurchmesser vorgegebenen ist,sind die Lager für die aufzunehmenden Belastungenüberdimensioniert. Man erhält dynamische Kennzahlenvon fL = 4...6 und damit hohe nominelle Lebensdauern(Lh). Bei sehr guter Sauberkeit im Schmierspalt wirdbei der erweiterten Lebensdauerberechnung (Lhna) fürSchiffswellenlauf- und Stevenrohrlager Dauerfestigkeiterreicht.Als Schiffswellenlauflager verwendet man ein Pendel-rollenlager FAG 239/600BK.MB (Abmessungen 600 x800 x 150 mm, dynamische Tragzahl C = 3 450 kN).Das Lager wird mit der Spannhülse FAG H39/600HGmittels Hydraulikverfahren auf der Welle befestigt undsitzt in einem Stehlagergehäuse FAG SUC39/600H.1.....(Bild 61a). Das Gehäuse ist aus Grauguß GG-25 und

besteht aus dem ungeteilten Gehäusekörper mit zweigeteilten Deckeln. Die in die Deckel eingesetzten Radial-Wellendichtrin-ge dichten das Gehäuse ab. Bei kleinen Stückzahlensind meist geschweißte Gehäuse wirtschaftlicher alsGußgehäuse. Bild 61b zeigt eine Alternativ-Schiffswel-lenlauflagerung bestehend aus einem PendelrollenlagerFAG 23048K.MB, mit Spannhülse H3048 und einemgeteilten Stehlagergehäuse S3048KBL.1..... (WerkstoffGG-25). Am Heck ist die Schiffswelle vom Stevenrohr umge-ben. Bild 62 zeigt eine Stevenrohrlagerung, beide La-ger wirken als Loslager. Das hintere Lager wird zusätz-lich durch das Propellergewicht und Seewasserschlagbeansprucht. Auch hier nimmt man Pendelrollenlager,deren Innenringe mit Spannhülsen auf der Welle befe-stigt sind. Eine spezielle Stevenrohrabdichtung schütztdie Lagerung vor Seewasser.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast.Spannhülsensitz auf der Welle h8. ZylinderformtoleranzIT5/2 (DIN ISO 1101); Gehäusebohrung nach H7.Bei der Schwanzwellenlagerung werden Flanschgehäuseverwendet.

Schmierung

Die Lager werden mit einem alterungsbeständigen Ölmit EP-Zusätzen (Viskosität 150...300 mm2/s bei 40 °C)geschmiert. Die Unterteile der Traglagergehäuse habenSchaugläser oder Peilstäbe, an denen der zulässige höch-ste und der zulässige niedrigste Ölstand markiert sind.Das Stevenrohr wird mit Öl gefüllt. Der Öldruck wirdetwas größer gehalten als der des umgebenden Wassers.

FAG 84

61a: Schiffswellenlauflager; Pendelrollenlager in SUC-Gehäuse

85 FAG

61b: Schiffswellenlauflager; Pendelrollenlager in S30.K-Gehäuse

62: Stevenrohr- oder Schwanzwellenlagerung

63–64 Schiffsdrucklager

Unmittelbar hinter der Antriebsmaschine eines Schif-fes befindet sich das Drucklager. Es überträgt die vomPropeller erzeugte Schubkraft auf das Schiff. Außer dersehr geringen Radialbelastung durch das Wellenge-wicht tritt daher eine rein zentrische Axialkraft auf; sieist je nach Drehrichtung des Propellers „voraus“ oder„zurück“ gerichtet. Die Axialkraft bei Rückwärtsfahrtist meist niedriger und tritt normalerweise selten auf.Für diese Anforderungen sind drei Lagerungssystemeüblich:

Bild 63a zeigt eine Drucklagerung mit zwei Axial-Pen-delrollenlagern für kleine Wellendurchmesser in einemSGA-Stehlagergehäuse.

Bild 63b zeigt eine Drucklagerung mit zwei Axial- undeinem Radial-Pendelrollenlager in einem FKA-Flansch-lagergehäuse.

Beide Lagerungen werden eingesetzt, wenn bei einemhohen Anteil an Rückwärtsfahrt die axiale Tragfähig-keit eines Radial-Pendelrollenlagers nicht mehr aus-reicht. Die Axial-Pendelrollenlager übernehmen denPropellerschub bei Vorwärts- bzw. den Propellerzugbei Rückwärtsfahrt. Bei Bild 63a übernehmen die Axiallager auch die Gewichtskräfte, während bei Bild63b die Gewichtskraft von Welle und Propeller durchein Radial-Pendelrollenlager abgestützt wird.

Bild 64 zeigt Schiffsdrucklagerungen jeweils mit einemAxial- und einem Radial-Pendelrollenlager:a: – in SGA-Gehäuse, b: – in SUB-Gehäuse

Die Krümmungsmittelpunkte der Außenringlaufbahnvon Radial- und Axial-Pendelrollenlager fallen zusam-men. Die Lagerungen werden dadurch winkeleinstell-bar, und es können Fluchtfehler und Durchbiegungenvon Welle und Schiffskörper ausgeglichen werden. Beidieser Drucklagerung wird nur der Propellerschub beiVorwärtsfahrt vom Axial-Pendelrollenlager übernom-men. Das Radial-Pendelrollenlager überträgt das Ge-wicht der Welle und den Propellerzug bei Rückwärts-fahrt. Damit die jeweils unbelasteten Axial-Pendelrol-lenlager nicht abheben, werden sie durch Druckfedernvorgespannt. So ist eine stetige axiale Mindestbela-stung sichergestellt.


Bild 63a:Axial-Pendelrollenlager Welle m6; Gehäuse H7Bild 63b:Axial-Pendelrollenlager Welle n6; Gehäuse freigedrehtRadial-PendelrollenlagerWelle n6; Gehäuse F7Bild 64a, 64b:Axial-Pendelrollenlager Welle m6; Gehäuse freigedrehtRadial-PendelrollenlagerWelle m6; Gehäuse H7


Der Wellendurchmesser wird nach den Richtlinien derKlassifikationsgesellschaften bestimmt. Unter Berück-sichtigung der Leistungsdaten wird die nominelle Le-bensdauer Lh [h] oder die davon abgeleitete dynamischeKennzahl fL errechnet. Für die Wälzlager in Schiffs-drucklagern ist ein Wert fL = 3...4 anzustreben. Beson-ders bei höchster Sauberkeit im Schmierspalt sindSchiffsdrucklager nach der erweiterten Lebensdauerbe-rechnung dauerfest.

Ausführung

Schiffsdrucklager werden als komplette BaueinheitenFAG BEHT.DRL geliefert. Die Einheit umfaßt Lager,Gehäuse mit Abdichtung und Druckwelle mit Los-flansch.Die FAG Drucklagergehäuse werden entweder in ge-teilter Ausführung SGA (Bild 63a und 64a) oder inungeteilter Ausführung FKA (Bild 63b) bzw. SUB(Bild 64b) geliefert.

Bestellbeispiel der Baueinheit FAG BEHT.DRL.110.156680, bestehend aus:1 Stehlagergehäuse FAG SGA9322.1566781 Druckwelle mit Losflansch

FAG DRW110 x 610.1566782 Axial-Pendelrollenlager FAG 29322E1 Wellenmutter FAG KM261 Sicherungsblech FAG MB26Ölschmierung

FAG 86

87 FAG

Technische Daten

63a: Schiffsdrucklager 63b: Schiffsdrucklagergehäuse 64a, b: SchiffsdrucklagerFAG BEHT.DRL110.1..... mit FAG FKA94/600.1 FAG BEHT.DRL.200.1..... mit2 Axial-Pendelrollenlagern 2 Axial-Pendelrollenlager 1 Axial-Pendelrollenlager

1 Radial-Pendelrollenlager 1 Radial-Pendelrollenlager

Druckwellendurchmesser 110 mm 600/510 mm 200 mmLeistung 320 kW 11400 kW 1470 kWDrehzahl 800 min–1 150 min–1 500 min–1

Axialschub 55 kN 1625 kN 170 kNVorausfahrt 50 % 50 % 95 %Rückwärtsfahrt 50 % 50 % 5 %

Eingebaute Lager 2 x FAG 29322E 1 x FAG 239/600B.MB.C3 1 x FAG 23140B.MB2 x FAG 294/600E.MB 2 x 29340E

Schmierstoffe Öl tauchschmierung 1) Öltauchschmierung 1) Öltauchschmierung 1)Abdichtung Wellendichtringe Wellendichtringe Wellendichtringe

1) Alterungsbeständiges Öl mit Druckölzusätzen (Viskosität 150…300 mm2/s bei 40°C)

63a: Schiffsdrucklager komplett FAG BEHT.DRL.110.1…(SGA-Stehlagergehäuse)

63b: Schiffsdrucklager mit FKA-Flanschlagergehäuse

FAG 88

64a: Schiffsdrucklager komplett FAG BEHT.DRL.200.1..... (SGA-Stehlagergehäuse)

64b: Schiffsdrucklager komplett FAG BEHT.DRL.200.1..... (SUB-Topfgehäuse)

65–72 Papiermaschinen

Moderne Papiermaschinen sind ausgedehnte, zum Teilweit über 100 m lange Anlagen mit einer Vielzahl vonWalzen. Bei der Konstruktion und Dimensionierungder Lagerstellen steht die Forderung nach höchster Be-triebssicherheit obenan: denn wenn nur an einer Walzeeine Störung auftritt, muß die gesamte Anlage stillge-setzt werden. Aus diesem Grunde werden die Lager füreine weit höhere nominelle Lebensdauer ausgelegt (dynamische Kennzahl fL = 5...6), als es sonst im Ma-schinenbau üblich ist. Ausschlaggebend für eine langeGebrauchsdauer ist eine hohe Sauberkeit in den Lagern.Dies erfordert höchste Zuverlässigkeit der Abdichtun-gen, insbesondere gegen Feuchtigkeit, und unter-schiedliche Gestaltung je nach Walzenart.

Einen ebenfalls sehr großen Einfluß auf die Gebrauchs-dauer hat die Schmierung der Lager. Bei modernen Pa-piermaschinen sind aus Gründen der Wartung und Be-triebssicherheit alle Walzenlager an eine Ölumlaufver-sorgung angeschlossen. Bei älteren Papiermaschinenwerden im Bereich der Naßpartie (niedrige Umge-bungstemperaturen) die Wälzlager noch mit Fett ge-schmiert.

Im Bereich der Trockenpartie sind Seilscheibenlage-rungen, Breitstreckwalzenlager und vereinzelt auchnoch Leitwalzenlager fettgeschmiert.

Wegen der hohen Temperaturen im Bereich derTrockenzylinder ist die Schmierung der Wälzlagerun-gen besonders kritisch. Verwendet werden deshalb Öleder Viskositätsklasse ISO VG 220 bzw. 320. Geeignetsind mild additivierte Mineralöle und Syntheseöle(höhere Alterungsstabilität), die dem Anforderungs-profil für Trockenzylinderöle entsprechen und sich inder Praxis bewährt bzw. den dynamischen FAG FE8PM-Test erfolgreich bestanden haben.Die Schmiersituation läßt sich wesentlich verbessern(Erhöhung der Betriebsviskosität), indem man dendampfdurchströmten Hohlzapfen der Trockenzylinderisoliert und so die Lagertemperatur absenkt.

Nachfolgende Beispiele zeigen die Gestaltung einigerwichtiger Lagerstellen in der Papierindustrie wie z. B.Refiner, Saugwalze, Preßwalze, Trockenzylinder, Leit-walze, Kalander-Thermowalze, Durchbiegungs-Aus-gleichswalze und Breitstreckwalze.

89 FAG

Naßpartie

Starker WasseranfallUmgebungstemperatur < 50°C

Saugwalze

Durchbiegungs-ausgleichswalze

Pressenpartie

Leitwalze

Trocken-zylinder

Thermowalze

Hohe FeuchtigkeitUmgebungstemperatur > 100°C( ) ( )

Trockenpartie

Papier-leitwalze

Schlußgruppe

Formerpartie

außenbesaugteLeitwalze

Durchbiegungs-ausgleichswalze

Breitstreckwalze

Formier-walze

Breitstreck-walze

Breitstreckwalze

Schema einer modernen Papiermaschine

65 Refiner

Im Refiner werden die im Wasser geweichten, ge-dämpften Holzschnitzel, die vom Holzhäcksler kom-men, zerlegt bzw. zerrieben. Dies geschieht durch ge-genläufig rotierende Mahlscheiben, die mit Messerlei-sten bestückt sind. Durch den Prozeß (gedämpfteHolzschnitzel, Mahlvorgang) entsteht Wärme bis zu160 °C, die je nach Konstruktion zu erhöhten Be-triebstemperaturen im Lager führen kann.

Technische Daten

Axiallast aus Mahlvorgang 400 kN;Radiallast (Rotor/Welle) 15 kN pro Lager;Drehzahl 600 min–1;Temperatur im Festlager 80 °C, im Loslager 70 °C.


Bei der aufzunehmenden hohen Axiallast ist eine er-reichbare Lebensdauer Lhna ≥ 80 000 Stunden gefordert.Da die Axialbelastung vorwiegend in Richtung Festla-ger wirkt, jedoch auch entgegengesetzt gerichtet seinkann, ist ein zweites Axiallager nötig. Somit bildenzwei gegeneinander spiegelbildlich angeordnete Axial-Pendelrollenlager FAG 29460E die Festlagerung. Da-mit auch beim "Umschlagen" der Axiallast die Rollenungestört ablaufen, sind beide Lager über die Außen-ringe mit Federn (Mindestlast) vorgespannt.Als Loslager ist ein Pendelrollenlager FAG 23052K.MBeingebaut, das auftretende Wellenbiegungen problem-los aufnimmt. Thermische Längenänderungen derWelle werden zwischen Lageraußenring und Gehäuse-bohrung (Schiebesitz) ausgeglichen. Das Lager wirddirekt auf den kegeligen Wellensitz montiert und miteiner Nutmutter HM3052 gesichert.Das Loslager erreicht eine nominelle Lebensdauer Lh vonweit über 200 000 h. Der Betrieb im Bereich niedrigerBelastungen (P/C ≈ 0,02) erfordert wegen der Schlupf-gefahr eine sehr gute Lagerschmierung.Für das linke Festlager 29460E errechnet sich eine nominelle Lebensdauer von Lh = 50 600 h. Bei Ölum-laufschmierung, guter Sauberkeit und einer Lagertem-peratur von 70 °C ergibt sich eine Faktor a23 von 3,2.Mit der erweiterten Lebensdauerberechnung wird eineerreichbare Lebensdauer Lhna = 162 000 h ermittelt.

Das rechte Festlager ist nur gering axial belastet (Feder-vorspannung). Die erreichbare Lebensdauer Lhna liegtbei diesem Lager über 200 000 h.


Loslager: Der Innenring hat Umfangslast und ist festauf den kegeligen Lagersitz der Welle montiert.Rundheitstoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101); Kegelwinkeltoleranz AT7 (DIN 7178).Lagersitz der Gehäusebohrung nach G7.

Festlager: Aus Montagegründen sitzen die Wellen- undGehäusescheiben in Büchsen. Die Lagersitze sind beider Wellenbüchse nach k6, bei der Gehäusebüchsenach G7 bearbeitet.

Schmierung

Für Festlager und Loslager wird ein Schmieröl ISO VG 150 mit EP-Zusätzen verwendet.Das Radial-Pendelrollenlager hat Ölumlaufschmierungmit 0,8 l/min. Für die Axial-Pendelrollenlager wirdÖleinspritzschmierung gewählt. Dies stellt sicher, daßimmer genügend Öl an die hochbeanspruchten Kon-taktflächen zwischen Rollenstirn und Bord gelangt.Die Ölzuführung erfolgt über die Abstandsbuchse seit-lich ins Lager. Für beide Lager ist die Mindest-Öl-durchflußmenge 8 l/min (gute Wärmeabfuhr aus demLager). Das Öl wird im Kreislauf gefiltert und auf eineTemperatur von 40 °C zurückgekühlt.

Abdichtung

Auf der Seite der Mahlscheibe schützen zwei hinterein-ander geschaltete, fettgefüllte Labyrinthe die Lager vonaußen vor Wasser und Schmutz und verhindern Ölaus-tritt aus den Lagern. Auf der Außenseite der Fest-lagerung verhindert ein Wellendichtring den Austrittvon Öl.

FAG 90

91 FAG

65: Lagerung eines Refiners

FestlagerLoslager

66 Siebsaugwalze

Siebsaugwalzen sind in der Sieb- oder Pressenpartie einer Papiermaschine angeordnet. Es sind bis zu 10 mlange Hohlzylinder, die über den ganzen Umfang vielekleine Bohrungen haben. Durch den drehenden Wal-zenmantel und das Vakuum im Walzeninneren wirdder darüberlaufenden Stoffbahn ein Teil des Wassersentzogen. Der Saugkasten als innenliegende Achsesteht still. Bei modernen Maschinen wird der Walzen-mantel über Planetenräder angetrieben.

Technische Daten

Walzenlänge 7 800 mm; Walzendurchmesser 1 600 mm;Drehzahl 278 min–1 (Geschwindigkeit 1400 m/min);Walzengewichtskraft 270 kN; Siebzug 5 kN/m.


Die Lagergröße liegt konstruktiv durch den Saugkasten-durchmesser fest. Ratsam sind Lager mit möglichstniedriger dynamischer Tragzahl; die höhere spezifischeLagerbelastung verringert die Schlupfgefahr. MöglicheFluchtfehler bedingen winkeleinstellbare Lager. Haupt-kriterien bei der Lagerdimensionierung sind das Wal-zengewicht, der Siebzug und die Drehzahl.Eingesetzt werden Pendelrollenlager FAG239/850K.MB. C3 mit kegeliger Bohrung (K 1:12)und vergrößerter Radialluft. Die Lager sind aus Grün-den der Laufgenauigkeit direkt auf die kegeligen Wel-lensitze montiert. Das Hydraulikverfahren erleichtertdie Montage. Das Festlager dient zur axialen Führung der Walze,während das Loslager durch Verschieben des Außen-

rings in der Gehäusebohrung mögliche Längenände-rungen ausgleicht.Für beide Lager ergibt sich eine nominelle LebensdauerLh > 100 000 h. Bei einer Betriebstemperatur von 60 °C und einem Öl ISO VG 68 (Viskositätsverhältnis� > 2; Faktor a23 = 2,2) ermittelt man mit der erweiter-ten Lebensdauerberechnung mehr als 200 000 h.


Der Innenring hat Umfangslast und ist fest auf den kegeligen Lagersitz der Welle montiert.Rundheitstoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101); Kegelwin-keltoleranz AT7 (DIN 7178).Gehäusebohrungen nach G7, da Punktlast am Außen-ring.

Schmierung

Die Pendelrollenlager werden durch Umlaufschmie-rung mit einer Mindest-Ölmenge von 8 l/min ver-sorgt. Verwendet wird ein Mineralöl mit ausreichenderViskosität und EP-Zusätzen. Erforderlich sind auch Additive für guten Korrosionsschutz und Wasserab-scheidevermögen. Durch Ölzufuhr in der Lagermitteerreicht man eine wirkungsvolle Schmierung.

Abdichtung

Über Abspritzrillen wird eventuell austretendes Öl inÖlfangkammern abgeschleudert und zurückgeführt.Gegen Wassereintritt von außen schützen walzenseitigein Spritzblech und ein mehrgängiges, fettgefülltes Labyrinth mit integriertem V-Ring.

FAG 92

66: Lagerung einer Siebsaugwalze

Loslager Festlager

67 Zentral-Preßwalze

Die Papierbahn läuft auf einem Filztuch durch diePreßwalzen; dabei wird ein großer Teil des Wassers ausder feuchten Papierbahn gepreßt. Moderne Pressenpar-tien bestehen aus einer Zentral-Preßwalze, gegen dieeine oder mehrere (Saug-)Preßwalzen gedrückt werden.Die Zentral-Preßwalze ist massiv, aus Granit/Stahl oderStahl mit einem Überzug (Beschichtung).

Technische Daten

Walzenlänge 8 800 mm; Walzendurchmesser 1 500 mm;Geschwindigkeit 1450 m/min; Walzengewichtskraft750 kN. Andruck von 3 Walzen in Position 30°, 180°und 210°; Lagertemperatur ca. 60 °C. Der Antrieb er-folgt direkt.


Auf Grund der hohen radialen Belastung und mögli-cher Fluchtungsfehler zwischen den Lagerstellen wer-den winkeleinstellbare Pendelrollenlager der Reihe 231oder 232 mit sehr hoher Tragfähigkeit eingesetzt.Wichtig ist auch die geringe Bauhöhe dieser Lager, dadie Gehäusehöhe durch den Walzendurchmesser be-grenzt wird. Die Gewichtskraft der Walze und dieKraftkomponenten der Anpreßwalzen ergeben eine re-sultierende Lagerbelastung Fr = 300 kN. An jeder Lager-stelle ist ein Pendelrollenlager FAG 231/600K.MB.C3eingebaut. Die Lager mit kegeliger Bohrung (Kegel1:12) werden mit Hilfe des Hydraulikverfahrens direktauf den kegeligen Wellensitz gepreßt. Das Loslager auf der Bedienungsseite ermöglicht durchVerschieben des Außenrings im Gehäuse Längenände-rungen der Walze bei Temperatureinfluß. Das Festlagerbefindet sich auf der Antriebsseite.

Bei einer Drehzahl von 308 min–1 errechnet sich einenominelle Lebensdauer von Lh > 100 000 h. Nach dererweiterten Lebensdauerberechnung ergibt sich bei guterSchmierung (Viskositätsverhältnis � ≈ 3, Basiswert a23II= 3) und erhöhter Sauberkeit (Verunreinigungskenn-größe V = 0,5) im Schmierspalt ein Lhna � 100 000 h.


Der Innenring hat Umfangslast und ist fest auf den ke-geligen Lagersitz der Welle montiert.Rundheitstoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101); Kegelwin-keltoleranz AT7 (DIN 7178). Gehäusebohrungen nach G7, da Punktlast am Außen-ring.

Schmierung

Die Pendelrollenlager werden durch Umlaufschmie-rung mit einer Mindest-Ölmenge von 7 l/min ver-sorgt. Verwendet wird ein Mineralöl mit ausreichenderViskosität (ISO VG 100) und EP-Zusätzen. Erforder-lich sind auch Additive für guten Korrosionsschutzund Wasserabscheidevermögen. Durch Ölzufuhr inder Lagermitte erreicht man eine wirkungsvolleSchmierung. Der Ölrücklauf erfolgt beiderseits des Lagers über Öl-sammeltaschen und Verbindungsbohrungen.

Abdichtung

Ölabspritzrillen im Walzenzapfen verhindern Ölaus-tritt an den Deckeldurchgangsbohrungen. Berührungs- und wartungsfreie Spaltdichtungen schüt-zen die Lager vor Umgebungseinflüssen.

93 FAG

67: Lagerung einer Zentral-Preßwalze

Festlager Loslager

68 Trockenzylinder

In der Trockenpartie wird das restliche Wasser ver-dampft. Das Papier läuft über zahlreiche beheizteTrockenzylinder, geführt von endlosen Trockensieben(früher Trockenfilze). Die Trockenzylinder sind dampfbeheizt (Dampftemperatur hängt ab von Papier-art, -dicke, -geschwindigkeit und Anzahl der Trocken-zylinder). Die hohen Temperaturen des Heizdampfesübertragen sich auf die Lagersitzstellen und beanspru-chen die Wälzlager entsprechend hoch. Um möglichstniedrige Lagertemperaturen zu erreichen, werden heutedie dampfdurchströmten Zylinderzapfen isoliert.

Technische Daten

Arbeitsbreite 5 700 mm; Zylinderdurchmesser 1 800 mm;Papiergeschwindigkeit 1 400 m/min (Drehzahl 248 min–1); Beheizungstemperatur 165 °C (7 bar); Zylindergewicht 9 000 kg; Filzzug 4,5 kN/m; Um-schlingungswinkel 180°; Umgebungstemperatur unterder Trockenpartiehaube ca. 95 °C; isolierte Zapfen-bohrungen.

Lagerwahl

Die Lagerbelastung errechnet sich aus Walzengewicht,Filzzug und zeitweiliger Wasserfüllung. Das Loslagerwird mit 75 kN belastet, das Festlager unter Berück-sichtigung der Antriebskräfte mit 83 kN. Durch dieBeheizung der Trockenzylinder kommt es zu Wärme-dehnungen, die bei der großen Zylinderlänge zu be-trächtlichen Längenänderungen führt; ferner erfordernauftretende Fluchtfehler zwischen beiden Lagerstellenwinkeleinstellbare Wälzlager. Auf der Bedienungsseite ist als Loslager ein zweireihigesZylinderrollenlager der Maßreihe 31 vorgesehen. Esgleicht auftretende Längenänderungen zwanglos zwi-schen den Rollen und der Innenringlaufbahn im Lageraus. Ein Gelenklagerumring nimmt mit seiner sphäri-schen Gleitfläche eventuelle Fluchtungenauigkeitender Zylinderzapfen auf. Eingebaut ist ein zweireihigeswinkeleinstellbares Zylinderrollenlager FAG566487K.C5 mit den Abmessungen 200x340x112 mm.Als Festlager auf der Antriebsseite dient ein Pendelrol-lenlager FAG 23140BK.MB.C4.Um auch in der Aufheizphase bei einer maximalenTemperaturdifferenz von 50 K ein Verspannen der Lager zu vermeiden, haben beide Lager ein etwa gleichgroßes Betriebsspiel. Das Pendelrollenlager hat eine ver-größerte Radialluft nach C4 (260...340 µm), das Zylinderrollenlager eine vergrößerte Radialluft nachC5 (275...330 µm).

Beide Lager haben eine kegelige Bohrung (K 1:12)und sind mittels Hydraulikverfahren direkt auf die kegeligen Zylinderzapfen montiert.

Da das Zylinderrollenlager und das Pendelrollenlagerabmessungsgleich sind, werden sowohl auf der An-triebsseite als auch auf der Bedienungsseite ungeteiltePMD-Stehlagergehäuse verwendet (FAGPMD3140AF bzw. BF).

Wegen der erhöhten Betriebstemperatur sind beide Lager speziell wärmebehandelt (isotemp) und dadurchbis 200 °C maßstabil.


Bei Lagern für Trockenzylinder wird eine erreichbareLebensdauer Lhna ≥ 250 000 Stunden gefordert. Einen ganz entscheidenden Einfluß bei der erweitertenLebensdauerberechnung hat die Schmierung. Für einMineralöl mit einer Nennviskosität von 220 mm2/s(ISO VG 220) beträgt bei einer durchschnittlichen Be-triebstemperatur von 100 °C die Betriebsviskosität � ≈ 16 mm2/s.Die Bezugsviskosität ergibt sich aus der Drehzahl unddem mittleren Lagerdurchmesser dm = (200 + 340)/2 = 270 mm zu �1 = 25 mm2/s.Daraus folgt das Viskositätsverhältnis � = �/�1 = 16/25 = 0,64. Mit der Bestimmungsgröße K = 1 ergibt sich für dasPendelrollenlager ein Basiswert a23II = 1,1.Für das Zylinderrollenlager gelten die Werte K = 0 unda23II = 1,4.Bei normaler Sauberkeit (Sauberkeitsfaktor s = 1) be-trägt der Faktor a23 = a23II · s1,1 für das Pendelrollenlager,1,4 für das Zylinderrollenlager.Damit wird die erreichbare Lebensdauer Lhna = a1 · a23 · Lhfür beide Lager weit über 250 000 h.


Die Innenringe haben Umfangslast und sind mit direk-tem Sitz auf den kegeligen Walzenzapfen fest gepaßt.Die Walzenzapfen haben Ölkanäle, so daß die Lagermit dem Hydraulikverfahren ein- und ausgebaut wer-den können. Rundheitstoleranz IT5/2 (DIN ISO1101), Kegelwinkeltoleranz AT7 (DIN 7178).Lagersitze in der Gehäusebohrung nach G7.

FAG 94

95 FAG

Schmierung

Die Lagergehäuse sind an ein zentrales Ölumlauf-Schmiersystem angeschlossen, so daß ständig Wärmeaus dem Lager abgeführt wird. Verwendet werdenhochwertige Mineralöle ISO VG 220 oder 320, dieeine hohe Betriebsviskosität, thermische Stabilität, guten Verschleißschutz, gutes Wasserabscheidevermö-gen und hohen Reinheitsgrad aufweisen müssen. EineMindestölmenge von 1,6 l/min wird über eineSchmiernut und Schmierbohrungen im Außenring direkt in die Lagermitte geleitet.Durch die mittige Ölzuführung ist die Abführung desÖles auf beiden Seiten des Lagers möglich. Die Gefahr

von Ölstau und Leckage wird deutlich vermindert.Eventuell eingedrungene Verunreinigungen und Ver-schleißpartikel werden auf diese Weise sofort aus demLager gespült.

Abdichtung

Berührungs- und wartungsfreie Spaltdichtungen über-nehmen die Abdichtung an den Zapfendurchgängen.Über Spritzrillen und Ölfangkammern wird das Ölabgeschleudert und fließt durch Rücklaufbohrungenin die beiden Ölräume am Gehäuseboden zurück.Deckeldichtungen machen die Papiermaschinengehäuseöldicht.

68: Lagerung eines Trockenzylinders

Loslager Festlager

69 Leitwalze

Leitwalzen dienen zur Führung und Umlenkung derSieb- oder Filztücher im Naß- und Trockenteil einerPapiermaschine. Für beide Bereiche werden zur Lage-rung der Leitwalzen gleiche Lager verwendet. Je nachEinsatzort unterscheiden sich jedoch Schmierung undAbdichtung der Walzenlagerung.Ältere Maschinen sind in der Naßpartie meist mit Fett,in der Trockenpartie mit Öl geschmiert.Bei neuen Maschinen haben die Lager im Naß- undTrockenbereich Ölumlaufschmierung. Getrennte Öl-kreisläufe für Naß- und Trockenpartie sind wegen derunterschiedlichen Betriebsbedingungen jedoch not-wendig.Bei immer größeren Maschinen ergeben sich auch zu-nehmend höhere Maschinengeschwindigkeiten. Des-halb werden hier die Lagerinnenringe mit konischerBohrung direkt auf die kegeligen Walzenzapfen mon-tiert.

NaßteilDie Lager sind je nach Maschinenposition zum Teilhoher Feuchtigkeit ausgesetzt. Insbesondere beim Maschinenreinigen mit Hochdruckstrahlern darf keinWasser in die Gehäuse gelangen.

TrockenteilUmgebungstemperaturen von ca. 95 °C bewirken grö-ßere Längenänderungen und stellen höhere Ansprüchean die Schmierung. Die Betriebstemperatur der Lagerkann bis zu 115 °C betragen.

Technische Daten

Arbeitsbreite 8 800 mm;Walzendurchmesser 700 mm;Papiergeschwindigkeit 1650 m/min (n = 750 min–1);Walzengewicht 8 000 kg (Gewichtskraft FG ≈ 80 kN);Papierzug 1 kN/m (Zugkraft Fz ≈ 9 kN); Umschlingung 180°;Lagertemperatur ca. 105 °C.


Die Lager müssen die Belastungen bei gleichzeitigemAusgleich von Winkelfehlern (Fluchtungsfehler,Durchbiegung) aufnehmen können. Wegen der Tem-peraturdifferenz ist vergrößerte Radialluft nach C3 erforderlich. Eingebaut sind Pendelrollenlager FAG 22330EK.C3.

Lagerbelastung:

P = (FG + Fz)/2 = (80 + 9)/2 = 44,5 kN

Durch die geforderte Walzensteifigkeit ist der Durch-messer des Walzenzapfens vorgegeben. Daraus ergibtsich eine hohe dynamische Kennzahl fL entsprechendeiner nominellen Lebensdauer Lh von weit über 200 000 Stunden; die erreichbare Lebensdauer Lhna liegtbei den vorhandenen guten Schmierbedingungennoch höher.

Die Gehäuse können stehend oder hängend angeord-net oder seitlich angeschraubt sein. Sie sind für Ölum-laufschmierung eingerichtet.


Die Innenringe haben Umfangslast und sind mit direk-tem Sitz fest auf den kegeligen Walzenzapfen gepaßt.Die Walzenzapfen haben Ölkanäle, so daß die Lagermit dem Hydraulikverfahren ein- und ausgebaut wer-den können. Rundheitstoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101); Kegelwin-keltoleranz AT7 (DIN 7178).

Lagersitze in der Gehäusebohrung nach G7.

Schmierung

In der Trockenpartie: siehe Beispiel 68 (Trockenzylin-der), da die Lager am Ölkreislauf der Trockenzylinderangeschlossen sind. Mindestdurchflußmenge0,9 l/min.

In der Naßpartie: siehe Beispiele 66 (Siebsaugwalze)und 67 (Preßwalze), da die Lager am Öl kreislauf derNaßpartiewalzen angeschlossen sind. Mindestdurch-flußmenge 0,5 l/min.

Abdichtung

In der Trockenpartie verhindern berührungs- und war-tungsfreie Spaltdichtungen den Ölaustritt an denDeckeldurchgangsbohrungen.

In der Naßpartie sind die Lager durch nachschmier-bare Labyrinthdichtungen gegen Wasserzutritt zuschützen. Restöl wird über Abspritzrillen in Ölfang-kammern abgeschleudert und zurückgeführt. Deckel-dichtungen machen die Gehäuse öldicht.

FAG 96

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69: Lagerung einer Leitwalze (Trockenpartie)

FestlagerLoslager

70 Kalander-Thermowalze

In der Papiermaschine durchläuft das Papier nach Ver-lassen der Trockenpartie das sogenannte Glättwerk.Soft-Kalander glätten die Oberfläche und verbesserndamit die Druckeigenschaften des Papiers. Der Kalan-der besteht aus zwei hintereinander angeordneten Wal-zenpaaren. Die Kalanderwalze (Stahl) liegt einmal un-ter und einmal über einer Gegenwalze, der sogenann-ten Durchbiegungs-Ausgleichswalze (elastisches Mate-rial). Soft-Kalanderwalzen können mit Wasser, Dampfoder mit Öl beheizt sein. Die Spalt- bzw. „Nip“-Bela-stung (Anpreßdruck) richtet sich nach der jeweiligenPapiersorte.

Technische Daten

Arbeitsbreite ca. 7 m; Drehzahl 350 min–1 (Geschwindigkeit 1 100 m/min);Heizmedium Öl mit 200...250 °C;Walzenzapfen isoliert;Betriebstemperatur am Lagerinnenring 130 °C.


Die radiale Lagerbelastung hängt ab vom Einsatz derKalanderwalze als Unter- oder Oberwalze, von der Ge-wichtskraft FG und der variablen Andrucklast mitZeitanteilen.

P1 = FG + FNip min = 600 kNP2 = FG + FNip mittel = 990 kNP3 = FG + FNip max = 1260 kNP4 = FG – FNip min = 60 kNP5 = FG – FNip mittel = 390 kNP6 = FG – FNip max = 720 kN

Zeitanteile: P1, P4 je 10 %; P2, P3, P5, P6 je 20 %.

Beim Einsatz als Unterwalze addieren sich Walzenge-wichtskraft und Nip-Last; beim Einsatz als Oberwalzewirkt nur die Differenz aus Nip-Last und Gewichts-kraft.

Die Auslegung der Lager nach der maximalen Bela-stung hätte beim Einsatz in der Oberwalze Überdi-mensionierung zur Folge (dynamisch äquivalente Bela-stung P < 0,02 · dynamische Tragzahl C). Bei dieser zuniedrigen Belastung kann Schlupf auftreten, der beiunzureichender Schmierung zu Lagerschäden führenkann. Um dies zu vermeiden, sind kleinere Lager mitgeringerer dynamischer Tragzahl C zu verwenden, sodaß P/C > 0,02 wird. Durch die geringere Rollenmassereduziert sich die Gefahr des Schmierfilmdurchbruches.

Die Forderungen nach Tragfähigkeit und Winkelein-stellbarkeit werden durch Pendelrollenlager erfüllt. Die Durchmesser von Walzenzapfen und Walzenman-tel begrenzen die Bauhöhe der Lager. Eingebaut sinddie relativ breiten Pendelrollenlager FAG231/560AK.MB.C4.T52BW.Die nominelle Lebensdauer beträgt bei den gegebenenLast- und Zeitanteilen Lh = 83 000 h.

Mit einem Schmieröl ISO VG 220 erreicht man bei derBetriebstemperatur 130 °C das Viskositätsverhältnis � = 0,71. Die erweiterte Lebensdauerberechnung ergibt(mit fs* > 12; a23II = 1,2; V = 0,5; s = 1,6) eine erreich-bare Lebensdauer Lhna > 100 000 h.

Die große Temperaturdifferenz während des Aufhei-zens erfordert wegen der Gefahr einer Radialverspan-nung im Lager die vergrößerte Radialluft C4. Bei demDrehzahlkennwert n · dm = 224 000 min–1 · mm sindLager mit erhöhter Laufgenauigkeit nach SpezifikationT52BW zu empfehlen.


Die Innenringe haben Umfangslast und sind fest mitdirektem Sitz auf den kegeligen Walzenzapfen gepaßt.Die Walzenzapfen haben Ölkanäle, so daß die Lagermit dem Hydraulikverfahren ein- und ausgebaut wer-den können. Rundheitstoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101), Kegelwin-keltoleranz AT7 (DIN 7178).Lagersitze in der Gehäusebohrung nach F7.

Schmierung

Ölumlaufschmierung mit einem qualitativ geeignetenSyntheseöl ISO VG 220, das sich im dynamischen Test(FAG-Prüfstand FE8) bewährt hat. Durch Zuführung einer hohen Ölmenge in Lagermitte(Mindestdurchflußmenge 12 l/min) erreicht manWärmeabfuhr und geringe thermische Belastung desÖles. Eventuelle Verunreinigungen und Verschleißpar-tikel werden aus dem Lager gespült. Der Ölrücklauferfolgt zu beiden Seiten des Lagers über Ölsammelta-schen und Verbindungsbohrungen.

Abdichtung

Zur Walzenseite hin verhindern Winkelringe den di-rekten Ölaustritt an den Deckeldurchgangsbohrun-gen. Restöl wird über Abspritzrillen in Ölfangkam-mern abgeschleudert und zurückgeführt. Deckeldich-tungen machen die Gehäuse öldicht.

FAG 98

99 FAG

70: Lagerung einer Kalander-Thermowalze

Loslager Festlager

71 Durchbiegungs-Ausgleichswalze

Durchbiegungs-Ausgleichswalzen sind sowohl in Pres-senpartien als auch in Kalandern im Einsatz. Sie sor-gen für eine gleichmäßige Papierdicke über die Bahn-breite und für eine gleichmäßig hohe Papiergüte. DerAntrieb erfolgt auf der Festlagerseite über Getriebe undBogenzahnkupplung auf den Walzenmantel.Unter hohem Druck wird die Ausgleichswalze an dieGegenwalze (Kalanderwalze) gepreßt. Durch den An-preßdruck kommt es bei der Gegenwalze zur Durch-biegung und somit zu einer Formänderung des Wal-zenmantels. Dieser Form muß sich der Walzenmantelder Ausgleichswalze anpassen.Die Durchbiegungs-Ausgleichswalze besteht aus einerstehenden Achse und dem umlaufendem Walzenman-tel. Auf der Achse sind getrennt druckregelbare Stell-glieder angeordnet, die den Walzenmantel hydrosta-tisch stützen und die Einstellung der Mantelform be-wirken. Unterschiedlicher Druck formt den Walzen-mantel entsprechend der gebogenen Gegenwalze undführt so zu einer gleichmäßigen Papierdicke.

Technische Daten

Walzenlänge 9 300 mm; Walzendurchmesser 1 025 mm;Walzengewicht 61 t; Mantelgewichtskraft 210 kN;Anpreßdruck 700 kN; Umfangsgeschwindigkeit 1500 m/min (n = 470 min–1); Lagertemperatur 55 °C.


Gefordert ist eine Gebrauchsdauer von > 100 000 h.Das Lager hat im Betrieb (bei geschlossenem Spalt undAnpreßdruck) nur Führungsaufgaben. Gewählt wer-den Pendelrollenlager FAG 23096MB.T52BW (dyna-mische Tragzahl C = 3 800 kN).

Wegen möglicher Schlupfgefahr kann es erforderlichsein, Lager der Baureihe 239 mit geringerer Tragzahlzu wählen. Die Pendelrollenlager sind mit erhöhter Rundlaufge-nauigkeit gefertigt (Spezifikation T52BW), da Laufun-genauigkeiten des umlaufenden Walzenmantels dieQualität der Papierbahn beeinflussen.


Weil die Innenringe Punktlast haben, sind die Lagersitzeauf der Achse nach f6 gefertigt.Die Außenringe haben Umfangslast und sind fest gepaßt;die Lagersitze in den Gehäusen sind nach P6 bearbeitet.

Schmierung

Wenn dynamische Winkelfehler und/oder Schlupfauftreten können, muß eine sehr gute Schmierung immer einen tragfähigen Schmierfilm sicherstellen.Die Lager werden mit dem für das Hydrauliksystemeingesetzten Schmieröl (ISO VG 150 mit EP-Zusätzen)geschmiert. Das Öl wird über Bohrungen den Lagernseitlich zugeführt. Bei neueren Konstruktionen undinsbesondere bei beheizten Walzen wird das Schmierölüber Schmierbohrungen im Innenring direkt an dieKontaktstellen in den Lagern gebracht.Die Rillenkugellager des auf der Festlagerseite angeord-neten Getriebes werden über einen separaten Kreislaufmit Öl versorgt.

Abdichtung

Nach außen sind die Lager mit einem Wellendichtringabgedichtet. Zur Innenseite sorgt eine Stauscheibe fürein Ölreservoir im Lagerbereich.

FAG 100

71: Lagerung einer Durchbiegungs-Ausgleichswalze

Loslager Festlager

72 Breitstreckwalze

Papierbahnen, die in Längsrichtung transportiert wer-den, neigen zur Faltenbildung. Breitstreckwalzen deh-nen oder strecken die über sie laufenden Bahnen inQuerrichtung auf Bahnbreite und streichen Falten,lose Bahnmitten oder Bahnenden aus. Breitstreckwal-zen bestehen aus einer symmetrisch zu ihrer Längsach-se gebogenen, feststehenden Achse, um die sich derWalzenmantel dreht. Den Walzenmantel bilden rohr-förmige Teilstücke, die freidrehend und winkelbeweg-lich gelagert sind. Die Teilstücke stellen sich so zuein-ander ein, daß sich die Biegeform der Achse auf derMantelfläche abbildet. Je nach Einsatzfall – Naßpartie,Trockenpartie oder Weiterverarbeitung – sind die Teil-stücke aus nichtrostendem Stahl oder mit einer flexi-blen Beschichtung (Gummi o. ä.) versehen.

Technische Daten

Walzenlänge 8 300 mm, bestehend aus 22 Teilstücken;Gewichtskraft/Teilstück plus Sieb- oder Papierbahn-zug bei 30° Umschlingung 2 kN/m; daraus resultierteine Radiallast von nur 0,5 kN pro Lager.Drehzahl des Walzenmantels 1 160 min–1.Betriebstemperatur in der Naßpartie 40 °C; in derTrockenpartie und in der Weiterverarbeitung mit In-frarottrocknung können bis zu 120 °C auftreten.


Bei drehendem Außenring wird sehr hohe Leichtgän-gigkeit der Lagerung gefordert, da die Teilstücke in derNaßpartie nur vom Siebzug, in der Trockenpartie oderWeiterverarbeitung nur von der Papierbahn angetrie-ben werden.Außerdem ist hohe Betriebssicherheit nötig, weil derAusfall nur eines Lagers den Ausbau der komplettenBreitstreckwalze erforderlich macht.

Eingesetzt werden Rillenkugellager FAG 61936.C3.Die vergrößerte Radialluft C3 ermöglicht die zwanglo-se Einstellung der Teilstücke. Durch die niedrige Bela-stung erreichen die Lager eine nominelle LebensdauerLh von weit über 100 000 Stunden.


Weil der Lageraußenring mit dem Walzenmantel ro-tiert, ist er mit Toleranz M6 fest gepaßt und axialdurch einen Sprengring gesichert.Der Innenring hat Punktlast und ist mit h6 auf derWellenbüchse gepaßt. Wegen der gebogenen Walzen-achse und aus Montagegründen ist die Büchse sehrlose gepaßt und axial mit einer Schraube fixiert.

Schmierung

Die Lager sind for-life geschmiert, d. h. es ist keineNachschmierung vorgesehen. Die Forderung nachLeichtgängigkeit und nach Standzeiten bis zu fünf Jah-ren (8 000 Betriebsstunden/Jahr) bestimmen dieSchmierfettauswahl und Füllmenge. Bei den hohenDrehzahlen und niedrigen Belastungen sind reibungs-arme Fette (z. B. für die Naßpartie Fette der KlasseLG10) von Vorteil.

Abdichtung

Zur Abdichtung werden wegen der geforderten Leicht-gängigkeit nichtberührende Deckscheiben verwenden.Sie sind beidseitig am Lageraußenring angeklebt, da-mit das aus dem Schmierfett zentrifugierte Grundölnicht entweichen kann. Zusätzlich sorgen Rund-schnurdichtungen für Öldichtheit.

101 FAG

72: Lagerung einer Breitstreckwalzte

73 Laufrad einer Material-Seilbahn

Technische Daten

Drehzahl n = 270 min–1; Radiallast Fr = 8 kN. In axia-ler Richtung treten nur Führungskräfte auf; sie werdenmit 20 % der Radiallast berücksichtigt: Ka = 1,6 kN.

Lagerwahl

Jedes Laufrad ist in zwei Kegelrollenlagern FAG30306A abgestützt. Die Kegelrollenlager sind in O-Anordnung eingebaut; mit dieser Anordnung wird einegrößere Stützbasis erreicht als bei der X-Anordnung. Jegrößer die Stützbasis, desto geringer sind die von derAxiallast Ka hervorgerufenen Lagerkräfte.


Da die Axialkraft Ka außermittig am Radumfang angreift, erzeugt sie an den Lagerstellen radiale Reak-tionskräfte.

Damit ergibt sichFrA/Y = 6,1/1,9 = 3,2; FrB/Y = 1,9/1,9 = 1 und somitist FrA/Y > FrB/Y

Als zweite Bedingung wird nachgewiesen, daß

Ka > 0,5 · (FrA/Y – FrB/Y) = 0,5 (3,2 – 1) = 1,1 ist.Bei der Berechnung des Lagers A ist daher folgendeAxialkraft FaA zu berücksichtigen:

FaA = Ka + 0,5 · FrA/Y = 1,6 + 0,5 · 1,9/1,9 = 2,1 kN

Die dynamisch äquivalente Belastung PA des Lagers Aergibt sich somit zu:

PA = 0,4 · FrA + Y Fa = 0,4 · 6,1 + 1,9 · 2,1 = 6,45 kN

Mit dieser Belastung, der angegebenen dynamischenTragzahl und dem Drehzahlfaktor fn = 0,534 (n = 270 min–1) errechnet sich die dynamische Kennzahl fL zu:

fL = C/PA · fn = 60/6,45 · 0,534 = 4,97

Dieser Wert entspricht einer nominellen Lebensdauervon über 100 000 Stunden. Da der Rechnung derungünstigste Belastungsfall zugrunde liegt, bei dem dieAxialkraft ständig in einer Richtung wirkt und immerHöchstbelastungen auftreten, ist das Lager hinsichtlichder Ermüdungslebensdauer sehr sicher dimensioniert.Die Gebrauchsdauer wird voraussichtlich durch Ver-schleiß beendet, besonders dann, wenn ungünstige Be-triebsbedingungen (feuchtes Klima, starke Verschmut-zung) vorliegen.Die Tragfähigkeit des Lagers B muß nicht überprüftwerden, da bei gleicher Lagergröße die Beanspruchunggegenüber Lager A viel niedriger ist.


Die Lagerung des Laufrads ist als Nabenlagerung aus-geführt, d. h. das Laufrad mit den beiden Lageraußen-ringen dreht sich um eine feststehende Achse. DieAußenringe haben Umfangslast und sind daher mitFestsitz gepaßt. Die Achse ist nach h6, die Nabenboh-rung nach M6 bearbeitet.


Die Lager und die freien Räume sind bei der Montagemit Fett, z. B. FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V, zufüllen. Die Fettfüllung reicht für ca. ein Jahr aus.Die Lager sind beim vorliegenden Beispiel mit federn-den Dichtscheiben (Nilosringe) abgedichtet.

FAG 102

Lager A:FrA = Fr/2 + Ka · (D/2)/l = 4 + 1,6 · 125/95 = 6,1 kN. Die Axiallast Ka = 1,6 kN wirkt in Richtung auf Lager A.Lager B:FrB = Fr/2 - Ka · (D/2)/l = 4 – 1,6 · 125/95 = 1,9 kN

Bei der Abstützung des Laufrads in zwei Kegelrollen-lagern treten bei radialer Belastung axiale Reaktions-kräfte auf, die bei der Ermittlung der dynamisch äquiva-lenten Belastung zu beachten sind. Es ist zu prüfen, obdiese inneren Kräfte in Verbindung mit der äußerenAxialkraft Einfluß auf die Lebensdauer haben (sieheFAG-Katalog WL 41 520, Abschnitt „Kegelrollenlager“).

Daten der Kegelrollenlager FAG 30306A (Bezeich-nung nach DIN ISO 355: T2FB030):dynamische Tragzahl C = 60 kN,Axialfaktor Y = YA = YB = 1,9.

103 FAG

73: Lagerung des Laufrads einer Material-Seilbahn

Seil

74 Seil-Umlenkscheiben einer Bergbahn

In der Bergstation und in der Talstation einer Seilbahnsind je acht der abgebildeten Zugseil-Umlenkscheibeninstalliert; zu den Umlenkscheiben gehören auch dieSeilscheiben im Spanngewichtschacht der Talstation.Die Scheiben haben Durchmesser von 2,8 und 3,3 Meter.


Die Seilscheiben in der Talstation und die Seilscheibender Spanngewichte sind mit Pendelrollenlagern FAG22234E ausgerüstet. Die Seilscheiben in der Berg-station stützen sich in Pendelrollenlagern FAG22240B.MB ab.

Die Belastung der Lager FAG 22234E in den Seil-scheiben der Spanngewichte beträgt jeweils P = 65 kN;mit der dynamischen Tragzahl von C = 1 100 kN unddem Drehzahlfaktor fn = 0,838, entsprechend derDrehzahl von 60 min–1, errechnet sich die dynamischeKennzahl fL zu:

fL = C/P · fn = 1 100/65 · 0,838 = 14,2.

Die Lager sind also hinsichtlich der Ermüdungslebens-dauer äußerst sicher dimensioniert.

Die durchgehende Hülse, auf der die Lager sitzen, ermöglicht ein rasches Auswechseln der Umlenk-scheiben.


Die Außenringe erhalten Umfangslast und sind daherfest gepaßt. Damit die Pendelrollenlager nicht axialverspannt werden, ist die Konstruktion als schwimmen-de Lagerung ausgeführt. Hierbei sind die Außenringemit einem Distanzring über die beiden Deckel fest ver-spannt. Der Mittelsteg der Hülse H ist jedoch gegen-über dem Distanzring etwas schmäler, so daß sich dieUmlenkscheibe mit den Lagern über die lose gepaßtenInnenringe auf der Hülse axial einstellen kann. DieHülse ist gegen Mitdrehen gesichert.Hülse g6; Nabenbohrung M6;Schiebesitzcharakter zwischen Hülsenbohrung undAchse.


Fettschmierung mit FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V.Die Lager sind über Schmierbohrungen in der Achsenachschmierbar.Ein in den Deckeln angeordneter Wellendichtring bie-tet ausreichenden Schutz gegen Verschmutzung.

FAG 104

105 FAG

74: Lagerung einer Seil-Umlenkscheibe

75 Förderseilscheibe (Bergbau)

Förderseilscheiben für den Untertagebau sind in denFördertürmen über den Schächten angeordnet. Dasmit den Förderkörben verbundene Seil läuft von derTreibscheibe oder der Trommel der Fördermaschineüber die Seilscheiben in den Schacht.

Technische Daten

Statische Seillast 452 kN; Gewichtskraft der Seilschei-be und der Achse 75 kN; Seilscheibendurchmesser dS = 6,3 m; Fördergeschwindigkeit v = 20 m/s; Seilum-schlingungswinkel 140°. Die Beschleunigungskräfte werden mit 10 % der sta-tischen Seillast in die Rechnung eingesetzt.

Die dynamische Kennzahl fL wird mit 4...4,5 eingesetzt.Bei 4,5 entspricht dies einer nominellen Lebensdauervon ca. 75 000 Stunden. Hier ist zu berücksichtigen,daß nur in seltenen Fällen die Lager der Förderseil-scheiben durch Werkstoffermüdung unbrauchbar wer-den; meist wird ihre Gebrauchsdauer durch Verschleißbeendet.

Die erforderliche dynamische Tragzahl C für das Pen-delrollenlager errechnet sich damit aus

C = fL/fn · P = 4,5/0,838 · 500 = 2 680 kN

Gewählt wurden Pendelrollenlager FAG23252BK.MBmit einer dynamischen Tragzahl von C = 2 900 kN.

Die Lager haben eine hohe Tragfähigkeit und gleicheneventuelle Fluchtfehler der Gehäuse, Durchbiegungender Welle und Verformungen des Turmgerüsts aus.


Ein Lager ist als Festlager, das andere als Loslager einge-baut. Beide Lager haben eine kegelige Lagerbohrung(K 1:12). Sie werden mit Abziehhülsen (FAGAH2352H) auf dem Wellenzapfen festgesetzt. DasHydraulikverfahren erleichtert den Ein- und Ausbauder Lager. Hierzu haben die Abziehhülsen Ölzu-führungsbohrungen und -kanäle. Die Pendelrollenla-ger stützen sich in FAG StehlagergehäusenFS3252AHF und FS3252AHL ab.

Wellenzapfen h6, Zylinderformtoleranz IT5/2 (DINISO 1101). Lagersitz im Gehäuse H7.


Fettschmierung mit FAG Wälzlagerfett ArcanolL186V. Zum Schutz der Lager vor Verunreinigungenist ein mehrgängiges Labyrinth vorgesehen. In die Labyrinthe wird im Abstand von 4...6 Wochen Fett nachgepreßt.

FAG 106


Nach dem Kräfteplan beträgt die resultierende Bela-stung ca. 1 000 kN. Da die beiden Lager symmetrischangeordnet sind, wird jedes Lager mit P = 500 kN ra-dial belastet.

Die Drehzahl ergibt sich aus

n = v · 60/(dS · π) = 20 · 60/(6,3 · 3,14) = 60 min–1;daraus resultiert der Drehzahlfaktor fn = 0,838.

452 kN452 kN

Zuschlag 10 %

Zuschlag 10 %

Scheibe undWelle 75 kN

1000 kN

107 FAG

75: Lagerung einer Förderseilscheibe im Bergbau

LoslagerFestlager

76 Seilrolle einer Hakenflasche

In Hakenflaschen sind meist mehrere Seilrollen neben-einander auf einer Achse angeordnet. Damit die Hakenflaschen nicht zu breit und zu sperrig werden,sollen die Seilrollen und deren Lagerung möglichstschmal sein.

Lagerwahl

Der Seilumschlingungswinkel beträgt bei Rollen vonHakenflaschen 180°. Auf die Lagerung wirkt daher alsRadiallast der doppelte Seilzug. Die Axialkräfte – re-sultierend aus einem möglichen Schrägzug des Seils –und das von ihnen herrührende Moment sind klein.Sie werden bei der Berechnung der Lebensdauer derLager nicht berücksichtigt. Die Stützbasis zur Aufnah-me des Moments erhält man dadurch, daß man entwe-der zwei Lager oder ein zweireihiges Lager einbaut. Beivorliegender Belastung genügen Rillenkugellager.

Die Lager sitzen auf einer Buchse und bilden mit derSeilrolle eine einbaufertige Einheit, die somit leichtauswechselbar ist.

Technische Daten und Dimensionierung der Lager

Seilzug S 40 kNBelastung der LagerungF = 2 · S 80 kNDrehzahl n 30 min–1

Drehzahlfaktor fn 1,04Eingebaute Lager 2 Rillenkugellager

FAG 6220Dynamische Tragzahl C = 2 x 122 kNDynamisch äquivalenteBelastung P = F/2 = 40 kNDynamische Kennzahl fL = C/P · fn

= 122/40 · 1,04 = 3,17Nominelle Lebensdauer Lh = 16000 h

Üblicherweise strebt man bei Seilrollen eine dynami-sche Kennzahl fL = 2,5...3,5 an. Das entspricht einernominellen Lebensdauer von 8 000 bis 20 000 Stunden.

Die Lagerung ist somit im Vergleich zu bewährten Pra-xisfällen ausreichend dimensioniert.


Die Lagerung der Seilrolle ist eine sogenannte Naben-lagerung, d. h. die Seilrolle dreht mit den Lageraußen-ringen um die feststehende Achse. Die Außenringe(Umfangslast) sind fest gepaßt: Nabe M7. Für die Innenringe (Punktlast) ist ein Los- oder Schiebesitzzulässig: Wellenbuchse g6 oder h6.


Die Seilrollenlager sind mit Lithiumseifenfett der Kon-sistenzklasse 3 (Arcanol L71V) geschmiert. Bei hohenBelastungen (Belastungsverhältnis P/C > 0,15) ist miteinem Lithiumseifenfett der Konsistenzklasse 2 undEP-Zusätzen (Arcanol L186V) zu schmieren. Eine Fett-füllung reicht normalerweise für mehrere Jahre aus.

Die Seilrolle ist im vorliegenden Fall mit federndenAbdeckscheiben (Nilos-Ringe) abgedichtet.

FAG 108

76: Seilrollen mit Rillenkugellagern

77–78 Kransäulenlagerung von Schwimmkranen

Schwimmkrane werden im Hafenbetrieb zum Trans-port schwerer und sperriger Güter, im Werftbetrieb fürReparaturarbeiten und bei der Ausrüstung von Schif-fen eingesetzt. Wegen ihrer Beweglichkeit ergänzen sievorteilhaft die ortsfesten Krananlagen.

Bei dem beschriebenen Kran ist die Säule mit demSchiff verbunden. Die drehbare Gerüstglocke mit denKranaufbauten ist darüber gestülpt. Die Lagerungmuß das Gewicht der Aufbauten und die zu hebendeLast aufnehmen. Da der gemeinsame Schwerpunktvon Last und Gerüstglocke nicht in die Säulenachsefällt, entsteht ein Kippmoment, das zu horizontalenReaktionskräften in den Lagerstellen am oberen undunteren Säulenende führt.

Am oberen Ende befindet sich die sog. Säulenlage-rung. Sie besteht entweder aus einem einzelnen Axial-Pendelrollenlager oder aus einem Radial-Pendelrollen-lager und einem Axial-Pendelrollenlager.

Welche Ausführung man vorsieht, hängt von derGröße der Radialkräfte ab. Am Säulenfuß wird dieGlocke durch Laufrollen geführt (siehe Anwendungs-beispiel Nr. 79).

109 FAG

Säulenlagerung

Gerüstglocke

KransäuleLaufrollen

77 Kransäulenlagerung mit einem Axial-Pendelrollenlager

Technische Daten

Axiallast (Kranaufbauten und Last) Fa = 6 200 kN; Radiallast (Reaktionskräfte aus Kippmoment undWinddruck) Fr = 2 800 kN; Drehzahl n = 1 min–1.


Die Axialbelastung, bestehend aus den Gewichtskräf-ten der drehbaren Aufbauten und der zu hebendenLast, ist wesentlich größer als die Radiallast, die sichaus Kippmoment und Winddruck ergibt. Entschei-dend für die Lagerwahl ist daher die axiale Tragfähig-keit. Ferner muß das Lager winkeleinstellbar sein, umFluchtfehler und elastische Verformungen auszuglei-chen, die bei Krananlagen unvermeidbar sind. Bei derniedrigen Drehzahl von 1 min–1 wird das Lager nachstatischen Gesichtspunkten ausgelegt. Eingebaut ist ein Axial-Pendelrollenlager FAG294/630E.MB mit einer statischen Tragzahl vonC0 = 58 500 kN; Faktor X0 = 2,7.

Bei kombiniert belasteten Axial-Pendelrollenlagern darfdas Verhältnis Fr/Fa nicht zu groß sein, damit sicher-gestellt ist, daß der größte Teil der Rollen an der Kraft-übertragung teilnimmt. Bedingung ist: Fr/Fa ≤ 0,55.

Im vorliegenden Fall ergibt sich

Fr/Fa = 2800/6200 = 0,45

Somit errechnet sich die statisch äquivalente Belastung:

P0 = Fa + X0 · Fr = Fa + 2,7 · Fr

= 6 200 + 2,7 · 2 800 = 13 800 kN

Als statische Kennzahl ergibt sich

fs = C0/P0 = 58 500/13 800 = 4,24

Damit ist die Forderung fs ≥ 4 für Axial-Pendelrollen-lager (FAG-Katalog WL 41 520) erfüllt, deren Gehäu-se- und Wellenscheibe – wie im vorliegenden Fall –voll abgestützt sind.Bei fs-Werten ≥ 4...≤ 6 ist es erforderlich, daß die Wel-len- und Gehäusescheibe axial voll unterstützt sindund gleichzeitig auch eine gute radiale Unterstützungder Gehäusescheibe vorliegt.


Wellenscheibe j6;Gehäusescheibe K7


Tauchschmierung, wobei die Rollen vollständig im Ölstehen. Der Ölstand soll etwa bis zum Bord der Wel-lenscheibe reichen; Kontrolle durch Ölstandanzeiger.

Im Einsatzgebiet von Schwimmkranen herrschenungünstige Umweltbedingungen. Als besonders wirk-same Abdichtung sind ölgefüllte Labyrinthe vorgese-hen. Das innere und das äußere Labyrinth sind mitBohrungen verbunden. Der Ölstand in den Laby-rinthen wird ebenfalls mit einem Ölstandanzeigerüberwacht.

FAG 110

77: Kransäulenlagerung mit einem Axial-Pendelrollenalger

Kransäulenlagerung mit einem Axial-Pendelrollenlager 78 und einem Radial-Pendelrollenlager

Technische Daten

Axiallast (Kranaufbauten und Last) Fa = 1 700 kN;Radiallast (Reaktionskräfte aus Kippmoment undWinddruck) Fr = 1 070 kN; Drehzahl n = 1 min–1.


In diesem Fall ist Fr/Fa > 0,55. Die Radialkraft ist relativhoch. Sie wird daher von einem Radial-Pendelrollenla-ger gesondert aufgenommen. Radial- und Axial-Pendel-rollenlager sind so eingebaut, daß ihre Schwenkmittel-punkte zusammenfallen. Dadurch ist die Winkelbeweg-lichkeit sichergestellt. Ein Gleitring, der zwischen bei-den Lagern eingelegt ist, verhindert, daß das Axiallagerzusätzlich durch zu hohe Radialkräfte beansprucht wird.Die Größe des Radial-Pendelrollenlagers richtet sichnach der Größe des Axial-Pendelrollenlagers. DerAußendurchmesser des Radiallagers muß größer seinals der der Gehäusescheibe des Axiallagers. Um eineenge Führung der Kranaufbauten zu gewährleisten, istfür das Radiallager die verringerte Radialluft C2 vorge-sehen.Kransäulenlagerungen mit einem Radial- und einemAxial-Pendelrollenlager ergeben kompakte Konstruk-tionen. Sie benötigen allerdings einen höheren Ein-bauraum als Lagerungen mit nur einem Axial-Pendel-rollenlager.Eingebaut sind ein Axial-Pendelrollenlager FAG29440E mit der statischen Tragzahl C0 = 8 500 kN undein Radial-Pendelrollenlager FAG 23056B.MB.C2 mitder statischen Tragzahl C0 = 3 000 kN.Bei der Berechnung der statisch äquivalenten Belastungfür das Axial-Pendelrollenlager wird angenommen,daß die Reibung am Gleitring, die als Radialbelastungwirkt, 150 kN beträgt. Damit ergibt sich für das Axial-Pendelrollenlager Fr/Fa < 0,55.

Statisch äquivalente Belastung:

P0 = Fa + X0 · Fr = Fa + 2,7 · Fr für Fr ≤ 0,55 Fa= 1 700 + 2,7 · 150 = 2 100 kN

Für das Radial-Pendelrollenlager gilt:P0 = Fr = 1 070 kN

Die statischen Kennzahlen fs = C0 / P0 ergeben sich für:Axial-Pendelrollenlager = 8 500 / 2 100 = 4,05Radial-Pendelrollenlager = 3 000 / 1 070 = 2,8Die Werte lassen erkennen, daß die Lager sicher ausge-legt sind.Bei Axial-Pendelrollenlagern mit fs-Werten ≥ 4...≤ 6müssen die Wellen- und Gehäusescheibe axial voll un-terstützt sein, gleichzeitig ist eine gute radiale Unter-stützung der Gehäusescheibe erforderlich.


Axial-Pendelrollenlager:Lagersitzstelle der Wellenscheibe j6,der Gehäusescheibe K7Radial-Pendelrollenlager:Welle j6; Gehäuse J7


Der Lagerraum ist bis über die Oberkante des Radial-Pendelrollenlagers mit Öl gefüllt, d. h. die Lager laufenim Ölbad. Damit sind sie gut gegen Kondenswasserund Korrosion geschützt. Die Abdichtung nach außen erfolgt durch Labyrinthe.Im Hinblick auf die ungünstigen Umweltbedingungenist zusätzlich eine berührende Dichtung mit elastischerLippe vorgesehen. Nach innen ist der Lagerraumdurch ein Rohr, das mit dem Gehäuse verbunden ist,und ein Labyrinth abgedichtet.

111 FAG

78: Kransäulenlagerung mit einem Axial-Pendelrollenlager und einem Radial-Pendelrollenlager

Gleitring

79 Laufrollenlagerung

Die radiale Lagerung am Säulenfuß besteht gewöhn-lich aus mehreren Laufrollen, die auf einem Laufkranzabrollen. Jede dieser Laufrollen ist in zwei Lagern ab-gestützt; das obere Lager ist als Festlager, das untere Lager ist als Loslager ausgeführt.

Technische Daten

Die maximale Belastung einer Laufrolle beträgt 2 200 kN. Ein Lager ist somit mit P0 = 1 100 kN belastet.


Die Laufräder übertragen nur die aus dem Kippmo-ment resultierenden Horizontalkräfte. Wegen der beiStahlkonstruktionen unvermeidlichen Fluchtfehlerund wegen der Durchbiegung der Achsen müssen dieLager winkeleinstellbar sein.

Eingebaut sind Pendelrollenlager FAG 23230ES.TVPBmit der statischen Tragzahl C0 = 1 630 kN. Mit der statisch äquivalenten Belastung P0 = 1 100 kNerrechnet man eine statische Kennzahl von

fs = C0/P0 = 1 630 / 1 100 = 1,48

Dieser Wert reicht bei den hier gestellten Anforderun-gen an die Leichtgängigkeit der Lager aus.


Die Innenringe haben Umfangslast und sind fest ge-paßt. Welle k6; Gehäuse H7.


Die Lager sowie die freien Räume im Gehäuse werdenmit einem Lithiumseifenfett mit EP-Zusätzen (FAGWälzlagerfett Arcanol L186V) vollständig gefüllt. DieLagerung kann über Schmiernippel im Gehäusedeckelnachgeschmiert werden.

Die Lagerung ist nach außen durch Gehäusedeckel,nach innen durch einen Wellendichtring abgedichtet.Ein Schleuderblech zwischen Laufrolle und unteremLager schützt den unteren Wellendichtring zusätzlichvor Schmutz und Abrieb.

FAG 112

79: Laufrollenlagerung

Kranlaufräder

Die Lager von Kranlaufrädern müssen hohe Kräfteaufnehmen, die vom Eigengewicht des Krans und vonder zu hebenden Last herrühren.

Dazu kommen radiale und axiale Reaktionskräfte alsFolge der axialen Führungskräfte zwischen Spurkranzund Schiene.

113 FAG

80 Kranlaufrad

Technische Daten

Radlast R = 180 kN; Betriebsdrehzahl n = 50 min–1;Laufraddurchmesser d1 = 630 mm;Lagerabstand l = 186 mm.


Während das Gewicht der Krananlage und die maxi-male Zuladung bekannt sind, kann die zwischen Radund Schiene wirkende Axialkraft nur geschätzt wer-den. Die dynamisch äquivalente Lagerbelastung P wirdnach DIN 15 071 berechnet; als Axialkraft aus derReibung zwischen Rad und Schiene setzt man danach10 % der Radialkraft an. Die Lagerbelastungen PI (Lager I) und PII (Lager II) errechnen sich zu:

PI = X · [R/2 + 0,1 · R · d1 / (2 · l)]

PII = X · [R/2 – 0,1 · R · d1 / (2 · l)] + Y · 0,1 · R

Mit dem Radialfaktor X = 1 und e = 0,24 für Fa/Fr ≤ eist der Axialfaktor Y = 2,84.

Somit ist PI = 90 + 18 · 630/372 = 120,5 kN = Pmax

PII = 90 – 30,5 + 2,84 · 18 = 110,6 kN = Pmin

Nimmt man an, daß sich die Lagerbeanspruchungzwischen Pmin und Pmax linear ändert, dann ist

P = (Pmin + 2 · Pmax) / 3 = (110,6 + 241) / 3 = 117,2 kN

Mit der dynamischen Tragzahl C = 360 kN und demDrehzahlfaktor fn = 0,885 (n = 50 min-1) wird die dynamische Kennzahl

fL = C/P · fn = 360/117,2 · 0,885 = 2,72

Da man bei Kranlaufrädern im allgemeinen fL = 2,5...3,5 anstrebt, ist die Lagerung ausreichend dimensioniert.


Die Lageraußenringe haben Umfangslast. Sie erhaltendaher einen festen Sitz. Die Nabe wird nach M7, dieHülse nach g6 bearbeitet. Die Lagerinnenringe habensomit einen Schiebesitz, der axiale Verspannungen ver-hindert. Er erleichtert außerdem den Ein- und Ausbauder Lager.


Zur Schmierung verwendet man ein Lithiumseifenfettmit EP-Zusätzen (FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V).Nachgeschmiert wird in Abständen von etwa einemJahr. Spaltdichtungen oder einfache berührende Dichtungensind fast immer ausreichend.

FAG 114

Lagerwahl

Laufradlagerungen werden häufig als Nabenlagerun-gen ausgeführt. Hierbei dreht das Laufrad mit den Lageraußenringen um die feststehende Achse. Manverwendet Pendelrollenlager, weil diese Lager eine sehrhohe Tragfähigkeit haben.

Eingebaut sind zwei Pendelrollenlager FAG 22220E.Der Abstand zwischen den beiden Lagern soll nicht zuklein sein, damit die Lagerreaktionskräfte aus den Axialkräften zwischen Rad und Schiene nicht zu hochwerden. Diese Lagerung ist in DIN 15 071 genormt.Die beiden Pendelrollenlager sitzen auf einer Buchse,damit das Laufrad als komplette Baueinheit schnellausgewechselt werden kann. Es handelt sich um eineschwimmende Lagerung, bei der sich die Lagerinnen-ringe auf der Buchse verschieben. Je nach Richtung derAxialkraft liegt entweder das linke oder das rechte La-ger am Bund der Buchse an. Diese Anordnung führtzu günstigen Lagerbelastungen, denn das Lager, daszusätzlich die Axialkraft aufnimmt, wird durch dasKippmoment der Axialkraft radial entlastet.

0.1 R

0.1 R

0.1 R

0.1 R

115 FAG

80: Kranlaufrad mit Pendelrollenlagern

81 Lasthaken

Die an einem Kranhaken schwebende Last muß häufigvor dem Absetzen gedreht werden. Deshalb müssendie Lasthaken von Schwerlastkranen drehbar gelagertsein.


Da das Gewicht der Last senkrecht nach unten wirkt,tritt reine Axiallast auf. Es genügt daher eine loseGleitführung des Hakenschafts in der Traverse.

Die Tragfähigkeit des Lagers wird nach der statischenTragzahl beurteilt. Eingebaut ist ein Axial-Rillenkugel-lager FAG 51152FP mit einer statischen TragzahlC0 = 1 020 kN. Die Maximallast am Haken beträgt 1 000 kN. Wenn man mit einer 10 %igen Überlastungrechnet, erhält man die statische Kennzahl fs = C0/P0= 1 020 / 1 100 = 0,93; d. h., bei maximaler Last tretenschon plastische Verformungen auf. Sie sind aber sogering, daß sie beim Drehen der Last nicht stören.

Das Lager wird über eine Wellenmutter gegen denBund am Hakenschaft angestellt. Dies verhindert einAbheben der Wellenscheibe, wenn der Lasthaken aufdem Boden abgesetzt wird.


Der Lagersitz für die Wellenscheibe ist nach j6, derSitz für die Gehäusescheibe ist nach H7 bearbeitet.


Der Lagerraum wird mit Lithiumseifenfett mit EP-Zusätzen (FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V) vollstän-dig gefüllt. Eine Wartung des Lagers ist nicht nötig.Über der Mutter am Lasthaken ist eine Blechkappe an-gebracht. Sie schützt das Lager vor Verschmutzung.

FAG 116

81: Lagerung eines Lasthakens

82 Hubmastführung eines Gabelstaplers

Zur genauen Handhabung der Hublast muß der Gabel-schlitten eines Staplers leicht und ruckfrei laufen. DieseAnforderung wird mit Hubmastführungsrollen undKettenumlenkrollen erfüllt.In modernen Hubgerüsten werden Hubmastführungs-rollen (HMFR) und Kettenumlenkrollen (KR) weitge-hend auf der Basis von zweireihigen Schrägkugellagernverwendet.

Lagerwahl, Lagerausführung

HubmastführungsrollenFAG HMFR30x75x20,75 werden vorzugsweise zurLagerung von Gabelträger und Hubgerüst eingesetzt.Sie eignen sich zur Aufnahme von Radialkräften, Axial-kräften und den daraus resultierenden Momenten.Die Hubmastführungsrollen haben dickwandigeAußenringe und können dadurch auch hohe, stoßarti-ge Belastungen aufnehmen.Die Profilierung des Außenrings und die Abmessun-gen sind weitgehend durch die genormten U-Profilab-messungen vorgegeben.

KettenumlenkrollenKettenumlenkrollen FAG KR30x75x28/27 sind amhydraulisch bewegten Hubmastoberteil befestigt unddienen zum Umlenken der Zugkette in Gabelstapler-Hubgerüsten.

Wegen des relativ dickwandigen Außenrings eignensich die Lager zur Aufnahme der hohen Radialkräfte,bestehend aus Gewichtskraft des Gabelschlittenseinschließlich Gabel und Ladung. Das Außenring-Pro-fil wird durch die verwendete Zugkette bestimmt; diebeiden Borde übernehmen die seitliche Führung. DerAbstand der beiden Kugelreihen ergibt mit demDruckwinkel eine breite Stützbasis, so daß die Umlenk-rollen auch Kippkräfte und axiale Führungskräfte auf-nehmen. Der Einbau der Rollen ist einfach, sie werden lediglichauf den Bolzen aufgesteckt, ein axiales Verspannenmittels Schraube kann entfallen. Kettenumlenkrollenwerden axial gesichert.


Die Innenringe der Führungs- und Umlenkrollen ha-ben Punktlast, es genügt deshalb eine lose Passung. Be-arbeitungstoleranz der Aufnahmebolzen j6.


Die Lager sind mit einem Lithiumseifenfett (EP-Zusätze)for-life geschmiert.Die Abdichtung erfolgt mittels ein- oder zweilippigerRSR-Dichtscheiben.

117 FAG

Mast guide roller Chain sheave

82: Hubmastführungsrolle und Kettenumlenkrolle für einen Gabelstapler

Hubmastführungsrolle Kettenrolle

83 Antriebstrommel eines Gurtförderers

Bei langen Bändern, bei Bändern mit großer Förder-höhe oder großen Fördermengen reicht eine Antriebs-trommel nicht aus. Man ordnet dann mehrere An-triebstrommeln an. In diesem Beispiel werden in derAntriebsstation zwei Trommeln angetrieben. Mit dreigleichen Motoren wird die erste Trommel beidseitig,die zweite Trommel nur von einer Seite angetrieben.

Mit der dynamischen Kennzahl fL ≈ 4 sind die Lager imVergleich zu bewährten Lagerungen ausreichend di-mensioniert. Oft wird die Gebrauchsdauer durch Ver-schleiß an Rollkörpern und Laufbahnen bestimmt undist meist kürzer als die nominelle Lebensdauer (ca. 50 000 h), die sich aus der dynamischen Kennzahl fL er-gibt. Verbesserte Sauberkeit bei der Montage und imBetrieb und die Verwendung eines geeignetenSchmierstoffs mindern den Verschleiß und erhöhen so-mit die Gebrauchsdauer. Diese Einflüsse berücksichtigtder Faktor a23 bei der erweiterten Lebensdauerberech-nung.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast. Sie sind mitSpannhülsen FAG H3264HG auf der Welle befe-stigt.Welle nach h8 und Zylinderformtoleranz (DINISO 1101) IT5/2; Gehäusebohrung nach H7.


Fettschmierung mit einem Lithiumseifenfett der Kon-sistenz 2 mit EP-Zusätzen (FAG Wälzlagerfett ArcanolL135V oder L186V).

Die Gehäusedeckel bilden zusammen mit den auf derWelle befindlichen Ringen nichtberührende Labyrinth-dichtungen. Die mehrgängigen Labyrinthe sind mitdemselben Fett wie die Lager gefüllt und verhinderndas Eindringen von Fremdkörpern. In sehr staubigerUmgebung wird in kurzen Zeitabständen nachge-schmiert. Die Nachschmierung erfolgt über das Lager;dabei wird solange Fett nachgepreßt, bis ein Teil desverbrauchten Fetts an den Labyrinthen austritt.

FAG 118

Technische Daten

Antriebsleistung 3 x 430 kW; Gurtbreite 2300 mm;Bandgeschwindigkeit 5,2 m/s; Förderleistung 7500 m3/h; Trommeldurchmesser 1730 mm.


Die Welle der Antriebstrommel wird in Stehlagern ab-gestützt. Der Wellendurchmesser ist durch die Festig-keitsrechnung gegeben. Damit liegen die Lagerboh-rung und die Gehäuse fest. Eingebaut sind Pendelrol-lenlager FAG 23264K.MB. Die dazugehörigen unge-teilten Stehlagergehäuse FAG BND3264K sind ausStahlguß GS-45. Eine Stehlagereinheit ist als Festlager,die andere als Loslager ausgebildet.Zur leichteren Montage und Demontage werdenSpannhülsen mit Hydraulikanschlüssen verwendet.

119 FAG

83: Lagerung der Antriebstrommel eines Gurtförderers

84 Innenlagerung der Spann-Umlenktrommel eines Gurtförderers

Nichtangetriebene Trommeln von Gurtförderern wer-den häufig mit Innenlagerungen ausgestattet. Die La-ger sind in die Trommel integriert, so daß der Trom-melkörper auf der feststehenden Achse umläuft.

Technische Daten

Gurtbreite 3000 mm; Bandgeschwindigkeit 6 m/s;Trommeldurchmesser 1000 mm, Trommelbelastung1650 kN.


Innengelagerte Trommeln werden entweder in zweiPendelrollenlagern (Bild a) oder in zwei Zylinderrol-lenlagern (Bild b) abgestützt. Die Innenkonstruktionder Zylinderrollenlager ist so ausgelegt, daß die Roll-körper belastungsbedingte Wellenbiegungen ohneKantenlauf aufnehmen.

Bei der Lagerung mit Pendelrollenlagern werden alsFestlager ein FAG 23276BK.MB mit Spannhülse FAGH3276HGJ und als Loslager ein FAG 23276B.MBverwendet.

Bei der Lagerung mit Zylinderrollenlagern verwendetman als Loslager ein FAG 547400A und als Festlagerein FAG 544975A. Beide Zylinderrollenlager habendie Hauptabmessungen 360 x 680 x 240 mm und sinddamit mit dem Pendelrollenlager FAG 23276BK.MBmit Spannhülse FAG H3276HGJ austauschbar.

Die Lager werden nach der erforderlichen dynamischenTragzahl C bzw. nach dem Wellendurchmesser ausge-wählt. Hinsichtlich der Ermüdungslebensdauer sind dieLager bei einer dynamischen Kennzahl fL > 4 ausrei-chend dimensioniert.

Die Gebrauchsdauer ist oft erheblich kürzer als die an-hand des fL-Werts ermittelte nominelle Lebensdauer.Ursache ist Verschleiß an Laufbahnen und Rollkörperninfolge ungünstiger Umweltbedingungen. VerbesserteSauberkeit bei der Montage und im Betrieb und dieVerwendung eines geeigneten Schmierstoffs wirkensich günstig auf die Gebrauchsdauer aus. Diese Einflüsseberücksichtigt die erweiterte bzw. modifizierte Lebens-dauerberechnung nach DIN ISO 281. Man wendet siez. B. an, um die Auswirkungen unterschiedlicherSchmierstoffe zu vergleichen. Auch die mit diesemVerfahren errechnete Ermüdungslaufzeit entspricht beiTrommellagerungen meist nicht der erreichbaren Lauf-zeit, weil die Gebrauchsdauer überwiegend durch Ver-schleiß begrenzt wird.


Wegen der Umfangslast und der relativ hohen Bela-stung müssen die Außenringe eine sehr feste Passung inder Trommelbohrung haben. Toleranzangaben sieheTabelle.


Für die Schmierung der Lager wird ein Lithiumseifen-fett der Konsistenz 2 mit EP-Zusätzen (FAG Wälzlager-fett Arcanol L186V) verwendet.

Berührungsfreie Labyrinthdichtungen oder berührendeGummikammdichtungen dichten die Lagerungen nachaußen ab. In beiden Fällen füllt man die Labyrinthemit demselben Fett wie die Lager. Um die Lager mitFrischfett zu versorgen und um die Dichtwirkung zuerhöhen, wird in kurzen Zeitabständen (abhängig vomSchmutzanfall) über die stehende Achse nachge-schmiert.

FAG 120


Lager Sitzstelle Durchmessertoleranz Zylinderformtoleranz

Pendelrollenlager Welle h8 IT5/2als Festlager Trommelbohrung M7 IT5/2

Pendelrollenlage Welle g6 IT5/2als Loslager Trommelbohrung M7 IT5/2

Zylinderrollenlager Welle g6 IT5/2Festlager, Loslager Trommelbohrung N7 IT5/2

121 FAG

84: Innenlagerung der Spann-Umlenktrommel eines Gurtförderers

a

b

Tragrollen in Gurtförderanlagen

Zum Transport von Schüttgütern werden in vielen In-dustriezweigen Förderbänder verwendet. Die Förder-bänder laufen auf Tragrollen und sind u. U. viele Kilo-meter lang. Hierbei kann der Bedarf an Tragrollen sehrgroß sein, so daß bei der Gestaltung der Lagerung be-sonders die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund steht.

Anordnung der Tragrollen

Bei kleineren Gurtförderanlagen werden die Tragrollenin einen Rahmen starr eingebaut. Bei großen Förder-anlagen werden Tragrollengirlanden verwendet. Hiersind die Tragrollen gelenkig miteinander verbunden.

FAG 122

85 Starr angeordnete Tragrollen

Technische Daten

Förderstrom Im = 2 500 t/h; Bauart: Muldenband, dreiTragrollen je Station, Neigungswinkel der beiden äußeren Tragrollen zur Horizontalen 30°, Abstand zwischen zwei Tragrollenstationen lR = 1 200 mm; Tragrollendurchmesser d = 108 mm, Gurtgewicht GG = 35 kg/m, Eigengewicht einer Rolle GR = 6 kg;Bandgeschwindigkeit v = 3 m/s; Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2.

Lagerwahl

Die Tragrollenlagerung ist meistens als Innenlagerung(Nabenlagerung) ausgeführt, d. h., die Rolle dreht sichum eine feststehende Achse.Für die Lagerung von Tragrollen eignen sich am bestenRillenkugellager, die in großen Stückzahlen gefertigtwerden. Sie ergeben eine einfache und daher preisgün-stige Tragrollenkonstruktion.

85a...c: Tragrollen-Abdichtungsvarianten


Rollendrehzahl n = v · 60 · 1000 = 530 min–1

d · π

Für Kugellager ergibt sich ein Drehzahlfaktor fn = 0,4.

Belastung je Tragrollenstation:

F = g · lR · ( Im + GG) =3,6 · v

= 9,81 · 1,2 · ( 2500 + 35) = 3137 N3,6 · 3

Die horizontal liegende mittlere Tragrolle nimmt beidem Muldungswinkel 30° ca. 65% dieser Last auf. Damit wird die Belastung der mittleren Rolle

FR = 0,65 · F + g · GR = 0,65 · 3137 + 9,81 · 6 = = 2100 N = 2,1 kN

Dynamisch äquivalente Lagerbelastung:

P = Fr = FR/2 = 1,05 kN

Bei Förderbandrollen ist eine dynamische Kennzahl vonfL = 2,5...3,5 üblich. Mit fL = 3 errechnet sich die er-forderliche dynamische Tragzahl C eines Lagers zu

C = fL · P/fn = 3 · 1,05/0,4 = 7,88 kN

Eingebaut werden Rillenkugellager FAG 6204.2ZR.C3mit der dynamischen Tragzahl C = 12,7 kN.

a b c

86 Tragrollengirlande

Im allgemeinen endet die Gebrauchsdauer der Lagernicht durch Ermüdung, sondern durch Verschleiß anLaufbahnen und Rollkörpern infolge Verschmutzung.Höhere Sauberkeit bei der Montage sowie effizienteDichtungskonzepte erhöhen die Lagergebrauchsdauer.Die erweiterte Lebensdauerberechnung wird zum Ver-gleich unterschiedlicher Dichtungsausführungen ange-wandt. Im Neuzustand haben Tragrollenlagerungen höchsteSauberkeit (V = 0,3). Im Laufe der Betriebszeit wirdder Schmierstoff mit Partikeln jedoch stark verunrei-nigt (V = 3).Weil in Gurtförderanlagen die Lager überwiegenddurch Verschleiß ausfallen, stimmen die Werte der er-weiterten Lebensdauerberechnung (Lhna) meist nicht mitden erreichbaren Laufzeiten überein.


Die beiden Rillenkugellager werden schwimmend aufder Tragrollenachse angeordnet. Da Punktlast an denInnenringen vorliegt, wird die Achse nach h6 bzw. js6bearbeitet. Die Außenringe erhalten Umfangslast undsind daher mit Festsitz M7 in den Rollenboden ge-preßt.

Schmierung, Abdichtung und Wartung

Die Rillenkugellager FAG 6209.2ZR.C3 haben einewerkseitig eingebrachte Füllung mit einem Lithium-seifenfett der Konsistenzklasse 2, die für die Gebrauchs-dauer des Lagers ausreicht. Ein derartiges Fett wirdauch für die Abdichtung verwendet.Für die Reduzierung der erreichbaren Lebensdauer so-wie der Schmierstoffgebrauchsdauer ist bei Tragrollendie Verschmutzung des Fetts im Laufe des Betriebs aus-schlaggebend, so daß der Abdichtung entscheidendeBedeutung zukommt. Bild 85a...c zeigt verschiedeneAbdichtungsvarianten von Tragrollen.Einfach abgedichtete Tragrollen (Bild 85a und b) wer-den in sauberer Umgebung verwendet. Bild 85c zeigtdie Abdichtung einer Tragrolle im Braunkohletagebau.

Neben den starr gemuldeten Gurtförderanlagen setztsich das Prinzip der Tragrollengirlande durch. Die Tragrollen einer Station sind gelenkig miteinander ver-bunden. Als Verbindungsglied zwischen den Tragrol-len kommt ein Tragseil, ein Kettengelenk (Flach- oderRundkette), ein Scharnier o. ä. in Frage.Tragrollengirlanden nehmen Stöße elastisch auf; beiStörungen an einer Rolle wird die einzelne Girlandeabgesenkt und kann im Reparaturfall relativ einfachausgetauscht werden.

123 FAG

Bild 86 zeigt Tragrollen mit einer Kettengelenkverbin-dung. Die Tragrollen gehören zu einer Gurtförderanla-ge zum Transport von Rohphosphat. Eingebaut sindRillenkugellager FAG 6303.2ZR.C3.


Rollenboden M7, Achse h6 oder js6.

Schmierung, Abdichtung, Wartung

Die beidseitig mit Deckscheiben abgedichteten Rillen-kugellager (Ausführung .2ZR) sind mit FAG Wälzla-gerfett, einem Lithiumseifenfett der Konsistenzklasse 2gefüllt. Die Füllung reicht für die Gebrauchsdauer derTragrolle aus. Nach außen schließt sich an das Lagereine Fettkammer mit einer berührungsfreien Laby-rinthdichtung an. Der folgende zweite Raum wird voneiner Abdeckscheibe abgeschlossen, die in die Naben-bohrung eingepreßt ist. Ein Abweisblech hält grobeTeilchen von der Lagerung fern.

86: Tragrolle mit Kettengelenkverbindung

87 Schaufelradwelle eines Schaufelradbaggers

Schaufelradbagger werden hauptsächlich zur Förderungvon Braunkohle im Tagebau eingesetzt. Die Schaufel-radwelle trägt das Schaufelrad, das Großzahnrad unddas Getriebegehäuse. Sie wird in den Enden des Aus-legers abgestützt.

Technische Daten

Antriebsleistung 3 x 735 kW; theoretische Förderlei-stung 130 000 m3 / Tag; Schaufelraddrehzahl 3 min–1.

Lagerwahl

Die Lager der Schaufelradwelle sind hohen und stoß-artigen Belastungen ausgesetzt. Außerdem muß mitWellendurchbiegungen und Fluchtungsfehlern gerech-net werden. Für die Abstützung der Welle eignen sichdeshalb nur winkeleinstellbare Rollenlager. An beidenWellenenden sind Pendelrollenlager FAG239/900K.MB mit Abziehhülsen FAG AH39/900Hals Festlager eingebaut. Thermische Längenänderungender Welle gleicht die elastische Umgebungskonstruk-tion aus. Die Radialluft der Pendelrollenlager wird beider Montage durch Einpressen der Abziehhülsen weg-gespannt. Auf der Schaufelradseite des Getriebekastens kann we-gen des geschmiedeten Wellenflansches, an dem dasGroßrad befestigt wird, nur ein geteiltes Lager einge-baut werden. Wenn auf der gegenüberliegenden Seitedes Getriebekastens ein ungeteiltes Lager verwendetwürde, müßte bei seinem Austausch erst das Pendelrol-lenlager ausgebaut werden.

Dazu wäre die gesamte Schaufelradwelle aus dem Aus-leger zu nehmen. Dies wird dadurch vermieden, daßman auf dieser Seite ebenfalls ein geteiltes FAG Zylin-derrollenlager in den Abmessungen 1000 x 1220 x170/100 mm verwendet. Die vergrößerte Axialluft derbeiden Zylinderrollenlager ergibt eine schwimmendeLagerung. Jedes Lager nimmt axiale Führungskräftenur in einer Richtung auf. Die Innenringhälften wer-den mit separaten Spannringen auf der Welle befestigt.Die rechnerische nominelle Lebensdauer liegt bei allenLagern über 75 000 Stunden.


Alle Innenringe haben Umfangslast. Die Pendelrollenlager FAG 239/900K.MB werden mitAbziehhülsen FAG AH39/900H auf der nach h8 bear-beiteten Welle mittels Hydraulikverfahren befestigt.Die geteilten Zylinderrollenlager sitzen direkt auf derWelle, die an dieser Stelle nach m6 bearbeitet ist. AlleAußenringsitze sind nach H7 toleriert.


Die Pendelrollenlager haben Ölbadschmierung. Diegeteilten Zylinderrollenlager werden vom ablaufendenÖl der Zahnradschmierung mitversorgt.Die Abdichtung ist eine Kombination aus Labyrinthund berührender Dichtung. Die Labyrinthe an denPendelrollenlagern sind nachschmierbar.

FAG 124

87: Lagerung einer Schaufelradwelle

88 Unterturas eines Eimerkettenbaggers

Zum Ausbaggern von Schiffahrtswegen werden Eimer-kettenbagger eingesetzt. Die Eimerkette läuft vom Unterturas über eine größere Anzahl Stützwalzen aufder Eimerleiter zum Oberturas und zurück.

Seiten des Unterturas werden winkeleinstellbare Lagerverwendet. Eingebaut sind Pendelrollenlager FAG22240B.MB. Beide Lager der Unterturaswelle sind alsFestlager ausgebildet. Dennoch verspannen sich die La-ger nicht, da die Gehäuse in der Leitergabel mit Spielgeführt sind. Zum leichteren Ausbau der Lager sindam Wellenzapfen Ölzuführungskanäle und Ölnutenfür das Hydraulikverfahren angebracht.


Umfangslast am Innenring.Wellenzapfen m6; Gehäuse J7.


Die Fettfüllung (FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V)des Lagers wird bei der Revision der Anlage nach ein-einhalb bis zwei Jahren erneuert.Da der Unterturas ständig unter Wasser arbeitet, ist einegeeignete Abdichtung vorzusehen. Je Lagerstelle werdendaher zwei berührende Dichtungen (Wellendichtringemit Bronzefeder) und zusätzlich zwei Packungsringe(Stopfbuchse) angeordnet. Die Wellendichtringe laufenauf einer Buchse aus seewasserbeständigem Material.Die Stopfbuchse kann über einen Deckel nachgespanntwerden. In das Labyrinth zwischen Wellendichtringenund Packungsringen wird laufend Fett nachgepreßt.

125 FAG

Technische Daten

Länge der Eimerleiter 32 m; Anzahl der Baggereimer44; größte Baggertiefe ca. 14 m; radiale Belastung derUnterturaslagerung ca. 250 kN.

Lagerwahl

Wegen des rauhen Betriebs und der nicht zu vermeiden-den Fluchtfehler zwischen den Gehäusen zu beiden

88: Unterturaslagerung eines Eimerkettenbaggers

89 Antrieb eines Fertiggutelevators

Mit Fertiggutelevatoren beschickt man zum BeispielSalz-Preßgranulieranlagen. Das Fördergut wird in Be-chern transportiert, die an einer Kette befestigt sind.Der am oberen Ende sitzende Kettenstern treibt dieKette an.

Technische Daten

Antriebsleistung 22 kW; Drehzahl 13,2 min–1; radiale Lagerbelastung 90 kN.

Lagerwahl

Weil mit Wellenbiegung und Fluchtfehlern zu rechnenist, stützt man die Antriebswelle in Pendellagern ab.Durch die Wahl geteilter Pendelrollenlager FAG222SM125T vermeidet man, daß im Reparaturfall dasschwere Antriebsaggregat mit Drehmomentstütze ab-gebaut werden muß. Die Stillstandszeiten der Anlage und die Kosten fürden Produktionsausfall werden dadurch erheblich ge-ringer als bei ungeteilten Lagern. Aus Gründen derVereinheitlichung wurde auch am freien Wellenendeein geteiltes Pendelrollenlager eingebaut.Geteilte Pendelrollenlager haben eine zylindrischeBohrung. Innenring, Außenring und Käfig mit Rollen-kranz sind in Hälften getrennt.

Die geteilten Innenringhälften werden mit vier Paß-schrauben zusammengespannt und auf der Welle befe-stigt. Beide Außenringhälften sind mit zwei Paß-schrauben spaltenfrei zusammengefügt.Das Lager auf der Antriebsseite ist mit zwei Festringenals Festlager, das Lager auf der anderen Seite als Loslagereingebaut. Geteilte Pendelrollenlager FAG 222SM125Tsind so ausgelegt, daß sie anstelle der ungeteilten Pen-delrollenlager und der zugehörigen Spannhülse in ge-teilte Seriengehäuse FAG SNV250 eingebaut werdenkönnen. Außendurchmesser, Außenringbreite undDurchmesser des Wellensitzes sind gleich. Die rechnerische Ermüdungslaufzeit Lh der Lager liegtüber 100 000 Stunden.


Welle h6...h9;Gehäuse H7


Die Lager werden mit Fett geschmiert. Die Gehäusesind an eine Zentralschmieranlage angeschlossen, sodaß die Nachschmierung kontinuierlich erfolgt.Die Wellendurchgänge auf beiden Seiten der Gehäusesind jeweils durch eine Zweilippendichtung abgedichtet.

FAG 126

89: Antrieb eines Fertiggutelevators

90 Antriebsachse einer Baumaschine

Bei modernen Baumaschinen werden in der RadnabePlanetengetriebe verwendet. Dadurch erreicht man aufkleinem Raum ein großes Untersetzungsverhältnis, imBeispiel ig = 6,35. Da das hohe Antriebsdrehmomenterst unmittelbar am Rad entsteht, genügt eine leichteAntriebswelle.

Planetenradlagerung

Die Lagerung der Planetenräder soll bei wenig Einbau-raum eine hohe Tragfähigkeit haben. Dies erreichtman mit Baueinheiten, bei denen die Außenlaufbahnim Planetenrad integriert ist. Das hier gewählte win-keleinstellbare Pendelrollenlager gleicht kleine Fluch-tungsfehler zwanglos aus, die sich aus der Durchbie-gung des freitragenden Lagerzapfens unter Last erge-ben. Hierdurch ergibt sich bei der Verzahnung eingleichmäßiges Tragbild, was auf einen optimalenZahneingriff hinweist. Im vorliegenden Beispiel wirddie Innenkonstruktion des Pendelrollenlagers FAG22309E.TVPB verwendet.

Radlagerung

Bei Starrachsen von Baumaschinen besteht die Rad-lagerung in der Regel aus zwei Kegelrollenlagern, die

in O-Anordnung (größere Stützbasis) und mit Vorspan-nung axial gegeneinander angestellt sind. Damit hältman Verformungen und Verkippungen des Planeten-getriebes klein und vermeidet unzulässige plastischeVerformungen (Brinellierungen) infolge der harten Betriebsbeanspruchungen.Als Radlager werden die Kegelrollenlager FAG 32021X (nach DIN ISO 355: T4DC105) und FAG32024X (T4DC120) verwendet.


Bei der Radlagerung haben die rotierenden Außenrin-ge Umfangslast, die stillstehenden Innenringe Punkt-last, deshalb: Zapfen k6; Nabe N7.


Wälzlager und Verzahnung werden in der umlaufen-den Radnabe vom Getriebeöl umspült. Radial-Wellendichtringe schützen die Lager vorSchmutz und Spritzwasser.

127 FAG

90: Antriebsachse einer Baumaschine

91 Vibrations-Straßenwalze

Straßenwalzen dieser Art haben eine Unwuchtwelle alsSchwingungserreger.

Technische Daten

Drehzahl der Erregerwelle n = 1800 min–1; RadialkraftFr = 238 kN; Lageranzahl z = 4; geforderte nominelleLebensdauer Lh ≥ 2 000 Stunden.


Die Zentrifugalkraft der Unwuchtgewichte auf beidenWalzenseiten wird von jeweils zwei Lagern aufgenom-men. Die dynamisch äquivalente Belastung je Lager er-rechnet sich:

P = 1/z · Fr = 1/4 · Fr = 59,5 kN

Für obige Bedingungen ergibt sich eine dynamischeKennzahl fL = 1,52 und ein Drehzahlfaktor von fn =0,302. Die ungünstige dynamische Beanspruchung wirdmit einem Zuschlagfaktor fz = 1,2 berücksichtigt. Damit ergibt sich die erforderliche dynamische Trag-zahl eines Lagers zuC = fL/fn · P · fz = 1,52/0,302 · 59,5 · 1,2 = 359,4 kN

Eingebaut ist auf jeder Seite der Unwuchtgewichte einZylinderrollenlager FAG NJ320E.M1A.C4 (dynami-sche Tragzahl C = 380 kN). Wegen der Schwingungs-beanspruchung haben die Lager einen außenbordge-führten Messing-Massivkäfig (M1A). Die Winkelfehlerzwischen den beiden Lagerstellen, der von der Bearbei-tung der Gehäusesitze herrührt, sind kleiner als der fürZylinderrollenlager zulässige Wert.


Wegen der Schwingungen ist es zweckmäßig, die La-gerinnenringe und die Lageraußenringe mit Festsitz zupassen. Die axiale Führung der Erregerwelle erfolgtüber die Borde der Zylinderrollenlager.Erregerwelle k5; Gehäusebohrung M6.


Zur Schmierung der Lager wird das von den Un-wuchtgewichten abgespritzte Öl verwendet. Zusätz-liche Führungsbleche verbessern die Schmierstoffver-sorgung der Lager. Bewährt haben sich Mineralöle mitHochdruck- und Korrosionsschutzzusätzen. Die Abdichtung erfolgt nach innen über Wellen-dichtringe, nach außen über O-Ringe.

FAG 128

129 FAG

91: Lagerung einer Vibrations-Straßenwalze

92 Zugstangenbrecher

Zugstangenbrecher sind Backenbrecher großer Maul-weite. Sie werden z. B. als Vorbrecher bei der Aufberei-tung von Gestein für den Straßenbau eingesetzt. Nachdem Grobbrechen folgen weitere Arbeitsgänge, eheman das fertige Produkt Schotter oder Splitt von be-stimmter Größe erhält.

Technische Daten

Antriebsleistung 103 kW; Drehzahl der Exzenterwellen = 210 min–1; Maulweite 1200 x 900 mm; Exzenter-radius 28 mm.


Die Zugstange sitzt auf einer horizontalen Exzenter-welle und bewegt über einen Kniehebel die Brechb-acke (Schwinge). Die Innenlager der Exzenterwelle,die die Zugstange tragen, sind durch die Brechkräftesehr hoch belastet. Die Außenlager müssen zusätzlichzu diesen Kräften das Gewicht der Schwungräder unddie Umfangskraft aus dem Antrieb übertragen. Wegender hohen Belastungen und des rauhen Betriebs wer-den Pendelrollenlager eingesetzt. Als Außenlager sindPendelrollenlager FAG 23260K.MB, als InnenlagerFAG 23176K.MB eingebaut. Die Zugstange istschwimmend gelagert. Bei den Außenlagern sitzt aufder Antriebsseite das Festlager, auf der Gegenseite dasLoslager. Mit der dynamischen Kennzahl fL ≈ 4,5 ist dieLagerung hinsichtlich der nominellen Lebensdauer sicher dimensioniert.


Die Lager werden mit Spannhülsen FAG H3260HGJbzw. FAG H3176HGJ auf der Welle befestigt. Dazusind die Lagersitzflächen auf der Welle nach h7 mit einer Zylinderformtoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101),die Bohrungen der Gehäuse und der Zugstange nachH7 bearbeitet.


Fettschmierung mit einem Lithiumseifenfett der Kon-sistenzklasse 2 mit EP-Zusätzen entsprechend dem FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V. Das Nachschmier-intervall der Lager liegt bei 2...3 Monaten. Die Lager sind mit mehrgängigen Labyrinthen abge-dichtet. In die Labyrinthe wird ein- bis zweimalwöchentlich Fett nachgepreßt.

FAG 130

92: Lagerung eines Zugstangenbrechers

Festlager Loslager

Schwinge Exzenterwelle

Zugstange

93 Hammermühle

Hammermühlen dienen vorwiegend zur Zerkleine-rung von Erzen, Kohle und Gestein.

Technische Daten

Durchsatzleistung 90...120 t Eisenerz je Stunde; An-triebsleistung 280 kW; Rotordrehzahl 1480 min–1, Rotorgewicht einschließlich der Hämmer 4 000 kg(Gewichtskraft ca. 40 kN); Lagerabstand 2 000 mm.

Lagerwahl

Wegen der hohen Belastungen und wegen des rauhenBetriebs werden die Rotoren von Hammermühlen inPendelrollenlagern gelagert. Mit dieser Lagerbauart,die winkeleinstellbar ist, kann man auch die Fluchtun-genauigkeiten beider Lagergehäuse und eventuell auf-tretende Durchbiegungen des Rotors ausgleichen. Ein-gebaut sind zwei Pendelrollenlager FAG23228EASK.M.C3, das eine als Festlager, das andereals Loslager. Die vergrößerte Radialluft C3 wurde we-gen der hohen Drehzahl gewählt. Die Lagerinnenringeerwärmen sich hierbei stärker als die Außenringe; dasführt zu einer Verringerung der Lagerluft während desBetriebs.


Die Lager sind radial durch das Rotorgewicht belastet.Dazu kommen Unwuchtkräfte und Stoßbelastungen,deren Höhe nur geschätzt werden kann. Bei der Be-rechnung der nominellen Lebensdauer werden sieberücksichtigt, indem man die Rotorgewichtskraft GR– je nach den Betriebsverhältnissen – mit einem Zu-schlagfaktor fz von 2,5...3 multipliziert. In axialerRichtung wirken auf die Lager Führungskräfte, dieman bei der Lebensdauerrechnung vernachlässigt.Mit der dynamischen Tragzahl C = 915 kN, dem Drehzahlfaktor fn = 0,32 (n = 1480 min–1) und der

Gewichtskraft des Rotors GR = 40 kN errechnet sich diedynamische Kennzahl fL für ein Lager:

fL = C · fn / (0,5 · GR · fz) = 915 · 0,32 / (20 · 3) = 4,88

Der übliche fL-Wert liegt bei Hammermühlen zwi-schen 3,5...4,5. Die Lager sind also hinsichtlich dernominellen Lebensdauer (Lh ca. 100 000 h) ausreichenddimensioniert.

Lagereinbau

Die Lager werden mit Abziehhülsen FAG AHX3228auf der Rotorwelle befestigt. Sie sind in Stehlager-gehäuse MGO3228K eingebaut. Beide Gehäuse sindin offener Ausführung als Festlager (Ausführung BF)und als Loslager (Ausführung BL) ausgeführt.Die geteilten Gehäuse der Reihe MGO wurden spe-ziell für die Lagerung von Mühlen entwickelt. Sie sindfür Ölschmierung eingerichtet und haben eine beson-ders wirksame Abdichtung.


Zur Hülsenbefestigung werden die Wellensitze nach h7mit einer Zylinderformtoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101)gefertigt. Die Gehäusebohrungen sind nach G6 bearbei-tet. Damit ist die Forderung, daß der Außenring desLoslagers im Gehäuse verschiebbar sein muß, erfüllt.


Die Lager haben eine Öltauchschmierung. Sie ge-währleistet bei der hohen Drehzahl eine ausreichendeBetriebssicherheit. Mit Fett geschmierte Labyrinthe schützen das Lagervor Verunreinigungen. Zur Unterstützung der Dicht-wirkung wird in die Labyrinthe häufig Fett nachge-preßt. Spritzrillen auf den Wellen und Ölfangnuten inden Gehäusedeckeln verhindernden Ölaustritt.

131 FAG

93: Lagerung einer Hammermühle

Festlager

Loslager

94 Doppelwellen-Hammerbrecher

Doppelwellen-Hammerbrecher sind eine besondereBauart der Hammerbrecher oder Hammermühlen. Siehaben zwei gegenläufige Wellen, auf denen die Häm-mer befestigt sind. Diese Bauart eignet sich besondersfür große Aufgabestücke bei großer Durchsatzleistungund hohem Zerkleinerungsgrad.

Technische Daten

Durchsatzleistung 350...400 t/h Eisenerz; Antriebslei-stung 2 x 220 kW; Rotordrehzahl 395 min–1, Rotor-gewicht einschließlich Hämmer 100 kN; Lagerabstand2270 mm.

Lagerwahl

Wegen des rauhen Betriebs werden Pendelrollenlagervorgesehen, die Fluchtungenauigkeiten der beidenStehlagergehäuse und Wellendurchbiegungen ausglei-chen können.


Neben der Belastung des Rotorgewichts treten Zusatz-kräfte durch Unwucht und Stöße auf. Sie werden mitdem Zuschlagfaktor fz = 2,5 berücksichtigt, d. h. dieRotorgewichtskraft GR wird mit diesem Faktor multi-pliziert. Geringe axiale Führungskräfte sind bei der Lebensdauerermittlung vernachlässigbar.Ausgehend vom Wellendurchmesser an den Lagersitz-stellen wurde je ein Pendelrollenlager FAG23234EASK.M gewählt. Bei der niedrigen Drehzahlgenügt die normale Radialluft CN. Mit der dynamischen Tragzahl C = 1370 kN, demDrehzahlfaktor fn = 0,476 (n = 395 min–1) und der Gewichtskraft des Rotors GR = 100 kN ergibt sich diedynamische Kennzahl fL pro Lager zu:

fL = C · fn/(0,5 · GR · fz) = 1370 · 0,476/(50 · 2,5) = 5,2

Die Lager sind mit diesem fL-Wert, der einer nominel-len Lebensdauer Lh von ca. 120 000 Stunden ent-spricht, sehr sicher dimensioniert.

Lagereinbau

Die Lager werden mit Abziehhülsen FAG AH3234 aufder Rotorwelle befestigt. Sie sind in FAG Stehlager-gehäusen BNM3234KR.132887 eingebaut. Davon istein Gehäuse als Loslager (einseitig geschlossen, Aus-führung AL), das andere als Festlager (durchgehendeWelle, Ausführung BF) ausgebildet.Die ungeteilten Gehäuse der Reihe BNM wurden spe-ziell für die Lagerung von Hammermühlen und Ham-merbrechern entwickelt. Sie sind für Fettschmierungeingerichtet (Fettregler) und besonders wirksam abge-dichtet.


Die Wellensitze werden nach h7 mit einer Zylinder-formtoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101) gefertigt.Die Gehäusebohrungen sind nach H7 bearbeitet; diesläßt bei der Loslagerung eine Verschiebung des Außen-rings zu.


Bei der vorliegenden Drehzahl genügt Fettschmierungmit FAG Wälzlagerfett Arcanol L71V. In Zeitabstän-den ist Nachschmierung notwendig. Ein Fettreglerschützt das Lager vor Überschmierung. Wegen derungünstigen Umgebungsbedingungen ist eine zwei-gängige Labyrinthabdichtung vorgesehen. Die Wirk-samkeit der Dichtung wird durch häufiges Nachpressenvon Fett in die Labyrinthgänge unterstützt.

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133 FAG

94: Lagerung eines Doppelwellen-Hammerbrechers

Loslager Festlager

95 Kugel-Rohrmühle

Rohrmühlen werden meist in der Hütten-, Bergbau-und Zementindustrie eingesetzt. Die hier beschriebeneRohrmühle in einer australischen Goldmine zermahltgoldhaltiges Mineral (Korngröße 4...30 mm) durchMahlkörper (Kugeln) zu Sandkorngröße. Die Feinheitdes Materials wird durch die Anzahl der Kugeln unddurch die zugesetzte Wassermenge bestimmt. Die umihre waagerechte Achse drehende zylindrische Mahl-trommel ist mit Hartgußplatten ausgekleidet und hatmit dem Mahlgut ein hohes Gewicht.

Technische Daten

Trommel: Durchmesser 5 490 mm, Länge 8 700 mm;Antriebsleistung 3 850 kW; Drehzahl 13,56 min–1;Gewicht der gefüllten Trommel 400 t; maximale Radialbelastung pro Lager Fr = 1962 kN; maximaleAxialbelastung Fa = 100 kN; Lagerabstand 11 680 mm, Materialdurchsatz 250 t/h.

Lagerwahl

Lagerung der TrommelzapfenNeben den hohen Gewichtskräften sind die Lager beiRotation der Trommel durch die Mahlkörperfüllungständigen stoßartigen Belastungen ausgesetzt. BeideTrommelzapfen werden in Pendelrollenlagern der Rei-hen 239, 248 oder 249 abgestützt. Die Lager gleichenstatische und dynamische Winkelfehler aus, die durchFluchtungenauigkeiten der Lagersitze (großer Lagerab-stand) oder bei Durchbiegung der Trommel entstehenkönnen. Eingebaut sind im vorliegenden Fall Pendel-rollenlager mit kegeliger Lagerbohrung K 1:30; FAG248/1500BK30MB auf der Antriebsseite als Festlager,auf der Material-Einlaufseite als Loslager. Die Lagerbe-festigung auf den Zapfen erfolgt mit Hilfe einer Keil-hülse.

Lagerung des AntriebsritzelsDas Antriebsritzel ist abgestützt in zwei Pendelrollen-lagern FAG 23276BK.MB mit Spannhülse FAGH3276HG in Stehlagergehäusen mit Taconite-Abdich-tung FAG SD3276TST.


Bei der Dimensionierung der Trommellagerung gehtman von der halben Gewichtskraft der gefüllten Trom-mel aus

(400/2 · 9,81 = 1 962 kN).

Die Stöße werden durch den Stoßfaktor fz = 1,5 be-rücksichtigt. Gefordert wird eine nominelle Lebens-dauer von 100 000 h; dies entspricht einer dynami-schen Kennzahl fL = 4,9.

Die dynamisch äquivalente Belastung ist

P = fz · Fr + Y · Fa = 2 · 1,5 · 1 962 + 4,5 · 100 = 3 393 kN

Mit der dynamischen Tragzahl C = 12 900 kN ergibtsich die dynamische Kennzahl:

fL = C/P · fn = 12 900/3 393 · 1,31 = 4,98 (Lh > 100 000 h).

Die Lagerung ist hinsichtlich der nominellen Lebens-dauer sehr sicher ausgelegt.

Die Lager sind in geteilte FAG StehlagergehäuseSZA48/1500HF als Festlagerausführung bzw.SZA48/1500HL als Loslagerausführung eingebaut.Die Lageraußenringe sitzen fest in Gleitschalen (z. B.aus Grauguß), die sich in der unteren Gehäusehälftebefinden. Sie dienen zum leichteren axialen Längen-ausgleich. In die Trennfuge Gleitschale/Gehäuse einge-preßtes Fett unterstützt den Gleiteffekt.


Die Lagerinnenringe haben Umfangslast und benöti-gen einen festen Sitz auf den Trommelzapfen. Dies er-reicht man problemlos durch Keilhülsenbefestigungmittels Hydraulikmontage. Hierbei ist die Radialluft-verminderung und die Radialluft nach dem Einbau zubeachten (siehe Tabelle im FAG-Katalog WL 41 520,Abschnitt Pendelrollenlager).

Die Zylinderzapfen sind nach h9 und einer Zylinder-formtoleranz IT5/2 (DIN ISO 1101), die Gehäuse-bohrungen nach Toleranz H7 bearbeitet.


Fettschmierung mit einem Lithiumseifenfett der Kon-sistenzklasse 2 mit EP-Zusätzen, z. B. FAG Wälzlager-fett Arcanol L186V. Eine kontinuierliche Nachschmie-rung mit ca. 5 g/h und Lager sorgt für sichereSchmierverhältnisse.

Die Lager sind mit mehrgängigen Labyrinthen abge-dichtet. Wegen der extremen Umweltbedingungensind den Labyrinthen Schmutzabweisbleche undberührende Dichtungen (V-Ringe) vorgeschaltet. DieseKombination wird auch als Taconite-Abdichtung be-zeichnet. Auch die Labyrinthe werden kontinuierlichmit ca. 5 g/h und Labyrinth nachgeschmiert.

FAG 134

135 FAG

95: Lagerung einer Kugel-Rohrmühle

96 Laufrolle eines Drehofens

Drehöfen für die Zementherstellung haben eine Längevon 150 m und mehr. Sie sind in Abständen von ca.30 m auf Laufrollen abgestützt.

Technische Daten

Außendurchmesser des Ofens 4,4 m; Laufrollendurch-messer 1,6 m; Laufrollenbreite 0,8 m; radiale Bela-stung je Laufrolle 2400 kN; axiale Belastung 700 kN.Drehzahl 5 min-1; Masse von Laufrolle und Gehäuse13 t.


Zur Lagerung solcher Drehrohröfen bietet FAG kom-plette Baueinheiten an, bestehend aus einem Zwil-lingsgehäuse SRL, der Laufrolle mit Achse LRW undden Lagern. Im vorliegenden Beispiel sitzen die beidenLager der Laufrolle in geteilten Stehlagergehäusen miteinem gemeinsamen Unterteil (Rahmen) aus Grau-guß. Eingebaut sind Pendelrollenlager FAG 24184B(dynamische Tragzahl C = 6200 kN) als schwimmende

Lagerung, d. h. die Achse kann sich um ein definiertesAxialspiel gegenüber dem Gehäuse verschieben.Die Pendelrollenlager nehmen außer den Radialkräftenauch Axialkräfte auf, die bei Verschiebungen des Dreh-ofens entstehen. Mit einer dynamischen Kennzahl fL = 4,9, dies ent-spricht einer nominellen Lebensdauer Lh = 100 000 h, ist die Lagerung sicher ausgelegt.


Welle nach n6, da Umfangslast am Innenring; Gehäu-sebohrung nach H7.


Fettschmierung mit einem Lithiumseifenfett, dasHochdruckzusätze enthält (z. B. Wälzlagerfett ArcanolL186V).Zur Laufrolle hin sind die Lager mit Filzstreifen undfettgefüllten Labyrinthen abgedichtet.

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137 FAG

96: Laufrolle eines Drehofens

Schwingmaschinen

Mit Schwingsieben werden Schüttgüter gefördert undsortiert. Sie laufen im Bergbau, in Steinbrüchen, inSchotterwerken, in Gießereien, in der Lebensmittel-industrie, in der chemischen Industrie und in der Auf-bereitungs- und Verfahrenstechnik. Die wichtigsten Schwingsiebbauformen sind der Frei-schwinger mit kreisförmiger und der Freischwingermit linearer Schwingbewegung sowie das Exzentersieb.Zu den Schwingmaschinen kann man auch Vibrati-onsmotoren und Vibrations-Straßenwalzen rechnen.

Wahl der Lagerbauart und Lagerausführung

Wälzlager werden in Schwingsieben durch hohe, zu-meist stoßartige Kräfte beansprucht, wobei erschwe-rend hinzukommt, daß die Lagerung während derDrehung um die eigene Achse eine kreisförmige, ellip-senförmige oder lineare Schwingbewegung ausführt.Dabei treten hohe Radialbeschleunigungen (bis 7 g)auf, die die Lager und besonders die Käfige zusätzlichbeanspruchen. Hohe Betriebsdrehzahlen bei meist un-genauer Fluchtung der Lagerstellen sowie größere Wel-lendurchbiegungen sind weitere Anforderungen, diesich am besten mit Pendelrollenlagern erfüllen lassen.

Für diese erschwerten Betriebsbedingungen kommenFAG Pendelrollenlager mit eingeengter Bohrungs- undAußendurchmessertoleranz und einer vergrößertenRadialluft zum Einsatz:

Die FAG-Standardausführung E.T41A ist für Wellen-durchmesser von 40...150 mm vorgesehen. Durchzwei Stahlblech-Fensterkäfige werden die Fliehkräfteder lastfreien Rollen aufgenommen und über einenKäfigführungsring im Außenring radial abgestützt.

Für Wellendurchmesser ab 160 mm wird die Schwing-sieblagerausführung A.MA.T41A eingesetzt. Die La-ger haben am Innenring einen festen Mittelbord undbeidseitig Halteborde. Der zweiteilige Messing-Massiv-käfig wird im Außenring geführt.


Schwingsieblagerungen, die mit bewährten Lagerun-gen vergleichbar sind, können anhand der dynamischenKennzahl fL dimensioniert werden. Voraussetzung ist,daß auch die Randbedingungen vergleichbar sind. An-zustreben sind fL-Werte zwischen 2,5 und 3.

FAG 138

97 Freischwinger mit kreisförmiger Schwingbewegung

Technische Daten

Siebkastengewichtskraft G = 35 kN; Schwingradius r = 0,003 m; Drehzahl n = 1200 min–1; Lageranzahl z = 2 ; Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2.


Da Freischwinger weit überkritisch arbeiten, rotierender Schwerpunkt des Siebkastens und der Schwer-punkt der Erregerunwucht um eine gemeinsameSchwerachse. Die Lagerbelastung ergibt sich entspre-chend der Fliehkraft des Siebkastens aus:

Fr = 1/z · G / g · r · (π · n/30)2 == 1/2 · 35 / 9,81 · 0,003 · (3,14 · 1200/30)2 = 84,5 kN

Wegen der ungünstigen dynamischen Beanspruchung istes zweckmäßig, die Lagerbelastung mit dem Zuschlag-faktor fz = 1,2 zu multiplizieren. Damit wird die dyna-misch äquivalente Belastung

P = fz · Fr = 1,2 · 84,5 = 101,4 kN

Mit der dynamischen Kennzahl fL = 2,72 (Lh = 14000 h)und dem Drehzahlfaktor fn = 0,34 (n = 1200 min–1) er-rechnet sich die erforderliche dynamische Tragzahl C zu

C = fL/fn · P = 2,72/0,34 · 101,4 = 811,2 kN

Bei Schwingsieben wählt man eine dynamische Kenn-zahl fL von 2,5...3, entsprechend einer nominellen Er-müdungslebensdauer Lh von 11 000 bis 20 000 Stun-den. Gewählt wird das Pendelrollenlager FAG22324ED.T41A mit einer dynamischen Tragzahl von 900 kN.


Von den beiden Pendelrollenlagern der Unwuchtwelleist ein Lager als Festlager, das andere als Loslager einge-baut. Die Innenringe erhalten Punktlast und werdenmit einer Wellentoleranz g6 oder f6 eingebaut. DieAußenringe erhalten Umfangslast und werden in derGehäusebohrung nach P6 fest gepaßt.


Die Lagerung hat Ölumlaufschmierung. Es werdenMineralöle mit einer Mindestviskosität von 20 mm2/sbei Betriebstemperatur empfohlen. Das Öl sollteHochdruckzusätze und Korrosionsschutzzusätze ent-halten. Die Abdichtung nach außen besteht aus einem fettge-füllten, nachschmierbaren Labyrinth. Gegen Ölaustrittist ein Spritzring mit Ölfangnut vorgesehen. ZwischenSpritzring und Labyrinth ist zur Trennung von Öl undFett ein V-Ring angeordnet.

139 FAG

1 Festlager

97: Lagerung eines Freischwingers mit kreisförmiger Schwingbewegung

Loslager Festlager

98 Freischwinger mit linearer Schwingbewegung

Im Prinzip besteht der Linearschwinger aus zwei gegen-läufigen, synchron arbeitenden Kreisschwinger-systemen.

Technische Daten

Siebkastengewichtskraft G = 33 kN; Gewichtskraft desErregers G1 = 7,5 kN; Amplitude r = 0,008 m; Dreh-zahl n = 900 min–1; Lageranzahl z = 4 ; Erdbeschleuni-gung g = 9,81 m/s2.


Beim Linearschwinger wechselt die Lagerbelastungwährend einer Umdrehung der Erregerwellen zweimalzwischen dem Maximalwert Fr max und dem Minimal-wert Fr min.

Zur Berechnung dieser Kräfte wird der Schwerpunkts-abstand R des Erregergewichts benötigt. Zwischen denGewichtskräften G und G1, der Schwingungsamplitu-de r und dem Abstand R besteht die Beziehung

G · r = G1 · (R – r)

Im Beispiel ist R = 0,043 m

Wenn die Fliehkräfte senkrecht zur Schwingungsrich-tung wirken, tritt die maximale Radialkraft Fr max auf.Sie errechnet sich aus

Fr max = 1/z · G1 / g · R · (π · n/30)2 == 1/4 · 7,5 / 9,81 · 0,043 · (3,14 · 900/30)2 = 73 kN

Die minimale Radialkraft Fr min liegt vor, wenn dieRichtung der Fliehkräfte mit der Schwingbewegungübereinstimmt. Die Radialkraft ergibt sich dann zu

Frmin = 1/4 · G1/g · (R – r) · (π · n/30)2 == 1/4 · 7,5/9,81 · 0,035 · (3,14 · 900/30)2 = 59,4 kN

Da die Radialkraft zwischen dem Maximum und demMinimum sinusförmig verläuft, wird die dynamischäquivalente Belastung P unter Berücksichtigung des

Zuschlagfaktors fz = 1,2 aus folgender Näherungsglei-chung berechnet:P = 1,2 · (0,68 · Fr max + 0,32 · Fr min) == 1,2 · (0,68 · 73 + 0,32 · 59,4) = 82,4 kN

Mit der für Schwingsiebe gewählten dynamischenKennzahl fL = 2,53 (Lh = 11000 h) und dem Drehzahl-faktor fn = 0,372 (n = 900 min–1) errechnet sich die er-forderliche dynamische Tragzahl C zu

C = fL/fn · P = 2,53/0,372 · 82,4 = 560,4 kN

Gewählt wird das Pendelrollenlager FAG22320ED.T41A mit einer dynamischen Tragzahl von 655 kN.


Die Festlagerstellen der beiden Unwuchtwellen liegenauf der Seite der Zahnräder, die Loslagerstellen auf derAntriebsseite. Die Innenringe (Punktlast) werden losegepaßt, d. h. die Welle wird nach g6 oder f6 bearbeitet.Die Lageraußenringe erhalten Umfangslast und werdenin der Gehäusebohrung nach P6 fest gepaßt.


Die Lagerung hat Ölschmierung. Zur Schmierung derPendelrollenlager auf der Festlagerseite genügt das Öl,das die Zahnräder, von denen das untere in das Ölbadeintaucht, abschleudern. Auf der Gegenseite hat eineSchleuderscheibe dieselbe Wirkung. Staubleche (A) anden Stirnseiten der Gehäuse erzeugen in den Lagerneinen so hohen Ölstand, daß die untersten Rollen etwazur Hälfte im Öl stehen. Der Ölstand ist so hoch, daßdas untere Zahnrad und die Schleuderscheibe geradenoch eintauchen. Der Ölspiegel kann mit einem Öl-standauge kontrolliert werden.

Der Durchgang der Antriebswelle ist mit einem Spritz-ring und einem V-Ring im Labyrinth abgedichtet.

FAG 140

141 FAG

1 2

1 Festlager2 LoslagerA StaublecheB Ölstandsauge

A

A

B

98: Lagerung eines Freischwingers mit linearer Schwingbewegung

1 Festlager2 LoslagerA StaublecheB Ölstandsauge

99 Exzentersieb

Beim Exzentersieb ist der Schwingradius so groß wiedie Exzentrizität der Welle. Er ist unveränderlich; da-her heißen diese Siebe auch Starrschwinger.

Technische Daten

Siebkastengewichtskraft G = 60 kN; Exzenterradius r = 0,005 m; Drehzahl n = 850 min–1; Anzahl der Innenlager z = 2; Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2.


InnenlagerFür die beiden Innenlager eines Exzentersiebs – sienehmen an der Schwingbewegung teil – ergibt sich diedynamisch äquivalente Belastung P wie beim Frei-schwinger mit kreisförmiger Schwingbewegung zu

P = 1,2 · Fr = 1,2/z · G/g · r · (π · n/30)2 == 1,2/2 · 60/9,81 · 0,005 · (3,14 · 850/30)2 = 145,4 kN

Erforderliche dynamische Tragzahl C:

C = fL/fn · P = 2,93/0,378 · 145,4 = 1127 kN

Gewählt werden Pendelrollenlager FAG22328ED.T41A (dynamische Tragzahl C = 1220 kN).

AußenlagerDie ortsfesten Außenlager sind nur gering belastet, dadie Fliehkraft des Siebkastens durch Gegengewichteausgeglichen wird. Im allgemeinen werden ebenfalls

Pendelrollenlager der Reihe 223 eingebaut. Die Lager-größe richtet sich nach dem Wellendurchmesser. Da-mit kommt man zu Lagern, deren Tragfähigkeit sohoch ist, daß sich eine Berechnung der Ermüdungs-lebensdauer erübrigt. Da diese Lager nicht an derSchwingbewegung teilnehmen, genügt die Normalaus-führung mit normaler Lagerluft. Im vorliegendem Fallsind Pendelrollenlager FAG 22320EDK (dynamischeTragzahl C = 655 kN) eingebaut.


InnenlagerungAn den Innenlagern (Festlager-Loslager-Anordnung)liegt Punktlast für die Innenringe vor: Die Welle wirdnach g6 oder f6 bearbeitet. Im Gehäuse werden die La-ger nach P6 fest gepaßt.

AußenlagerungDie Außenlager – ebenfalls eine Festlager-Loslager-An-ordnung – sind mit Abziehhülsen auf der Welle befe-stigt. Die Welle ist nach h8, die Gehäusebohrung nachH7 bearbeitet.


Fettschmierung mit Lithiumseifenfett der Konsistenz-klasse 2 mit Korrosionsschutz- und Hochdruckzusät-zen. Schmierstoffzuführung zwischen den Rollenreihendurch Schmierbohrungen in den Lageraußenringen.Die Abdichtung erfolgt durch fettgefüllte, nachschmier-bare Labyrinthe.

FAG 142

99: Lagerung eines Exzentersiebes

Festlager Loslager

Gegengewicht

100 Vibrationsmotor

Die Schwingungen der Vibrationsgeräte werden voneinem oder mehreren Erregern erzeugt. Ein solcher Er-reger ist beispielsweise ein Elektromotor, an dessen Ro-torenden Unwuchtkörper angebracht sind. Manspricht dann von einem „Vibrationsmotor”. Vibra-tionsmotoren laufen vorwiegend in Maschinen zurHerstellung von Betonfertigteilen sowie in Sieben undSchüttelrinnen.

Technische Daten

Leistung N = 0,7 kW, Drehzahl n = 3000 min–1. Als Belastung wirken die Gewichtskraft des Rotorsund die Zentrifugalkraft der Unwuchtkörper: Maxi-male Radialbelastung eines Lagers Fr = 6,5 kN.


Wegen der hohen Zentrifugalkräfte reicht die Trag-fähigkeit der sonst bei mittelgroßen Elektromotorenüblichen Rillenkugellager nicht aus. Vibrationsmoto-ren lagert man deshalb mit Zylinderrollenlagern. Ein-gebaut sind zwei Zylinderrollenlager FAGNJ2306E.TVP2.C4; die dynamische Tragzahl der La-ger beträgt 73,5 kN.

Für die aus der Fliehkraft resultierende ungünstige dy-namische Lagerbelastung ist ein Zuschlagfaktor fz = 1,2 vorzusehen. Unter dessen Berücksichtigung er-gibt sich die dynamisch äquivalente Belastung zu

P = 1,2 · Fr = 7,8 kN.

Mit dem Drehzahlfaktor fn = 0,26 (n = 3000 min-1)wird die dynamische Kennzahl

fL = C/P · fn = 73,5/7,8 · 0,26 = 2,45

Dieser fL-Wert entspricht einer nominellen Lebensdauervon 10 000 h. Die Lager sind somit richtig bemessen.


Welle k5; Gehäuse N6.Die Lageraußenringe haben Umfangslast und werdendeshalb fest gepaßt. Da am Innenring eine Pendellastauftritt, ist es zweckmäßig, auch den Innenring fest aufdie Welle zu passen. Bei nicht zerlegbaren Lagern wür-de diese Forderung zu einem schwierigen Lagereinbauund -ausbau führen. Man verwendet deshalb zerlegbareZylinderrollenlager der Bauart NJ.

Lagerluft

Durch die festen Passungen verringert sich die Radial-luft der Lager. Außerdem erwärmen sich die Innenrin-ge im Betrieb stärker als die Außenringe, was zu einerzusätzlichen Radialluftverminderung führt. Infolge-dessen werden Lager der Radialluftgruppe C4 (d. h.Radialluft größer als C3) eingebaut. Damit die Lagerung axial nicht verspannt wird, bautman die Innenringe so ein, daß die Rollensätze der bei-den Lager zwischen dem Innenringbord eine Axialluftvon 0,2...0,3 mm haben (Schwimmende Lagerung).


Beide Lager werden mit Fett geschmiert. Bewährt ha-ben sich Lithiumseifenfette der Konsistenzklasse 2 mitEP-Zusätzen. Nach etwa 500 Betriebsstunden wirdnachgeschmiert. Da der Vibrationsmotor auf beidenSeiten geschlossen ist, genügen als Abdichtung Dicht-spalte mit Rillen.

143 FAG

100: Lagerung der Erregerwelle eines Vibrationsmotors

101–103 Großkonverter

Da Konverter im Schwenkbetrieb arbeiten und nur ge-legentlich bis zu 360° drehen, werden die Lager nachihrer statischen Tragfähigkeit ausgewählt. WichtigeKriterien bei der Wahl der Lagerbauart sind neben derhohen statischen Tragzahl der Ausgleich von größerenFluchtungenauigkeiten und Längenänderungen. We-gen des großen Lagerabstands und wegen der Verwin-dung und Durchbiegung des Tragrings sind Fluchtun-genauigkeiten bei Konvertern unvermeidlich. Ebensotreten, aufgrund großer Temperaturunterschiede beimAnheizen und Erkalten des Konverters, erheblicheLängenänderungen auf.

Lagerwahl

Beispiel 101 zeigt die übliche Konverterlagerung. So-wohl auf der Festlager- als auch auf der Loslagerseitesind Pendelrollenlager vorgesehen. Auf der Loslager-seite ist im Gehäuse eine Gleitbuchse eingebaut, in dersich das Pendelrollenlager in axialer Richtung verschie-ben kann. Um den Reibungswiderstand möglichstniedrig zu halten, ist die Bohrung der Büchse geschlif-fen und mit Festschmierstoff (Molybdändisulfid) be-handelt.Zur Berechnung der Axialbelastung wird ein Rei-bungsbeiwert von µ = 0,1...0,15 angesetzt.

Im Beispiel 102 sind beide Pendelrollenlager in denGehäusen als Festlager eingebaut. Die Verschiebung inLängsrichtung erfolgt über zwei seitlich angeordneteLinearlager (Rollen), auf denen das eine der beidenGehäuse ruht. Bei dieser Konstruktion muß also beimLängenausgleich nur die Rollreibung der Linearlager –Reibungsbeiwert µ ≈ 0,05 – überwunden werden.


Bei Konvertern soll die statische Kennzahl fs = C0/P0größer als 2 sein; siehe Berechnungsbeispiel. C0 ist die statische Tragzahl des LagersP0 ist die statisch äquivalente Belastung

Technische Daten

Berechnungsbeispiel: Zwei Pendelrollenlager mit zu-sätzlicher Linearlagerung (Beispiel 102).Festlager: Radialbelastung FrF = 5800 kN; Loslager: Radialbelastung FrL = 5300 kN; Axialbelastung aus dem Antrieb Fa = 800 kN und ausder Längsverschiebung 0,05 · FrL = 265 kN; Zapfendurchmesser an der Lagersitzstelle 900 mm.

Eingebaut sind zwei Pendelrollenlager FAG230/900K.MB (statische Tragzahl C0 = 26 000 kN,Axialfaktor Y0 = 3,1).

FestlagerP0 = FrF + Y0 · (Fa + 0,05 · FrL)

= 5 800 + 3,1 · (800 + 265) = 9 100 kN

Statische Kennzahl fs = 26 000 / 9 100 = 2,85

LoslagerP0 = FrL + Y0 · 0,05 · FrL

= 5 300 + 3,1 · 265 = 6 120 kN

Statische Kennzahl fs = 26 000 / 6 120 = 4,24

Beide Lager sind also sicher dimensioniert. Für die beiden Linearlager sind je fünf Zylinderrollen (80 x120 mm) erforderlich. Die Führungsschienen (Lauf-bahnen) haben eine Härte von 59...65 HRC.


Bei zylindrischer Lagerbohrung: Zapfen m6. Bei kege-liger Lagerbohrung und Hydraulikhülse: Zapfen h7.Die Wellenzapfen sind mit einer ZylinderformtoleranzIT5/2 (DIN ISO 1101) bearbeitet. Die Aufnahmebohrungen im Gehäuse haben H7-To-leranz. Eine festere Passung ist nicht zu empfehlen, dadie Lager wegen der geteilten Gehäuse oval verspanntwerden könnten.


Konverterlager werden mit Fett geschmiert. Zu emp-fehlen sind Lithiumseifenfette der Konsistenzklasse 2mit EP- und Korrosionsschutzzusatz (z. B. FAG Wälz-lagerfett Arcanol L186V). Eine wirkungsvolle Abdich-tung erreicht man mit graphitierten Packungsringen.

Geteilte Wälzlager

Hüttenwerke fordern vielfach, daß das Lager auf derAntriebsseite eines Konverters ohne Demontage desAntriebsaggregats ausgewechselt werden kann. Das er-möglichen geteilte Pendelrollenlager (Beispiel 103).Aus Preisgründen dienen geteilte Lager meistens alsErsatz.

FAG 144

101: Konverterlagerung(zwei Pendelrollenlager)

145 FAG

Festlager Loslager

Festlager Loslager

102: Konverterlagerung(zwei Pendelrollenlagerzwei Linearlager)

103: Festlager seite mitgeteiltem Pendelrollenlager

104 Walzen eines Quarto-Kaltwalzgerüstes für Aluminium

Technische Daten

Stützwalzen: Walzendurchmesser 1 525 mmBallenlänge 2 500 mm

Arbeitswalzen: Walzendurchmesser 600 mmBallenlänge 2 500 mm

Walzkraft maximal 26 000 kNWalzgeschwindigkeit max. 1 260 m/min

Wahl der Stützwalzenlager (Bild 104a)

RadiallagerungZur Aufnahme der hohen Radialkräfte bei begrenztemEinbauraum und hohen Drehzahlen eignen sich ambesten Zylinderrollenlager. Auf jeder Walzenseite istein vierreihiges Zylinderrollenlager FAG 527048 (Ab-messungen 900 x 1220 x 840 mm) eingebaut. Die La-ger haben Bolzenkäfige und erreichen eine dynamischeTragzahl C = 31 500 kN.

Die vergrößerte Radialluft C4 ist erforderlich, weil dieInnenringe fest gepaßt sind und sich im Betrieb stärkererwärmen als die Außenringe.

Bearbeitungstoleranzen:Walzenzapfen +0,350 / +0,440 mm, Einbaustück H7.

AxiallagerungWeil bei Bandgerüsten die Axialbelastungen niedrigsind, werden Axiallager verwendet, die im Vergleich zuden Radiallagern klein sind. Auf beiden Seiten derStützwalze ist ein zweireihiges Kegelrollenlager FAG531295A (Abmessungen 400 x 650 x 240 mm) einge-baut. Die dynamische Tragzahl C beträgt 3450 kN.

Bearbeitungstoleranzen: Welle f6.

Die Außenringe sind radial nicht unterstützt, axialsind sie mit Schraubenfedern angestellt.

FAG 146

104a: Lagerung der Stützwalzen eines Quarto-Kaltwalzgerüstes für Aluminium (Antriebs- und Bedienungsseite sind gleich gelagert)

Wahl der Arbeitswalzenlager (Bild 104b, c)

RadiallagerungAuf jeder Walzenseite sind zwei zweireihige Zylinder-rollenlager FAG 532381.K22 (Abmessungen 350 x500 x 190 mm) eingebaut. Die Toleranzen der Zylin-derrollenlager sind so eingeengt, daß alle Rollenreihengleichmäßig tragen. Die Lager haben Massivkäfige ausMessing und eine vergrößerte Radialluft C3.

BearbeitungstoleranzenWalzenzapfen p6; Bohrung im Einbaustück H6.

AxiallagerungAuf der Festlagerseite (Bedienungsseite) sind zweiSchrägkugellager FAG 7064MP.UA in X-Anordnungeingebaut. Beim Zusammenbau beliebiger Einzellager

der Universalausführung UA entsteht bei X- oder O-Anordnung ein Lagerpaar mit geringer Axialluft. DieSchrägkugellager nehmen die beim Walzen auftreten-den Axialkräfte auf. Das Rillenkugellager FAG61972M.C3 auf der Loslagerseite (Antriebsseite) führtlediglich das Einbaustück in axialer Richtung.Bearbeitungstoleranzen: Buchse k6; Außenringe sindradial nicht unterstützt.

Schmierung

Alle Lagerungen der Stütz- und Arbeitswalzen werdenmit Öl nebel geschmiert. Es wird ein Öl hoher Visko-sität mit Hochdruckzusätzen verwendet, weil die Zylinderrollenlager – besonders an den Stützwalzen –hoch belastet sind und dort auch Betriebstemperatu-ren bis 70 ˚C auftreten.

147 FAG

104b: Lagerung der Arbeitswalzen, Bedienungsseite

104c: Lagerung der Arbeitswalzen, Antriebsseite

Arbeitswalzen der Fertigstaffel einer 105 Quarto-Warmbreitbandstraße

Die Lagerungen von Arbeitswalzen werden oft durchgroße Mengen Wasser oder Walzenkühlmittel beauf-schlagt. Dazu kommen bei Warmwalzwerken noch er-hebliche Mengen an Schmutz. Deshalb müssen die La-gerstellen sorgfältig abgedichtet sein. In der Regel wer-den sie mit Fett geschmiert, das die Dichtwirkung un-terstützt. Bei modernen Walzwerken ist man bestrebt,den Fettverbrauch und die Umweltbelastung durchaustretendes Fett-Wasser-Gemisch zu vermindern.

Technische Daten

Walzenballendurchmesser 736 mm; Walzenballenlänge2235 mm; Walzgeschwindigkeit 3,5...15 m/s.


Als Lagerbauart für Arbeitswalzen haben sich vierreihi-ge Kegelrollenlager bewährt. Sie nehmen zu hohen Ra-dialkräften auch Axialkräfte auf und beanspruchen we-nig Einbauraum. Die Lager erhalten auf den Zapfeneinen Schiebesitz; dadurch ist ein schneller Walzen-wechsel möglich. In diesem Einbaufall werden abge-dichtete, vierreihige Kegelrollenlager FAG 563681A(Abmessungen 482,6 x 615,95 x 330,2 mm) verwendet.Die Gebrauchsdauer der Arbeitswalzenlager wird haupt-sächlich von den Kräften, der Walzgeschwindigkeit,

der Schmierung und der Sauberkeit beeinflußt.In der Regel erreichen offene Lager wegen schlechterSchmierungs- und Sauberkeitsbedingungen nicht dienominelle Lebensdauer. Dagegen ergibt die modifizierteLebensdauerberechnung für abgedichtete Lager meistFaktoren a23 größer 1, d. h. die erreichbare Lebensdauerübertrifft die nominelle Lebensdauer. Der Wert liegttrotz geringerer Tragzahl in der Regel über dem einesgleich großen nicht abgedichteten Lagers.


Die Lager sind mit relativ kleinen Mengen hochwerti-gen Wälzlagerfetts gefüllt. Auf jeder Lagerseite ist eineberührende zweilippige Dichtung eingebaut. Die innereDichtlippe verhindert den Austritt von Fett aus demLager; die äußere Dichtlippe schützt gegen eventuellnoch in das Einbaustück eingedrungene Flüssigkeit.Im Walzbetrieb und beim Walzenwechsel brauchtnicht nachgeschmiert werden. Die bei der Montageeingebrachte Fett menge reicht in der Regel für eineEinbaustückreise, d. h. für eine Einsatzzeit von1000...1200 Stunden aus. Die Einbaustücke enthaltendie konventionellen Außendichtungen (Manschetten-dichtungen). Diese werden mit einem preiswerten, um-weltschonenden Dichtfett gefüllt.

FAG 148

105: Arbeitswalzenlagerung der Fertigstaffel einer Quarto-Warmbreitbandstraße

Walzen eines Duo-Block-Brammengerüstes 106 oder Duo-Block-Knüppelgerüstes

Technische Daten

Walzendurchmesser 1168 mm (46''); Walzenballenlän-ge 3100 mm (122''); Walzgeschwindigkeit 2,5...5 m/s;ein Jahresausstoß von 1 Million Tonnen. Das Gerüstarbeitet im Reversierbetrieb, d. h. das Walzgut geht hinund her, die Drehrichtung der Walzen wechselt vonStich zu Stich.

Walzenlagerung

Zur Lagerung der Arbeitswalzen kommen auch hiermehrreihige Kegelrollenlager zum Einsatz. Sie benöti-gen relativ wenig Einbauraum und nehmen hohe Radial- und Axialkräfte auf. Die Walzen sind auf bei-den Seiten in einem vierreihigen Kegelrollenlager FAG514433A mit den Abmessungen 730,25 x 1035,05 x 755,65 mm abgestützt.

Die Lagerringe haben auf den Walzenzapfen und inden Einbaustücken einen losen Sitz, damit man sieleicht ein- und ausbauen kann. Hierbei wandert derInnenring in Umfangsrichtung auf dem Walzenzapfen.Um dabei Verschleiß und Erwärmung zu verringern,werden die Paßflächen meist über eine schraubenför-mige Nut in der Lagerbohrung mit Fett versorgt.

Schmierung

Die Kegelrollenlager werden mit Fett geschmiert.Durch Nuten an den Stirnflächen der Innen- und desZwischenrings wird kontinuierlich Fett zugeführt.

Überschüssiges Fett entweicht durch die Bohrungenim mittleren Außenring und in den Zwischenringen.

149 FAG

106: Walzenlagerung eines Duo-Block-Brammen- oder Block-Knüppelgerüstes

Kombiniertes Untersetzungs- und Kammwalzengetriebe107 einer Knüppelstraße

Technische Daten

Die Knüppelstraße ist für eine monatliche Produkti-onsleistung von 55 000 Tonnen ausgelegt. Die Straßebesteht aus der Vor- und Fertigstaffel. Jede Staffel hatvier Gerüste, wobei abwechselnd ein Vertikal- und einHorizontalgerüst angeordnet sind. Der Antrieb derVertikalgerüste ist nach oben gelegt; das hat u. a. denVorteil, daß die Fundamente nicht so tief werden; mannimmt allerdings eine große Bauhöhe der Gerüste inKauf.

Motorleistung 1 100/2 200 kW;Motordrehzahl 350/750 min–1.


Radialkräfte und Axialkräfte werden getrennt aufge-nommen: die Radialkräfte in Zylinderrollenlagern, dieAxialkräfte in Schrägkugellagern und Vierpunktlagern.Zylinderrollenlager als Radiallager haben den Vorteil,daß sie bei hoher Tragfähigkeit nur einen kleinen Ein-bauraum benötigen, d. h. man kann den Abstand zwi-schen den Getriebewellen gering halten. Mit entschei-dend bei der Wahl der Lagergröße ist der Durchmesserder einzelnen Getriebewellen, der sich aus der Festig-keitsrechnung ergibt. Die beiden größten Zylinderrol-lenlager des Getriebes befinden sich auf der Seite derKammwalzen und haben die Abmessungen 750 x 1000 x 250 mm. Als Axiallager sitzt auf jeder der vierGetriebewellen ein Vierpunktlager (zweiseitig wirken-des Schrägkugellager).

Ein Vierpunktlager bietet gegenüber zwei Schrägkugel-lagern den Vorteil geringerer Baubreite und gegenübereinem Rillenkugellager den Vorteil geringerer Axialluftund höherer axialer Tragfähigkeit. Vierpunktlager kön-nen aber nur dann verwendet werden, wenn die Axial-last ihre Richtung nicht zu häufig wechselt. Die Wel-len des vorgeschalteten Kegelgetriebes dürfen in Anbe-tracht der empfindlichen Bogenverzahnung nur sehrwenig Axialluft haben. Das erreicht man hier mit jezwei zusammengepaßten Schrägkugellagern auf derRitzelwelle und auf der Kegelradwelle. Sie überneh-men auch die Axiallast, während Zylinderrollenlagerdie Radiallast aufnehmen.


Zylinderrollenlager: Wellenzapfen p6; GehäuseH6/H7.

Vierpunktlager und Schrägkugellager: Wellenzapfenf6; Gehäuse D10.

Die Außenringe der Vierpunkt- und Schrägkugellagersind im Gehäuse freigedreht, so daß sichergestellt ist,daß keine Radialkräfte, sondern ausschließlich Axial-kräfte aufgenommen werden.

Schmierung

Öl umlaufschmierung.An den Öl umlauf für die Getrieberäder sind auch dieWälzlager angeschlossen. Das Öl wird den Lagerstellenvom Öl filter aus unmittelbar zugeführt, damit der Ab-rieb der Getrieberäder nicht in die Lager gelangt.

FAG 150

151 FAG

107: Kombiniertes Untersetzungs- und Kammwalzengetriebe

108 Arbeitswalzen einer Profilstraße

Die Ständer der Walzgerüste dehnen sich unter dengroßen Walzkräften. Dies kann sich negativ auf dieQualität des Walzgutes auswirken. Um dies zu verhin-dern, sah man üblicherweise aufwendige Walzen-Ver-stelleinrichtungen vor. Ein anderer Weg, den stören-den Einfluß der Elastizität zu kompensieren, bestehtdarin, daß man die Einbaustücke, die die Walzen unddie Lagerungen tragen, über die Walzenständer hy-draulisch gegeneinander vorspannt (siehe Schema-zeichnung).

Bei einer Profilstraße haben 9 von insgesamt 13 konti-nuierlich arbeitenden Gerüsten die hydraulisch vorge-spannten Einbaustücke. Fünf der neun vorgespanntenGerüste können auch als Universalgerüste arbeiten. Siewerden dazu mit zwei vertikal angeordneten Walzen-sätzen ausgerüstet.

Walzenlagerungen

Die waagerechten Walzen sind in mehrreihigen Zylin-derrollenlagern und Kegelrollenlagern abgestützt. Dieauf der Antriebsseite sitzenden Zylinderrollenlagergleichen die Längenänderungen bei Wärmedehnungenaus. Der sonst übliche Längenausgleich über das aufder Antriebsseite im Ständer axial frei bewegliche Ein-baustück ist bei gegeneinander vorgespannten Einbau-stücken nicht möglich.

Die Horizontal-Walzen in den Gerüsten am Anfangder Straße, die mit 3 150 kN belastet werden, sind invierreihigen Zylinderrollenlagern und vierreihigen Ke-gelrollenlagern mit den Abmessungen 355,6 x 257,2 x 323,8 mm gelagert (Bild a). Die Lager sitzen lose aufdem Wellenzapfen (e7), was die Montage erleichtert.

Bei den Gerüsten, in denen Profilstähle fertig gewalztwerden, ist ein loser Sitz nicht möglich, da die gefor-derte Qualität nur bei eng geführten Walzen erreichtwird. Deshalb wurden Zylinder- und Kegelrollenlagermit kegeliger Bohrung gewählt und auf die kegeligenWalzenzapfen aufgepreßt. Das eingesetzte Hydraulik-verfahren erleichtert hierbei den Ein- und Ausbau.Wegen der geringeren Walzkräfte (2 550 kN) wurdenin diesem Fall zur Lagerung der Horizontal-Walzenzweireihige Zylinder- und Kegelrollenlager mit denAbmessungen 220,1 x 336,6 x 244,5 mm eingesetzt(Bild b).

Die Vertikal-Walzen sind jeweils in einem Kegelrollen-lagerpaar in O-Anordnung (Abmessungen 165,1 x 336,6 x 194,2 mm) abgestützt (Bild a). Die Lager sit-zen unmittelbar in den Walzen. Beim Einlaufen desWalzgutes werden die Vertikal-Walzen und deren La-ger in kürzester Zeit auf die Betriebsdrehzahl beschleu-nigt. Damit bei diesen Beschleunigungen die Rollkör-per ständig im Kontakt mit den Laufbahnen bleiben,sind die Kegelrollenlager vorgespannt. Dazu wurdendie Toleranzen der Lager und der Lagersitzstellen soaufeinander abgestimmt, daß die Lager ohne jede Paß-arbeit nach dem Einbau die richtige Vorspannung haben.

FAG 152

1 Hydraulikkolben2 Oberes Einbaustück3 Druckstempel4 Unteres Einbaustück5 Ständer

153 FAG

108a: Lagerung der Horizontal-Walzen in vorgespannten Gerüsten am Anfang der Profilstraßeund Lagerung der Vertikal-Walzen

108b: Lagerung der Horizontal-Walzen für Gerüste, in denen Profilstähle fertig gewalzt werden

Duo-Walzen eines Dressiergerüsts für 109 Kupfer- und Messingbänder

Auf diesem Dressiergerüst werden Kupferbänder undMessingbänder mit einer Bandbreite zwischen 500und 1 050 mm gewalzt. Die Anstichdicke beträgt maximal 4 mm, die Enddicke minimal 0,2 mm.

Eine Besonderheit dieses Gerüsts ist die „Gegenbie-gung“. Die Walzkräfte führen zu einer elastischenDurchbiegung der Walzen. Diese Biegung wird durchGegenbiegekräfte hydraulisch kompensiert. Die Ge-genbiegekräfte werden auf beiden Seiten und außer-halb der Walzenlagerung über Pendelrollenlager aufdie Walzenzapfen aufgebracht. Durch die Gegenbie-gung wird eine über die ganze Breite gleichbleibendeBanddicke erreicht.

Technische Daten

Duo-Walzendurchmesser 690/650 mm; Walzenballen-länge 1150 mm; Walzgeschwindigkeit maximal 230 m/min; Walzkraft maximal 8000 kN; Gegenbie-gekraft maximal 1300 kN je Zapfen.

Lagerung für Gegenbiegung

Die Gegenbiegekräfte werden über PendelrollenlagerFAG 24068B.MB aufgebracht.Bearbeitungstoleranzen: Zapfen e7, Gehäuse H6.

Radiallagerung der WalzenAuf jeder Seite ist ein vierreihiges ZylinderrollenlagerFAG 547961 mit den Abmessungen 445 x 600 x 435 mm eingebaut. Die Zylinderrollenlager habenBolzenkäfige. Diese bestehen aus zwei Seitenscheiben,in denen die durch die Rollen gehenden Bolzen befe-stigt sind. Nuten an den Seitenflächen der Lagerinnen-ringe erleichtern die Demontage.Bearbeitungstoleranzen: Zapfen +0,160 / +0,200 mm, Einbaustück H6.

Axiallagerung der WalzenAuf der Bedienungsseite werden die Axialkräfte vonzwei in O-Anordnung eingebauten SchrägkugellagernFAG 507227.N10BA (Abmessungen 400 x 600 x 90 mm) aufgenommen.Auf der Antriebsseite wird das Einbaustück mit einemRillenkugellager FAG 6080M.C3 auf dem Walzenzap-fen fixiert.Bearbeitungstoleranzen: Zapfen f6, Außenringe sindradial frei gedreht.

Schmierung

Die Zylinderrollenlager werden, wie auch die übrigenLager, mit einem Lithiumseifenfett mit Hochdruckzu-satz (EP-Zusatz) geschmiert. Sie können einfach überSchmierbohrungen und Schmiernuten in den Außen-und Zwischenringen nachgeschmiert werden.

FAG 154

155 FAG

109: Lagerung der Duo-Walzen eines Dressiergerüsts

Antriebsseite

Bedienungsseite

Gegenbiegelagerung Walzenlagerung

110 Richtrollen einer Schienen-Richtmaschine

Schienen für die Gleisanlagen der Eisenbahnen oderKrane werden in Walzwerken warm ausgewalzt. Nachdem Walzen kühlen die Schienen auf Kühlbetten ab.Da dies nicht gleichmäßig geschieht, verziehen sich dieSchienen. Sie müssen anschließend in Richtmaschinenzwischen horizontalen und vertikalen Rollen gerichtetwerden.

Die Richtanlage besteht aus zwei hintereinander ste-henden Maschinen. In der ersten Maschine laufen dieSchienen durch waagerecht angeordnete Rollen, in derzweiten Maschine durch senkrecht angeordnete Rol-len. So sind die Schienen nach dem Durchlauf in bei-den Ebenen gerichtet.

Waagerechte RichtrollenDie maximale Radialkraft an den waagerechten Rollenist 4 200 kN. Je nach Walzgut treten Axialkräfte bis zu2 000 kN auf.Die Drehzahlen liegen zwischen 2 und 60 min–1.

Zur Aufnahme der Radialkräfte und wegen der hohenTragfähigkeit und Steifigkeit wurden zweireihige Zy-linderrollenlager vorgesehen. Das höher belastete, un-mittelbar neben der Rolle sitzende Zylinderrollenlagerwurde speziell für das Abstützen der Richtrollen ent-wickelt. Es hat die Abmessungen 530 x 780 x 285/475 mm. Das schwächer belastete Zylinderrollenlagermißt 300 x 460 x 180 mm.

Die Zylinderrollenlager haben durchbohrte Rollen.Die Rollen werden mit Bolzen und Käfig-Seitenschei-ben auf Abstand gehalten.

Da bei dieser Konstruktion der Abstand zwischen denRollen beliebig klein sein kann, läßt sich die größt-mögliche Anzahl Rollen unterbringen und, abge-stimmt auf den Einbauraum, die höchstmögliche Trag-fähigkeit des Lagers erzielen.

Die Axialkräfte werden durch zwei Axial-Pendelrollen-lager FAG 29448E.MB mit den Abmessungen 240 x 440 x 122 mm aufgenommen. Sie sind durch Federngegeneinander angestellt.

Beim Einstellen der Richtrollen müssen die Lagerun-gen eine axiale Verschiebung von maximal ± 50 mmausgleichen können. Dies ermöglicht ein verbreiterterInnenring des neben der Richtrolle sitzenden Zylin-derrollenlagers. Die Innenringbreite ist so abgestimmt,daß die Lippen der beiden Dichtungen auch bei einermaximalen Axialverschiebung noch sicher auf dem In-nenring gleiten.

Das zweite Zylinderrollenlager sitzt zusammen mitden beiden Axial-Pendelrollenlagern in einer Büchse,die im Hohlzylinder verschiebbar ist. Mit Hilfe einesGewindetriebs wird die Position der Richtrollen zumWalzgut eingestellt.

Senkrechte RichtrollenIm Prinzip entspricht die Lagerung der senkrechtenRichtrollen der der waagerechten Richtrollen. Nurwerden wegen der niedrigeren Richtkräfte entspre-chend kleinere Wälzlager eingebaut.Als Radiallager sind ein zweireihiges, axial verschieb-bares Zylinderrollenlager in den Abmessungen 340 x520 x 200/305 mm und ein einreihiges Zylinderrol-lenlager FAG NU2244M.C3 mit den Abmessungen220 x 400 x 108 mm eingesetzt.Als Axiallager dienen zwei Axial-PendelrollenlagerFAG 29432E mit den Abmessungen 160 x 320 x 95 mm.

FAG 156

Jede Maschine hat 9 Richtrollen, von denen 4 ange-trieben sind. Die Richtrollen mit Durchmessern zwi-schen 600...1200 mm sind fliegend gelagert und aus-wechselbar.

Anforderungen an die Lagerung

Der Lager-Einbauraum ist durch den Abstand derRichtrollen vorgegeben. Es werden Lager eingebaut,mit deren Tragfähigkeit noch angemessene Laufzeitenerreicht werden.Die Lagerung der Richtrollen erfordert eine höchst-mögliche Steifigkeit, weil davon die Genauigkeit desgerichteten Walzguts abhängt.Die Rollen mußten entsprechend der Lage des Walz-guts positionierbar sein. Die Lagerung wurde deshalbso ausgeführt, daß die Position der Richtrollen um ± 50 mm in axialer Richtung variieren konnte.


Trotz der hohen Belastung bei geringer Drehzahl wärees möglich, die Zylinderrollenlager mit Fett zu schmie-ren. Da die Axial-Pendelrollenlager jedoch mit Öl ge-schmiert werden müssen, werden alle Lager von einerZentralschmieranlage aus mit Öl versorgt. Die Öl-

durchflußmenge beträgt je Richtrollen-Einheit unge-fähr 10 l/min.Auf der Seite der Axial-Pendelrollenlager ist die Ein-heit mit einem Deckel verschlossen. Am Wellendurch-gang zur Richtrolle hin verhindern zwei spiegelbildlichangeordnete, mit Fett geschmierte Dichtringe, daß Ölaustritt bzw. Verunreinigungen in die Lager gelangen.

157 FAG

110: Lagerung der waagerechten Richtrollen

111 Scheibenpflug

Beim Scheibenpflug sind die sonst üblichen Pflugscha-re durch Scheiben, die drehbar am Pflugrahmen ange-ordnet sind, ersetzt. Die Arbeitsbreite des Pflugs hängtvon der Anzahl der Scheiben ab.

Lagerwahl

Beim Pflügen werden die Lager sowohl radial als auchaxial belastet. Die Lagerbelastungen hängen von derBodenbeschaffenheit ab und können daher nicht ge-nau ermittelt werden. Man verwendet aus Sicherheits-gründen möglichst tragfähige Rollenlager. Eingebautsind ein Kegelrollenlager FAG 30210A (T3DB050 *)und ein FAG 30306A (T2FB030 *). Die Lager sind inO-Anordnung über den Innenring des kleineren Lagersspielfrei gegeneinander angestellt. Dieser Ring muß da-her auf dem Zapfen verschiebbar sein.

*) Bezeichnung nach DIN ISO 355


auf dem Zapfen:– für das kleinere Lager j6,– für das größere Lager k6;im Gehäuse: N7.


Fett schmierung (FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V).Die Lager sind durch federnde Abdeckscheiben undeine zusätzliche Labyrinthabdichtung ausreichend gegen Schmutz und Witterungseinflüsse geschützt.

FAG 158

159 FAG

111: Scheibenpfluglagerung

112 Plansichter

Sichter dienen in der Müllerei zur Trennung verschie-dener Fraktionen (Schrot, Grobgrieß, Feingrieß undMehl). Bei dem beschriebenen Plansichter sind vierAbteile mit je 12 Sieben an einem Rahmen befestigt.Durch einen Unwuchterreger wird der Rahmen mitden Sieben in Kreisschwingungen versetzt.

Technische Daten

Leistungsbedarf beim Anlauf 1,1 kW, im Betrieb 0,22 kW; Drehzahl 220...230 min–1; Gewichtskraftder Ausgleichsmassen zusammen 5,5 kN; Abstand desSchwerpunkts der Ausgleichsmassen von der Drehachse250 mm; Gesamtgewichtskraft von Rahmen und Sie-ben einschließlich Füllung 20...25 kN.

Lagerwahl

Die Antriebswelle mit den Ausgleichsmassen 1, 2 ist inder oberen Lagerung winkeleinstellbar aufgehängt. DieLagerung muß winkeleinstellbar sein, damit keineEinspannmomente auf die Lager wirken. Eingebautsind ein Pendelkugellager FAG 1213 (65 x 120 x 23 mm) und ein Axial-Rillenkugellager FAG 53214(70 x 105 x 28,8 mm). Die kugelige UnterlagscheibeFAG U214 gleicht beim Einbau Fluchtfehler aus.

Das Axiallager muß die Gewichtskräfte der Antriebs-welle und der Ausgleichsmassen übertragen. Die Ex-zenterwelle des Sichterrahmens ist in einem Pendel-rollenlager FAG 22320ED.T41A gelagert. Das Lagermuß die hohen Zentrifugalkräfte aufnehmen, die we-gen der Kreisschwingungen des Sichterrahmens mitden Sieben auftreten. Die Buchse B ist auf der Exzen-terwelle lose gepaßt; das Pendelrollenlager ist damitüber die Buchse axial verschiebbar und kann sich axialnicht verspannen.


– Pendelkugellager Hohlwelle k6, Bohrung der Riemenscheibe J6.

– Pendelrollenlager Buchse k6, Rahmenbohrung K6.

Schmierung

Die Kugellager an der oberen Lagerstelle laufen in Öl.Das Pendelrollenlager an der unteren Lagerstelle hateine Öl umlaufschmierung. Ein Gewinde in der Exzen-terwelle fördert Öl in der Buchse B nach oben. Vonhier fließt das Öl in das Pendelrollenlager und wiederzurück in das Öl bad.

FAG 160

Schema eines Plansichters

161 FAG

112: Lagerung eines Plansichters

Riemenscheibe

1

2

Druckmaschinen

Die Druckqualität entsteht im Herzstück der Druck-maschine, im Druckwerk mit seinen Hauptzylindern.Platten-, Gummi- und Druckzylinder werden deshalbin besonders reibungsarmen Wälzlagern mit hoherLaufgenauigkeit und radialer Steifigkeit geführt.

Für die Rollenlagerungen der Hauptzylinder hat FAGleistungsfähige Fest-/Loslager konzepte erarbeitet. Diesereichen von Lösungen mit Zylinderrollenlagern, Ke-gelrollenlagerpaaren und Pendelrollenlagern bis hin zuDreiring-Exzenter-Lagereinheiten.

FAG 162

113 Druckzylinder einer Zeitungsrotationsmaschine

Für die Lagerung von Druckzylindern in einer Zei-tungsrotationsmaschine gibt es fallbezogen unter-schiedliche Lösungen. Oft ist das bedienseitige Loslagerein Zylinderrollenlager und das antriebsseitige Festlagerein Pendelrollenlager oder ein Kegelrollenlagerpaar.Das Loslager nimmt nur Radialkräfte, das FestlagerRadial- und Axialkräfte auf. Unterschiedliche Feder-konstanten (elastische Formänderung zwischen Roll-körpern und Laufbahnen) und Belastungen der Lage-rungen können zu einem voneinander abweichendenSchwingungsverhalten auf jeder Zylinderseite führen(ungünstiger Einfluß auf das Druckbild).

Technische Daten

Die auftretenden Kräfte an Druckzylindern in Rota-tionsdruckmaschinen werden von FAG Wälzlagern si-cher abgestützt. In Zeitungsrotationsmaschinen läuftz. B. eine bis zu 1 400 mm breite Papierbahn über au-tomatische Papierrollenwechsler mit einer Geschwin-digkeit von 9,81 m/s in die Anlage ein. Bei einer maxi-malen Drehzahl der Druckzylinder von 35 000 Um-drehungen pro Stunde und Doppelproduktion produ-ziert die Rotationsmaschine stündlich 7 000 Zeitun-gen mit bis zu 80 Seiten Umfang.

Umfang und Breite der Druckzylinder sind den jewei-ligen Zeitungsformaten angepaßt (z. B. Zylinder-durchmesser 325 mm, Drehzahl 583,3 min–1, Gewicht1 100 kg, Betriebstemperatur 50...60 ˚C, durch-schnittliche Laufleistung 7 000 Stunden pro Jahr).

Lagerwahl

Um ein unterschiedliches Schwingungsverhalten aus-zuschließen, hat FAG die Aufnahme der radialen undaxialen Druckzylinderkräfte getrennt.Auf jeder Seite stützt ein zweireihiges Zylinderrollen-lager FAG NN3024ASK.M.SP die radialen Kräfte ab.Ein Rillenkugellagerpaar 2 x FAG 16024.C3 über-nimmt die Axialführung des Druckzylinders. Hierbeiist der Außenringsatz radial freigedreht, so daß die Kugellager ausschließlich beidseitige axiale Führungs-kräfte aufnehmen. Durch die gleichartige Lageranord-nung auf beiden Seiten des Druckzylinders ergebensich gleiche Federkonstanten.

Das Trennen der Radial- und Axialkräfte bedeutetsymmetrische Belastung der radial tragenden Lager.Daraus ergibt sich das gleiche Schwingungsverhaltenauf beiden Seiten der Druckwalze.

Lagerspiel und Anstellung

Die reibungsarmen Genauigkeitslager sitzen beidseitigin Exzenterbüchsen, über die unabhängig die An- oderAbstellung der unterschiedlichen Druckzylinder ge-steuert wird. Dies setzt hohe Führungsgenauigkeit undgeringstes Radialspiel voraus. Die notwendige optimaleFührungsgenauigkeit wird durch die niedrige Wärme-entwicklung im Lager begünstigt. Das Lagerspiel von0...10 µm wird über den kegeligen Lagersitz einge-stellt. Der wärmeabhängige, zwanglose Längenaus-gleich findet bei den Zylinderrollenlagern zwischenden Rollen und der Außenringlaufbahn statt, so daßder Außenring trotz Punktlast stramm gepaßt werdenkann.

Die Rillenkugellager sind spielfrei in X-Anordnung(Technische Spezifikation N13CA) abgepaßt. Die Ra-dialluft nach C3 sorgt für einen Druckwinkel, der dieAufnahme der axialen Führungskräfte begünstigt.


ZylinderrollenlagerInnenring: Umfangslast; Festsitz auf kegeliger Welle1:12.Außenring: Punktlast; Gehäusebohrung nach K6.

RillenkugellagerWelle nach j6 (k6),Außenring im Gehäuse radial frei gedreht.


Die Lager werden automatisch mit Schmierstoff ver-sorgt. Über eine Umfangsnut und Schmierbohrungenim Außenring gelangt der Schmierstoff direkt ins La-ger. Auf der Bedienseite ist die Zuführung meist aneine Fett-Zentralschmierung angeschlossen. V-Ring-Dichtungen verhindern einerseits, daß Fett austritt, an-dererseits, daß Schmutz eindringt. Antriebsseitig ver-sorgt die Getriebe-Öl schmierung die Lagerung überdie Zuführungskanäle mit Öl. Dieses durchfließt erstdas Zylinderrollenlager, dann das Rillenkugellagerpaar.Zylinderseitig hält ein druckentlasteter Wellen-dichtring das Öl im Schmiersystem zurück.

163 FAG

113: Lagerung der Druckwalze einer KBA-Commander Zeitungsrotationsmaschine

114 Gummizylinder einer Bogen-Offset-Druckmaschine

Bisher war es üblich, Zylinderrollenlager, Nadellageroder andere Ausführungen in eine gleitgelagerte Büch-se zu integrieren und das komplette Element präzise indie Seitenwandbohrung des Maschinengestells einzu-passen; dies war technologisch aufwendig und kosten-intensiv. Der Kostenaufwand sowie die Gefahr desKlemmens der Büchse beim An- und Abstellen des Zy-linders wird durch eine neue Dreiring-Exzenter-Lager-einheit aufgehoben. Ihr Vorteil ist eine absolute Spiel-freiheit, die bei der herkömmlichen Einheit nicht ge-geben ist, da die gleitgelagerte Büchse immer etwasSpiel benötigt. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist dieeinstellbare Vorspannung, mit ihr läßt sich die radialeSteifigkeit gegenüber Lagern mit Spiel erheblich stei-gern.

Lagerkonzept

Die FAG Dreiring-Exzenter-Lagereinheiten (Loslager)werden in der Praxis sowohl mit zylindrischer als auchmit kegeliger Bohrung ausgeführt. Die montagefertigeEinheit basiert auf einem Zylinderrollenlager in NN-Ausführung, das man als reibungsarmes Genauigkeits-lager aus dem Werkzeugmaschinenbau kennt, und ei-nem zweireihigen Nadellager, das den Exzenterringführt. Die axiale Führung des Zylinders übernehmenSchrägkugellager (FAG 7207B), die in X-Anordnungzusammengepaßt sind, oder auch ein Axial-Rillen-kugellager.

Technische Daten

Walzengewicht; Anpreßkraft; Nenndrehzahl


Anzustreben ist eine dynamische Kennzahl fL von4...4,5. Das entspricht einer nominellen Lebensdauer Lhvon 50 000 – 80 000 Stunden. Unter den gegebenenBedingungen sind die Lager ausreichend dimensio-niert. Eine erweiterte Lebensdauerberechnung ist des-halb nicht erforderlich.


Die Innenringe haben Umfangslast. Mit der Bearbei-tung des Zylinderzapfens nach k4 (k5) erzielt man einefeste Passung. Bei kegeligem Lagersitz wird über denAufschiebeweg ebenfalls ein Festsitz erzeugt.Der Außenring wird mit K5- oder K6-Passung bzw.eingeengten Toleranzen mit Überdeckung (kleinesÜbermaß) montiert.


Die Exzenter-Einheiten können sowohl mit Fett alsauch mit Öl geschmiert werden. Der Schmierstoffwird aufgrund der günstigen Umgebungsbedingungennur gering beansprucht, so daß lange Schmierfristen beiFettschmierung und damit eine lange Gebrauchsdauermöglich sind. Eine berührungsfreie Spaltdichtung ver-hindert den Fett austritt. Bei Ölschmierung fließt das Ölüber Zuführungskanäle zu den Rollenreihen des La-gers. Über Auffangnuten und Rückführbohrungen ge-langt das Öl in den Rücklauf.

FAG 164

114: Dreiringlagerung eines Gummizylinders

115 Kreiselpumpe

Technische Daten

Antriebsleistung 44 kW; Fördermenge 24 000 l/min;Förderhöhe 9 m; Drehzahl n = 1450 min–1; Axial-schub 7,7 kN.


Das Pumpenrad ist fliegend gelagert. Auf der Kupp-lungsseite der Pumpenwelle sind zwei SchrägkugellagerFAG 7314B.TVP.UA in X-Anordnung eingebaut. DasNachsetzzeichen UA bedeutet, daß die Lager beliebigzur Tandem-, O- und X-Anordnung zusammengesetztwerden können. In der O- oder X-Anordnung ergibtsich bei Toleranz j5 an der Welle und J6 im Gehäuseeine geringe Axialluft. Das Lagerpaar hat Festlager -funktion und nimmt den Axialschub Fa = 7,7 kN auf.Die Radiallast Fr beträgt etwa 5,9 kN.Da Fa/Fr = 1,3 > e = 1,14, wird die dynamisch äquiva-lente Belastung P des Lagerpaars

P = 0,57 · Fr + 0,93 · Fa = 10,5 kN

Damit errechnet sich die dynamische Kennzahl fL zu

fL = C/P · fn = 186/10,5 · 0,284 = 5,03

Die nominelle Lebensdauer beträgt rund 60 000 Stun-den. Dabei ist der Drehzahlfaktor für Kugellager fn = 0,284 (n = 1 450 min–1), die dynamische Tragzahldes Lagerpaars

C = 1,625 · CEinzellager = 1,625 · 114 = 186 kN.

Nahe dem Pumpenrad ist als Loslager ein Zylinderrol-lenlager FAG NU314E.TVP2 eingebaut. Es ist radialmit ca. 11 kN belastet. Die dynamische Kennzahl fLwird damit

fL = C/P · fn = 204/11 · 0,322 = 5,97

Das entspricht einer nominellen Lebensdauer von über100 000 Stunden.

Dabei ist der Drehzahlfaktor für Rollenlager fn = 0,322 (n = 1450 min–1), die dynamische Tragzahl desLagers C = 204 kN.

Der anzustrebende fL-Wert liegt bei Kreiselpumpenzwischen 3 und 4,5. Die Lagerung ist also hinsichtlichder Ermüdungslaufzeit reichlich bemessen. Eine kürze-re Laufzeit wird sich dann ergeben, wenn im Lager-raum mit Kondenswasserbildung oder mit dem Ein-dringen von Verunreinigungen gerechnet werdenmuß.


Öl badschmierung. Der Öl stand soll etwa bis zur Mitteder untersten Rollkörper reichen. Der Lagerraum istmit Wellendichtringen abgedichtet. Zum Pumpenradhin ist zusätzlich ein Labyrinth vorgeschaltet.

165 FAG

115: Lagerung einer Kreiselpumpe

Loslager

Festlager

116 Axialkolbenmaschine

Im Zylinderblock A sind eine Anzahl Kolben B sym-metrisch um die Drehachse angeordnet. Die Kolben-stangen C übertragen die Drehbewegungen der An-triebswelle D auf den Zylinderblock. Sie erzeugenauch die Hubbewegung der Kolben – vorausgesetzt dieDrehachse des Zylinderblocks ist zur Achse der An-triebswelle geneigt.

Der Zu- und Ablauf wird über zwei nierenförmigeÖffnungen E im Pumpengehäuse F gesteuert. Von je-dem Kolbenraum führt eine Bohrung G zu den Steu-eröffnungen E. Während einer Umdrehung des Zylin-derblocks befindet sich diese Bohrung einmal über derZulauföffnung (Saugöffnung) und einmal über derAblauföffnung (Drucköffnung). Da die Ablauföffnungunter hohem Druck steht, wirkt von hier eine Kraftauf die Kolben und über die Kolbenstangen auf denTriebflansch der Antriebswelle und schließlich auf dieLager.

Lagerwahl

Bei relativ hohen Drehzahlen müssen die Lager H undJ die Reaktionskräfte aus der berechneten Kraftresul-tierenden aufnehmen. Die Lagerung soll einfach undplatzsparend sein.

Für diese Bedingungen hat sich die Abstützung derAntriebswelle in Rillenkugellagern und Schrägkugella-gern bewährt. An der Lagerstelle H ist ein Rillenkugel-lager FAG 6208, an der Lagerstelle J sind zwei Univer-sal-Schrägkugellager FAG 7209B.TVP.UA in Tandem-Anordnung eingebaut. Das Nachsetzzeichen UA be-deutet, daß die Lager beliebig in Tandem-, O- oder X-Anordnung zusammengesetzt werden können.


Unter der Annahme, daß die Hälfte der Kolben bela-stet ist, errechnet sich die Kolbenkraft FK zu

FK = z/2 · p · dK2 · π/4 = 3,5 · 10 · 400 · 3,14/4 =

= 11 000 N = 11 kN

Zur Ermittlung der Lagerbelastungen zerlegt man dieKolbenkraft FK in die Tangentialkraft FKt und in dieAxialkomponente FKa:

FKt = FK · sin� = 11 · 0,4226 = 4,65 kN

FKa = FK · cos� = 11 · 0,906 = 9,97 kN

Die beiden Komponenten der Kolbenkraft erzeugenan den Lagerstellen senkrecht zueinander stehende Ra-dialkräfte. Mit den Bezeichnungen des Belastungssche-mas errechnen sich folgende Lagerbelastungen:

Lagerstelle J

FJx = FKa · e/l = 9,97 · 19,3/90 = 2,14 kN

FJy = FKt · (l + t)/l = 4,65 · (90 + 10)/90 = 5,17 kN

FrJ = √ FJx2 + FJy

2 = √ 4,58 + 26,73 = 5,59 kN

FAG 166

D C B A G

F E

H J

e

Bei Axialkolbenmaschinen ist immer nur ein Teil derKolben belastet (im Mittel die Hälfte aller Kolben).Aus den Einzelkräften der belasteten Kolben erhältman eine resultierende Kraft, die auf die Taumelschei-be bzw. den Triebflansch wirkt und exzentrisch an-greift.

Technische Daten

Nenndruck p = 100 bar = 10 N/mm2; max. Drehzahlnmax = 3 000 min–1, Nenndrehzahl nNenn = 1800 min–1;Kolbendurchmesser dK = 20 mm, Kolbenteilkreis = 59 mm, Neigungswinkel � = 25˚, Kolbenzahl z = 7;Abstand der Kolbenkraft von der Drehachse e = 19,3 mm.

Außer dieser Radialkraft FrJ nimmt die Lagerstelle J dieAxialkomponente der Kolbenkraft auf:

FaJ = FKa = 9,97 kN

Damit ergibt sich die dynamisch äquivalente Belastungmit Fa/Fr = 9,97/5,59 > e = 1,14 und X = 0,35 sowieY = 0,57.

P = 0,35 · FrJ + 0,57 · FaJ = = 0,35 · 5,59 + 0,57 · 9,97 = 7,64 kN

Mit der dynamischen Tragzahl C = 72 kN und demDrehzahlfaktor fn = 0,265 (n = 1 800 min–1) wird diedynamische Kennzahl fL

fL = C/P · fn = 72/7,64 · 0,265 = 2,5

Dabei wird als Tragzahl C des Lagerpaars die doppelteTragzahl des Einzellagers eingesetzt.

Lagerstelle H

FHx = FKa · e/l = 9,97 · 19,3/90 = 2,14 kN

FHy = FKt · t/l = 4,65 · 10/90 = 0,52 kN

FrH = √ FHx2 + FHy

2 = √ 4,58 + 0,27 = 2,2 kN

Die dynamisch äquivalente Belastung für das Rillen-kugellager ist gleich der Radialkraft:

P = FrH = 2,2 kN

Mit der dynamischen Tragzahl C = 29 kN und demDrehzahlfaktor fn = 0,265 (n = 1800 min–1) errechnetsich die dynamische Kennzahl fL zu

fL = C/P · fn = 29/2,2 · 0,265 = 3,49

Der fL-Wert wird bei Axialkolbenmaschinen zwischen1 und 2,5 gewählt; somit ist die Lagerung sicher dimensioniert. Kräfte, die bei Zahnrad- oder Keil-riementrieb auftreten, sind in diesem Beispiel nichtberücksichtigt.


Sitzstelle Rillenkugellager Schrägkugellager

Welle j5 k5

Gehäuse H6 J6

167 FAG

116: Triebflanschlagerung einer Axialkolbenmaschine

117 Axialkolbenmaschine

Technische Daten

Nenndruck p = 150 bar; maximale Drehzahl nmax = 3 000 min–1, Nenndrehzahl nNenn = 1 500 min–1;Kolbendurchmesser dK = 25 mm, Kolbenteilkreis =73,5 mm; Neigungswinkel � = 25˚; Kolbenzahl z = 7;Abstand der Kolbenkraft von der Drehachse e = 24 mm.


Die Lagerbelastungen werden wie im Beispiel 116 er-mittelt.

Lagerstelle H: Rillenkugellager FAG 6311Dynamische Kennzahl fL = 2,98

Lagerstelle J: Schrägkugellager FAG 7311.TVPDynamische Kennzahl fL = 1,19

Bei den Beispielen 116 und 117 wird die Axiallastnahe am Triebflansch durch Schrägkugellager aufge-nommen. Zur Gegenführung dient ein Rillenkugel-

lager. Damit sich die Welle nicht um den Betrag derRadialluft dieses Lagers schrägstellt, wird die Lagerungmit Tellerfedern vorgespannt und läuft dann spielfrei.Ein Vergleich der für die Pumpen ermittelten fL-Wertezeigt, daß die Pumpe nach Beispiel 117 nur für einekurze Laufzeit (rechnerische Ermüdungslebensdauer850 h) dimensioniert ist. Diese Laufzeit ist jedoch fürviele Fälle (z. B. Lkw-Kipper) ausreichend.


Die Lager werden mit Lecköl aus dem Pumpenbetriebgeschmiert. Zur Abdichtung genügt ein Wellendicht-ring.


Sitzstelle Rillenkugellager Schrägkugellager

Welle h6 j5

Gehäuse J6 J6

FAG 168

117: Triebflanschlagerung einer Axialkolbenmaschine

118 Saugzuggebläse

Das Gebläse ist zweiflutig; Gewichtskraft des Rotors22 kN; Drehzahl 1 200 min–1; Rauchgastemperaturca. 180 ˚C.


Die Lagerung der Gebläsewelle in Stehlagergehäusenist einfach und wirtschaftlich. Da der Durchmesser derGebläsewelle durch die Festigkeitsrechnung gegebenist, liegen Gehäuse- und Lagergröße fest.

Eingebaut sind Pendelrollenlager FAG 22226E.C3 inGehäuse FAG LOE226BF und FAG LOE226AL. Wegen der Rauchgastemperatur von +180 ˚C und derrelativ hohen Drehzahl des Gebläses haben die Lagereine vergrößerte Radialluft C3. Sie verhindert beigrößeren Temperaturdifferenzen zwischen Innen- undAußenring, daß die Lager unter Vorspannung laufen.Ferner sind zur Begrenzung der LagertemperaturKühlscheiben angeordnet. Das Gehäuse auf der An-triebsseite ist als Festlagerung mit Wellendurchgang(Ausführung BF), das Gehäuse auf der Gegenseite istals Loslagerung mit Abschlußdeckel (Ausführung AL)ausgeführt.

Mit den angegebenen Betriebsdaten errechnet sicheine dynamische Kennzahl fL ≈ 10; schon ein fL-Wertvon 4...5 (entspricht 55 000...100 000 h) wäre ausrei-chend. Die Lager sind somit hinsichtlich der Ermü-dungslebensdauer sehr sicher dimensioniert. Infolgevon Schlupf kann es aber zu vorzeitigem Verschleißkommen, der die Gebrauchsdauer der Lager beendet,bevor die errechnete Ermüdungslebensdauer erreicht ist.Die Stehlagergehäuse werden standardmäßig ausGrauguß gefertigt. Die Gehäusekörper sind geteilt; daserleichtert die Montage.


Welle m6; Gehäuse G6.


Die LOE-Gehäuse haben ein Öl bad. Ein Öl förderringversorgt die Lager mit Öl. Die seitlichen Gehäuse-deckel sind so ausgebildet (Öl fangtaschen und Rück-laufkanäle), daß überschüssiges Öl wieder in das Öl -bad zurückfließt.Als zusätzliche Abdichtung zwischen Deckel und Wellebzw. Labyrinthring ist ein Fett raum vorgesehen, in denvon Zeit zu Zeit Fett nachgepreßt wird.

169 FAG

118: Rotorlagerung eines Saugzuggebläses

119 Heißgasventilator

Gastemperatur 150 ˚C; Axialschub 3 kN; Betriebs-drehzahl 3 000 min–1.

Lagerwahl

Bei kleinen und mittelgroßen Ventilatoren ist die flie-gende Lagerung des Ventilatorrads üblich. Die Lage-rung wird besonders einfach und wirtschaftlich, wennman mit einem einzigen Stehlagergehäuse (mit zwei La-gerstellen) auskommt. Bei der fliegenden Anordnungdes Ventilatorrads entsteht jedoch ein Kippmoment ausdem Flügelradgewicht und der Unwucht. Die aus die-sem Moment resultierenden Radialkräfte an den Lager-stellen sind gering, wenn der Abstand zwischen den La-gerstellen im Verhältnis zum Abstand zwischen Flügel-rad und erster Lagerstelle groß gewählt werden kann.Diese Bedingung erfüllen speziell für Ventilatoren ent-wickelte Stehlagergehäuse aus der Reihe FAG VR(E)(Fettschmierung) oder FAG VOS (Ölschmierung). Da dieBetriebsdrehzahl relativ hoch ist, werden Wälzlager mithoher Drehzahleignung verwendet, z. B. Zylinderrollen-lager zur Aufnahme von Radialkräften und Schrägku-gellager für kombinierte, d. h. axiale und radiale Bela-stungen. Der Wellendurchmesser ist durch die Festig-keitsrechnung mit 85 mm vorgegeben.

Gewählt wurde ein Stehlagergehäuse (Grundreihe VOS)für Ölschmierung FAG VOB317. Auf der Ventilatorseiteist ein Zylinderrollenlager FAG NU317E.M1.C3 alsLoslager, auf der Antriebsseite zwei Universal-Schräg-kugellager FAG 7317B.MP.UA paarweise in O-Anord-nung eingebaut. Das Nachsetzzeichen UA bedeutet, daßdie Lager beliebig zu Tandem-, O- oder X-Anordnungzusammengesetzt werden können; in der X- und O-An-ordnung hat das Lagerpaar geringe Axialluft. Durch dieAxialluft und die Ölschmierung wird eine übermäßigeErwärmung im Lager und somit eine Vorspannung ver-hindert.


Zylinderrollenlager: Welle m5; Gehäuse K6.Schrägkugellager: Welle k6; Gehäuse J6.


Die Ölschmierung im Gehäuse erfolgt durch ein Öl badmit ca. 4 l Inhalt. Öl schleuderscheiben fördern das Ölzu den Lagern. In den Büchsen, die auf der Welle sit-zen, sind Spritzrillen eingedreht. Die Gehäusedeckelhaben Öl fangnuten und nachschmierbare Fett kam-mern.

FAG 170

119: Rotorlagerung eines Heißgasventilators

Loslager Festlager

120 Frischluftgebläse

Gewichtskraft des Ventilatorrads 0,5 kN, Gewichts-kraft der Welle 0,2 kN, Axialschub 0,3 kN; Drehzahl 3 000 min–1.

Lagerwahl

Die Lagerung soll einfach und billig sein. Man ordnetdaher auf jeder Seite des Gebläserads ein Stehlager-gehäuse FAG SNV120.G944AA mit einem Pendel-kugellager FAG 2311K.TV.C3 an. WinkeleinstellbareLager sind notwendig, weil es schwierig ist, zwei unab-hängig voneinander aufgestellte Gehäuse so auszurich-ten, daß die Bohrungen exakt fluchten.

Das Gehäuse ist für Fett nachschmierung geeignet(Nachsetzzeichen G944AA). Am Gehäuseoberteil istein Schmiernippel angebracht, auf der gegenüberlie-genden Seite des Gehäuseunterteils eine Fett austritts-bohrung.

Solange das Gebläserad gut ausgewuchtet ist, habendie Lagerinnenringe Umfangslast. Sie sind mit Spann-

hülsen FAG H2311 auf der Welle befestigt. Bei größe-rer Unwucht des Gebläserads erhält jedoch der Außen-ring Umfangslast.

Eine Nachrechnung der Ermüdungslebensdauer zeigt,daß die Lager sehr sicher dimensioniert sind.

Die SNV-Gehäuse werden standardmäßig aus Grau-guß gefertigt. Die Gehäusekörper sind geteilt; das er-leichtert die Montage.


Welle h9, Zylinderformtoleranz IT6/2 (DIN ISO1101); Gehäuse H7.


Die Lager werden mit FAG Wälzlagerfett ArcanolL71V geschmiert.Zur Abdichtung ist auf jeder Seite des Gehäuses eineFSV-Filzdichtung eingebaut.

171 FAG

120: Rotorlagerung eines Frischluftgebläses

121 Optisches Teleskop

Technische Daten

Das Teleskop ist ca. 7 m hoch, 8 m lang und wiegtetwa 10 t, was einer Gewichtskraft von 100 kN ent-spricht. Der Spiegel hat einen Durchmesser von 1 m.Wegen der außerordentlich niedrigen Drehzahl derGabelachse (1 Umdrehung in 24 Stunden) muß dieReibung der Wälzlager sehr gering und vor allem sehrgleichmäßig sein. Außerdem muß die Gabel absolutspielfrei und starr geführt werden. Ein weiteres Pro-blem entsteht dadurch, daß sich die Gabelachse unterdem überhängenden Gewicht durchbiegt.

Lagerwahl

Als Festlager am Gabelhals dient ein zweireihigesSchrägkugellager in Hochgenauigkeitsausführung mitgeteiltem Außenring. Das Lager hat die Abmessungen600 x 730 x 98 mm. Der Spalt zwischen den beidenAußenringen ist so bemessen, daß bei der axialen An-stellung eine Vorspannung von 35 kN erreicht wird.Das Ende der Gabelachse ist in einem Zylinderrollen-lager FAG NU1044K.M1.P51 als Loslager abgestützt.

Lagereinbau

Die Durchbiegung der Gabelachse ist trotz ihrer Dickeso groß, daß ohne besondere Maßnahmen der Dreh-widerstand des vorgespannten Schrägkugellagers an-steigen würde. Man versieht deshalb das Zylinderrol-lenlager mit zwei Überringen, deren Innendurchmes-ser zum Außendurchmesser exzentrisch sind. Diese Exzenterringe werden bei der Montage solange gegen-einander verdreht (D), bis die Durchbiegung der Wellean der Sitzstelle des Schrägkugellagers ausgeglichen ist.Wegen der balligen Innenringlaufbahn ist das Zylin-derrollenlager unempfindlich gegen geringe Fluchtfeh-ler und Wellendurchbiegungen.


Fettschmierung (FAG Wälzlagerfett Arcanol L186V).Als Abdichtung ist auf der Seite des Zylinderrollen-lagers eine Spaltdichtung mit Fett rillen, auf der Seitedes Schrägkugellagers ein Labyrinth angeordnet.

FAG 172


Lager Sitzstelle Durchmesser- Formtoleranz Planlauftoleranztoleranz (DIN ISO 1101) der Anlageschulter

Welle j5 IT2/2 IT2SchrägkugellagerGehäuse J6 IT3/2 IT2

Welle, kegelig Kegel 1 : 12 IT2/2 IT2ZylinderrollenlagerGehäuse K6 IT3/2 IT2

173 FAG

121: Optisches Teleskop

Loslager Festlager

Biegemoment

Doppelexzenter

122–124 Radioteleskop

Die Radioastronomie bedient sich zum Empfang derRadiowellen aus dem Universum hochempfindlicherGeräte, der Radioteleskope. Das Radioteleskop hat alsAntenne einen riesigen Reflektor in Form eines Para-boloids. Der Reflektor ist um eine zur Erdoberflächeparallele Achse – die Elevationsachse – schwenkbar.Die gesamte Anlage ist um die senkrechte Achse – dieAzimutachse – drehbar.

Technische Daten

Gesamtmasse des Radioteleskops 3 000 Tonnen (Ge-wichtskraft ca. 30 000 kN); Reflektordurchmesser 100 Meter, Reflektormasse 1 600 Tonnen (Gewichts-kraft ca. 16 000 kN); Drehzahl der Laufräder nmax = 8 min–1, nmin = 0,01 min–1; Durchmesser der Lauf-schiene 64 m.

FAG 174

A ReflektorB AzimutachseC ElevationsachseD KönigszapfenlagerE Fahrwerk (Laufräder)F Datenrad

122 Elevationsachse

Der Reflektor stützt sich in zwei PendelrollenlagernFAG 241/850BK30.P62 ab (statische Tragzahl C0 = 49 000 kN). Jedes der beiden Lager hat eine Radiallastvon 8 000 kN aufzunehmen. Dazu kommen noch dieKräfte, die sich aus der Wind- und Schneebelastungdes Reflektors ergeben. Sie können in horizontalerRichtung maximal 5 500 kN, in vertikaler Richtungmaximal 3 000 kN betragen. Der Lagerabstand ist 50 m. Die Lager sind in Toleranzklasse P6 und mit Radialluft C2 (kleiner als Normalluft CN) gefertigt.Die Befestigung der Lager auf dem Zapfen erfolgt mit-tels Hydraulikverfahren über Keilhülsen. Bei der Mon-tage wird die Radialluft durch Einpressen der Hülsenweggespannt.


Zapfen h7 / Gehäuse H6


Die Pendelrollenlager sind mit FAG Wälzlagerfett Arcanol L135V geschmiert.

Die Lagerstellen sind durch eine berührende Dichtungabgedichtet.

175 FAG

122: Lagerung der Elevationsachse

123 Azimutachse (Laufrad- und Königszapfenlagerung)

Das Radioteleskop, einschließlich sämtlicher Aufbau-ten, stützt sich auf einem Schienenkranz von 64 mDurchmesser ab. Ein Fahrwerk, das aus vier Laufrad-gruppen mit je acht Laufrädern besteht, überträgt dieGewichtskraft von ca. 30 000 kN. Jedes zweite Laufrad einer Laufradgruppe wird ange-trieben. Alle Räder sind in jeweils zwei Pendelrollenla-gern FAG 23060K.MB.C2 abgestützt. Auf dem Lauf-radzapfen sind die Lager mit Abziehhülsen FAGAH3060H befestigt. Ein Lager wird im ungünstigstenFall mit ca. 800 kN belastet. Mit der statischen Trag-zahl C0 = 3 550 kN sind die Lager sicher ausgelegt.Die Außenringe der Lager sind in den Gehäusen mitaxialem Spiel eingebaut, so daß sich eine schwimmendeLagerung ergibt. Wegen der Forderung nach geringerReibung haben die Laufräder keinen Spurkranz. Es istdaher notwendig, die Aufbauten in einem Königszap-fenlager radial zu führen. Das dazu eingebaute FAGZylinderrollenlager hat die Abmessungen 1580 x 2000

x 250 mm. Die Mantelflächen der Zylinderrollen sindzur Vermeidung von Kantenpressungen leicht ballig.Die Befestigung des Lagers mit einer kegeligen Hülseermöglicht es, die Radialluft wegzuspannen, wodurcheine exakte radiale Führung erreicht wird.


Laufräder: Gehäuse H7 Königszapfen: Zapfen h7/ Gehäuse M7


Die Pendelrollenlager in den Laufrollen sind mit FAGWälzlagerfett Arcanol L135V geschmiert. Das Zylin-derrollenlager des Königszapfens hat Öl-Umlauf-schmierung.Abdichtung durch mehrgängige Labyrinthe.

FAG 176

123a: Lagerung eines Laufrads

123b: Lagerung des Königszapfens

124 Datenrad

Das Datenrad ist in einem spielfreien FAG Vierpunkt-lager mit den Abmessungen 1300 x 1500 x 80 mm ge-lagert. Rundlaufabweichung < 10 µm, Planlaufabweichung < 25 µm.


Das Vierpunktlager wird nach den Istmaßen des Lagerseingepaßt.


Das Vierpunktlager taucht voll in Öl ein.

Zur Abdichtung dient ein mehrgängiges Labyrinth.

177 FAG

124: Lagerung des Datenrads

Stichwortverzeichnis

Abdichtung

vgl. Dichtungen

Additive

Additive, auch als Wirkstoffe oder Zusätze bezeichnet,sind öllösliche Stoffe, die Mineralölen oder Mineralöl-produkten zugegeben werden. Sie verändern oder ver-bessern durch chemische und oder physikalische Wir-kung die Eigenschaften der Schmierstoffe (Oxida-tionsstabilität, EP-Wirkung, Schaumbildung, Visko-sitäts-Temperatur-Verhalten, Stockpunkt, Fließfähig-keit usw.). Additive spielen eine wichtige Rolle bei derBerechnung der erreichbaren Lebensdauer (vgl. auchBestimmungsgröße K).

Angestellte Lagerung/Anstellen

Eine angestellte Lagerung besteht aus zwei spiegelbild-lich angeordneten Schräglagern oder Axiallagern. Beider O-Anordnung wird der Innenring, bei der X-Anord-nung der Außenring axial so weit verschoben, bis diegewünschte Axialluft oder die erforderliche Vorspan-nung erreicht ist. Deshalb eignet sich die angestellteLagerung besonders für Fälle, in denen eine enge axialeFührung notwendig ist, z. B. Ritzellagerungen mit spiralverzahnten Kegelrädern.

Arcanol (FAG Wälzlagerfette)

FAG Wälzlagerfette Arcanol sind bewährte Schmier-fette. Ihren Anwendungsbereich ermittelte FAG mitmodernsten Prüfmethoden bei unterschiedlichen Be-triebsbedingungen und mit Wälzlagern aller Bauarten.Mit den in der Tafel (Seite 179) aufgeführten Arcanol-Fetten lassen sich fast alle Anforderungen an dieSchmierung von Wälzlagern erfüllen.

Axiallager

Lager für überwiegend axiale Belastung, die einenNenndruckwinkel �0 > 45˚ haben, bezeichnet man alsAxiallager.Die dynamische Tragzahl und die statische Tragzahl be-ziehen sich bei Axiallagern auf die axiale Belastungs-richtung (vgl. Radiallager).

Axialluft/Axialspiel

Die Axialluft eines Lagers ist das Maß, um das sich einLagerring von der einen axialen Endlage bis zur ande-ren ohne Meßbelastung verschieben läßt. Man unter-scheidet zwischen der Axialluft des nichteingebautenLagers und der axialen Betriebsluft (dem axialen Be-triebsspiel) des eingebauten, betriebswarmen Lagers.

Basiswert a23II

Der Basiswert a23II ist der Ausgangswert für die Er-mittlung des Faktors a23, mit dem man die erreichbareLebensdauer berechnet.

Belastungskennzahl fs*

Bei Berechnung der erreichbaren Lebensdauer wird dieBelastungskennzahl fs* als Maß für die in den Rollkon-takten auftretenden maximalen Druckspannungenberücksichtigt. Es gilt

fs* = C0/P0*

C0 statische Tragzahl [kN]P0* äquivalente Lagerbelastung [kN]

P0* = X0 · Fr + Y0 · Fa [kN]

Fr dynamische Radialbelastung [kN]Fa dynamische Axialbelastung [kN]X0 Radialfaktor (siehe Katalog)Y0 Axialfaktor (siehe Katalog)

FAG 178

Angestellte Lagerungin O-Anordnung

Angestellte Lagerungin X-Anordnung

179 FAG


FAG Wälzlagerfette Arcanol · Chemisch-physikalische Daten · Hinweise zur Anwendung

Arcanol Verdicker Grundölvis- Konsistenz Gebrauchs- HauptcharakteristikGrundöl kosität bei NLGI- temperatur Anwendungsbeispiele

40 ˚C Klasse

mm2/s DIN 51818 ˚C

L12V Kalzium- 130 2 –40...+160 Spezialfett für hohe TemperaturPolyharnstoffPAO Kupplungen, elektrische Maschinen

(Motoren, Generatoren)

L71V Lithiumseife ISO VG 3 –30...+140 Standardfett für Lager mit D > 62 mmMineralöl 100

große E-Motoren, Kfz-Radlager, Lüfter

L74V Spezialseife ISO VG 2 –40...+100 Spezialfett für hohe Drehzahl und tiefe TemperaturSynthetisches Öl 22

Werkzeugmaschinen, Spindellagerungen, Instrumentenlagerungen

L78V Lithiumseife ISO VG 2 –30...+140 Standardfett für Lager mit D ≤ 62 mmMineralöl 100

kleine E-Motoren, Haushaltsgeräte,Land- und Baumaschinen

L79V PTFE 400 2 –40...+260 Spezialfett für höchste Temperatur und Synthetisches Öl chemisch aggressive Umgebung

Laufrollen in Backautomaten,Kolbenbolzen in Kompressoren, Ofenwagen, chemische Anlagen

L135V Lithiumseife 85 2 –40...+150 Spezialfett für hohe Belastung, mit EP-Zusatz hohe Drehzahl, hohe Temperatur Mineralöl + Ester

Walzwerke, Baumaschinen, Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Spinn- und Schleifspindeln

L166V Lithiumseife 170 3 –30...+150 Spezialfett für hohe Temperatur,mit EP-Zusatz hohe Belastung, oszillierende BewegungMineralöl

Blattvertstellung in Rotoren von Windkraftanlagen,Verpackungsmaschinen

L186V Lithiumseife ISO VG 2 –20...+140 Spezialfett für höchste Belastung, mit EP-Zusatz 460 mittlere Drehzahl, mittlere TemperaturMineralöl

hochbeanspruchte Bergwerksmaschinen, Baumaschinen, Maschinen mit oszillierender Bewegung

L195V Polyharnstoff ISO VG 2 –35...+180 Spezialfett für hohe Belastung, mit EP-Zusatz 460 hohe TemperaturSynthetisches Öl

Stranggießanlagen

L215V Lithium-/Kalzium- ISO VG 2 –20...+140 Spezialfett für hohe Belastung, seife mit EP-Zusatz 220 großen Drehzahlbereich, hohe FeuchtigkeitMineralöl

Walzwerkslagerungen, Schienenfahrzeuge

L223V Lithium-/Kalzium- ISO VG 2 –20...+140 Spezialfett für höchste Belastung, geringe Drehzahlseife mit EP-Zusatz 1000Mineralöl hochbeanspruchte Bergwerksmaschinen, Baumaschinen,

vorzugsweise bei Stoßbelastung und großen Lagern


Bestimmungsgröße K

Die Bestimmungsgröße K ist eine Hilfsgröße, um beider Berechnung der erreichbaren Lebensdauer den Basiswert a23II ermitteln zu können. Es gilt:

K = K1 + K2

K1 hängt ab von der Lagerbauart und der Belastungs-kennzahl fs*, siehe Diagramm.

Bestimmungsgröße K1

Betriebsluft/Betriebsspiel

Bei Wälzlagern unterscheidet man zwischen der Radial-luft oder Axialluft des nichteingebauten Lagers und derRadialluft oder Axialluft des eingebauten, betriebswar-men Lagers (Betriebsluft, Betriebsspiel). Infolge festerPassungen und unterschiedlicher Temperaturen vonInnen- und Außenring ist die Betriebsluft im allgemei-nen kleiner als die Luft des nichteingebauten Lagers.

Betriebsviskosität �

Kinematische Viskosität eines Öles bei Betriebstempe-ratur. Die Betriebsviskosität � kann mit Hilfe einesViskositäts-Temperatur-Diagrammes ermittelt werden,wenn die Viskositäten bei zwei Temperaturen bekanntsind. Für Mineralöle mit durchschnittlichem Visko-sitäts-Temperatur-Verhalten benutzt man das Dia-gramm 1 (Seite 184).Zur Beurteilung des Schmierungszustands bildet manbei der Berechnung der erreichbaren Lebensdauer dasViskositätsverhältnis � (Betriebsviskosität �/Bezugsvis-kosität �1).

Bezugsdrehzahl

Die (thermische) Bezugsdrehzahl ist ein neuer Kenn-wert für die Drehzahleignung der Wälzlager. Sie wird inDIN 732-1 (Entwurf 1944-12) definiert als die Dreh-zahl, bei der sich die Bezugstemperatur 70 ˚C einstellt.Im FAG-Katalog WL 41 520 sind die genormtenBezugsbedingungen aufgeführt, die sich an den nor-malerweise vorkommenden Betriebsbedingungen dergängigen Wälzlager (Ausnahmen z. B.: Spindellager,Vierpunktlager, Tonnenlager, Axial-Rillenkugellager)orientieren. Die im FAG-Katalog WL 41 520 angege-benen Werte der Bezugsdrehzahl gelten im Gegensatzzu früher (Drehzahlgrenzen) gleichermaßen für Öl-schmierung wie für Fettschmierung.Weichen die Betriebsbedingungen von den Bezugsbe-dingungen ab, ermittelt man die thermisch zulässigeBetriebsdrehzahl.Gilt als Grenzkriterium für die erreichbare Drehzahlnicht die zulässige Lagertemperatur, sondern z. B. dieFestigkeit der Lagerteile oder die Gleitgeschwindigkeitberührender Dichtungen, ist statt der Bezugsdrehzahldie Grenzdrehzahl anzuwenden.

FAG 180

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12

a

K1

fs*

b

c

d

K2 hängt ab von der Belastungskennzahl fs* und vomViskositätsverhältnis �. Die Werte des Diagramms (unten) gelten für nicht additivierte Schmierstoffeoder für Schmierstoffe mit Additiven, deren besondereWirksamkeit in Wälzlagern nicht geprüft wurde.

Bestimmungsgröße K2

7

6

5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12

fs*

K2

κ=0,25**κ=0,3**

κ=0,35**κ=0,4**κ=0,7κ=1κ=2κ=4

κ=0,2**

Bei K = 0 bis 6 wird der Basiswert a23II auf einer derKurven im Bereich II des Diagramm 3 (Seite 185) ab-gelesen (vgl. Faktor a23).

a Kugellagerb Kegelrollenlager, Zylinderrollenlagerc Pendelrollenlager, Axial-Pendelrollenlager 3), Axial-Zylinderrollenlager 1), 3)

d vollrollige Zylinderrollenlager 1), 2)

1) Nur in Verbindung mit Feinfilterung des Schmierstoffes entsprechendV < 1 erreichbar, sonst K1 ≥ 6 annehmen.

2) Beachte bei der Bestimmung von �: Die Reibung ist mindestens doppeltso hoch wie bei Lagern mit Käfigen. Das führt zu höherer Lagertemperatur.

3) Mindestbelastung beachten.

K2 wird gleich 0 bei Schmierstoffen mit Additiven, für die ein entsprechenderNachweis vorliegt.** Bei � ≤ 0,4 dominiert der Verschleiß im Lager, wenn er nicht durch geeigneteAdditive unterbunden wird.


Bezugsviskosität �1

Die Bezugsviskosität ist die einem definierten Schmie-rungszustand zugeordnete kinematische Viskosität. Sieist geschwindigkeitsabhängig und kann mit Hilfe desmittleren Lagerdurchmessers und der Lagerdrehzahlaus dem Diagramm 2 (Seite 184) abgelesen werden. Das Viskositätsverhältnis � (Betriebsviskosität �/Bezugs-viskosität �1) ermöglicht eine Beurteilung des Schmie-rungszustandes (siehe auch Faktor a23).

Blechkäfig

Blechkäfige werden vorwiegend aus Stahl, für einigeLager auch aus Messing hergestellt. Im Vergleich zuMassivkäfigen aus Metall haben sie den Vorteil des ge-ringeren Gewichts.Weil ein Blechkäfig den Spalt zwischen Innenring undAußenring nur wenig ausfüllt, gelangt Schmierfettleicht ins Lagerinnere. Am Käfig wird es gespeichert.

Dauerfestigkeit

Durch Versuche bei FAG und praktische Erfahrungenwurde nachgewiesen, daß Wälzlager dauerfest seinkönnen. Voraussetzungen dafür sind:

– höchste Sauberkeit im Schmierspalt entsprechend der Verunreinigungskenngröße V = 0,3

– vollständige Trennung der Rollkontakte durch den Schmierfilm (Viskositätsverhältnis � ≥ 4)

– Belastung entsprechend der Belastungskennzahlfs* ≥ 8

Dichtungen

Die Abdichtung soll einerseits den Schmierstoff (meistSchmierfett oder Schmieröl ) im Lager halten und ande-rerseits verhindern, daß Verunreinigungen ins Lagergelangen. Sie hat einen erheblichen Einfluß auf die Gebrauchsdauer einer Lagerung (vgl. auch Verschleiß,Verunreinigungskenngröße V). Man unterscheidet zwischen berührungsfreien Dich-tungen (z. B. Spaltdichtungen, Labyrinthdichtungen,Deckscheiben) und berührenden Dichtungen (z. B.Radial-Wellendichtringe, V-Ringe, Filzringe, Dicht-scheiben).

Drehzahleignung

Die höchste erreichbare Drehzahl der Wälzlager wirdim allgemeinen von der zulässigen Betriebstemperatur

bestimmt. Dieses Grenzkriterium berücksichtigt die(thermische) Bezugsdrehzahl. Sie wird anhand DIN 732-1 (Entwurf 1994-12) nach genau definier-ten und einheitlichen Kriterien (Bezugsbedingungen)ermittelt.Im Katalog WL 41 520 „FAG Wälzlager“ ist ein vonDIN 732-2 (Entwurf 1994-12) abgeleitetes Verfahrenangegeben, mit dem die thermisch zulässige Betriebs-drehzahl aus der Bezugsdrehzahl ermittelt wird, wenndie Betriebsbedingungen Belastung, Ölviskosität oderzulässige Temperatur von den Bezugsbedingungen ab-weichen. Die Grenzdrehzahl wird auch für solche Lager angege-ben, für die DIN 732 keine Bezugsdrehzahl definiert, z. B. für Lager mit berührenden Dichtungen.

Drehzahlfaktor fn

Die Hilfsgröße fn benutzt man anstelle der Drehzahl n[min–1] zur Bestimmung der dynamischen Kennzahl fL.

fn =p

√ 33 1/3

n

p = 3 für Kugellager

p = 10 für Rollenlager3

Drehzahlkennwert n · dm

Das Produkt aus der Betriebsdrehzahl n [min–1] unddem mittleren Lagerdurchmesser dm [mm] wird vor allem bei der Auswahl geeigneter Schmierstoffe undSchmierverfahren benutzt.

Es gilt

dm = D + d [mm]2

D Lageraußendurchmesser [mm]d Lagerbohrung [mm]

Druckkegelspitze

Als Druckkegelspitze bezeichnet man den Punkt, indem sich die Drucklinien eines Schräglagers auf der La-gerachse schneiden. Die Drucklinien sind Mantelliniendes Druckkegels.

181 FAG


FAG 182

α

Bei Schräglagern greifen die äußeren Kräfte nicht inder Lagermitte, sondern in der Druckkegelspitze an.Das ist bei der Berechnung der dynamisch äquivalentenBelastung P und der statisch äquivalenten Belastung P0zu berücksichtigen.

Drucklinie

In Richtung der Drucklinie übertragen die Rollkörperdie Kräfte von dem einen Lagerring auf den anderen.

Druckwinkel �

Der Druckwinkel � ist der Winkel, den die Druck-linien der Rollkörper mit der Radialebene des Lagerseinschließen. Mit �0 bezeichnet man den Nenndruck-winkel, das ist der Druckwinkel des unbelasteten Lagers. Bei axialer Belastung vergrößert sich bei Rillenkugel-lagern, Schrägkugellagern usw. der Druckwinkel. Beikombinierter Belastung ändert er sich von Rollkörper zuRollkörper. Diese Druckwinkeländerung wird bei derBerechnung der Druckverteilung im Lager berücksich-tigt.

Kugellager und Rollenlager mit symmetrischen Roll-körpern haben am Innen- und Außenring denselbenDruckwinkel. Bei Rollenlagern mit unsymmetrischenRollen sind die Druckwinkel am Innenring und amAußenring verschieden. Aus Gründen des Kräfte-gleichgewichts tritt bei diesen Lagern eine Kraftkom-ponente auf, die auf den Bord gerichtet ist.

Dynamisch äquivalente Belastung P

Bei dynamisch beanspruchten Wälzlagern, die unterkombinierter Belastung laufen, rechnet man mit der dy-namisch äquivalenten Belastung. Sie ist bei Radial-lagern eine radiale, bei Axiallagern eine axiale und zen-trische Belastung, die hinsichtlich der Ermüdung diegleiche Wirkung hat wie die kombinierte Belastung.Die dynamisch äquivalente Belastung P berechnetman mit der Formel

P = X · Fr + Y · Fa [kN]

Fr Radialbelastung [kN]Fa Axialbelastung [kN]X Radialfaktor (siehe FAG-Kataloge)Y Axialfaktor (siehe FAG-Kataloge)

Dynamische Beanspruchung/Dynamische Belastung

Dynamisch beansprucht sind Wälzlager, deren Ringesich unter Belastung relativ zueinander drehen. „Dyna-misch“ bezieht sich also auf den Betriebszustand desLager, nicht auf die Wirkungsweise der Belastung. DieHöhe der Belastung und ihre Wirkungsrichtung kön-nen konstant bleiben. Bei der Berechnung der Lager wird eine dynamischeBeanspruchung angenommen, wenn die Drehzahl nmindestens 10 min–1 beträgt (vgl. statische Beanspru-chung).

Dynamische Kennzahl fL

Den Richtwert für die Dimensionierung kann manstatt in Stunden in Form der dynamischen Kennzahl fLangeben. Sie errechnet sich aus der dynamischen Trag-zahl C, der dynamisch äquivalenten Belastung P unddem Drehzahlfaktor fn.

fL = C · fnP


Der Wert fL, der für eine richtig dimensionierte Lage-rung erreicht werden soll, ergibt sich aus Erfahrungmit gleichen oder ähnlichen Lagerungen, die sich inder Praxis bewährt haben.Die in verschiedenen FAG-Publikationen aufgeführtenWerte berücksichtigen nicht nur die ausreichende Er-müdungslaufzeit, sondern auch andere Forderungen,wie geringes Gewicht bei Leichtbaukonstruktionen,Anpassung an vorgegebene Umbauteile, außergewöhn-liche Belastungsspitzen und dergleichen. Die fL-Wertesind der technischen Weiterentwicklung angeglichen.Beim Vergleich mit einer bewährten Lagerung mußman die Beanspruchung nach derselben Methode wiefrüher bestimmen.Aus dem errechneten fL-Wert kann man die nominelleLebensdauer Lh in Stunden ermitteln.

Lh =500 · fLp [h]

p = 3 für Kugellager

p = 10 für Rollenlager 3

Dynamische Tragzahl C

Die dynamische Tragzahl C (siehe FAG-Kataloge) istein Maß für die Tragfähigkeit eines Wälzlagers bei dynamischer Belastung. Sie ist nach DIN ISO 281 defi-niert als die Belastung umlaufender Wälzlager, die einenominelle Lebensdauer L (Ermüdungslebensdauer) von106 Umdrehungen ergibt.

EP-Zusätze

Additive gegen Verschleiß in Schmierfetten und Schmier-ölen, die man auch als Extreme-Pressure-Schmierstoffebezeichnet.

Ermüdungslebensdauer/Ermüdungslaufzeit

Als Ermüdungslaufzeit bezeichnet man die Laufzeit eines Wälzlagers von der Inbetriebnahme bis zu einemAusfall infolge Werkstoffermüdung. Die Ermüdungs-laufzeit ist die obere Grenze der Gebrauchsdauer.Mit dem herkömmlichen Berechnungsverfahren, einerVergleichsrechnung, bestimmt man die nominelle Le-bensdauer L oder Lh, mit der verfeinerten Methodenach dem FAG-Rechenverfahren die erreichbare Le-bensdauer Lna oder Lhna (siehe auch Faktor a23).

Erreichbare Lebensdauer Lna, Lhna

Das FAG-Rechenverfahren zur Ermittlung der erreich-baren Lebensdauer (Lna, Lhna) lehnt sich an DIN ISO281 (vgl. Modifizierte Lebensdauer) an. Es berücksich-tigt zahlenmäßig die Einflüsse der Betriebsbedingun-gen auf die Lebensdauer und nennt die Voraussetzun-gen für die Dauerfestigkeit der Wälzlager.

Es gilt

Lna = a1 · a23 · L [106 Umdrehungen]

und

Lhna = a1 · a23 · Lh [h]

a1 Faktor a1 für Ausfallwahrscheinlichkeit(DIN ISO 281); für normale Ausfallwahrscheinlichkeit von 10 % gilt a1 = 1.

a23 Faktor a23 (Lebensdauer-Anpassungsfaktor)L Nominelle Lebensdauer [106 Umdrehungen] Lh Nominelle Lebensdauer [h]

Ändern sich die Größen, die die Lebensdauer beeinflus-sen (z. B. Belastung, Drehzahl, Temperatur, Sauberkeit,Sorte und Beschaffenheit des Schmierstoffs), dann istfür jede Wirkungsdauer q [%] mit konstanten Bedin-gungen die erreichbare Lebensdauer (Lhna1, Lhna2, ...)zu ermitteln. Die Gesamtlebensdauer wird errechnetmit der Formel

Lhna = 100q1 + q2 + q3

Lhna1 Lhna2 Lhna3

Erweiterte Lebensdauerberechnung

Die nominelle Lebensdauer L oder Lh weicht mehr oderweniger von der praktisch erreichbaren Lebensdauer derWälzlager ab. Deshalb werden zusätzlich zur Belastung in der erwei-terten Lebensdauerberechnung die Ausfallwahrschein-lichkeit (Faktor a1) und weitere wichtige Betriebsbe-dingungen berücksichtigt (Faktor a23 beim FAG-Re-chenverfahren für die erreichbare Lebensdauer).Vgl. auch modifizierte Lebensdauer nach DIN ISO281.

Faktor a1

Im Normalfall (nominelle Lebensdauer L10) rechnetman mit 10 % Ausfallwahrscheinlichkeit. Um zur Be-

183 FAG


rechnung der erreichbaren Lebensdauer auch Ausfall-wahrscheinlichkeiten zwischen 10 und 1 % berück-sichtigen zu können, wird der Faktor a1 benutzt, siehefolgende Tafel.

Ausfallwahr-scheinlichkeit % 10 5 4 3 2 1

Ermüdungs-laufzeit L10 L5 L4 L3 L2 L1

Faktor a1 1 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21

Faktor a23 (Lebensdauer-Anpassungsfaktor)

Der Faktor a23 dient zur Berechnung der erreichbarenLebensdauer. FAG verwendet a23 anstelle der in DINISO 281 angegebenen, voneinander abhängigen An-passungsfaktoren für Werkstoff (a2) und Betriebsbe-dingungen (a3).

a23 = a2 · a3

Mit dem Faktor a23 berücksichtigt FAG die Einflüssevon: – Belastungshöhe (Belastungskennzahl fs*), – Schmierfilmdicke (Viskositätsverhältnis �), – Schmierstoffadditivierung (Bestimmungsgröße K), – Verunreinigungen im Schmierspalt (Sauberkeits-

faktor s),– Lagerbauart (Bestimmungsgröße K).

Ausgangspunkt für die Ermittlung des Faktors a23 istdas Diagramm (Seite 185) für den Basiswert a23II. Der Faktor a23 ergibt sich als Produkt a23II · s (s ist derSauberkeitsfaktor).

Um den Basiswert bestimmen zu können, benötigtman das Viskositätsverhältnis � = �/�1 und die Bestim-mungsgröße K. Der wichtigste Bereich II des Dia-gramms gilt für normale Sauberkeit (s = 1).Das Viskositätsverhältnis � ist das Maß für die Schmier-filmbildung im Lager.

� Betriebsviskosität des Schmierstoffs, abhängig vonder Nennviskosität (bei 40 ˚C) und der Betriebs-temperatur t (Bild 1). Bei Schmierfetten setzt manfür � die Betriebsviskosität des Grundöls ein.

�1 Bezugsviskosität, abhängig vom mittleren Lager-durchmesser dm und der Betriebsdrehzahl n (Bild 2).

Das Diagramm (Bild 3) zur Bestimmung des Basis-werts a23II ist in die Bereiche I, II und III unterteilt. Der größte Teil aller Anwendungsfälle in der Wälzla-gertechnik ist dem Bereich II zuzuordnen. Er gilt fürnormale Sauberkeit (Verunreinigungskenngröße V = 1).Im Bereich II kann a23 in Abhängigkeit von � mit Hil-fe der Bestimmungsgröße K ermittelt werden.

FAG 184

1: Durchschnittliches Viskositäts-Temperatur-Verhaltenvon Mineralölen; Diagramm zum Bestimmen derBetriebsviskosität

2: Bezugsviskosität �1

1500100068046032022015010068

4632

2215

10

12011010090

80

70

60

50

40

30

20

104 6 8 10 20 30 40 60 100 200 300

Viskosität [mm2/s]bei 40 °C

Bet

rieb

stem

per

atur

t [°

C]

Betriebsviskosität ν [mm2/s]

Mittl. Lagerdurchmesser dm = D+d2

[mm]

n [m

in-1 ]

100 000

50 000

20 000

10 000

5 000

2 000

1 000

500

200

100

50

20

10

5

21 000

500

200

100

50

20

10

5

310 20 50 100 200 500 1 000

Bez

ugsv

isko

sitä

t ν 1

mm

2

s


Festlager

Bei der Festlager-Loslager-Anordnung bezeichnet mandas Lager, das die Welle in beiden Richtungen axialführt, als Festlager. Als Festlager können alle Bauartenverwendet werden, die neben Radialkräften auchAxialkräfte in beiden Richtungen aufnehmen. AuchSchrägkugellagerpaare (Universal-Ausführung) und Ke-gelrollenlagerpaare in X-Anordnung oder O-Anordnungwirken als Festlager.

Festlager-Loslager-Anordnung

Bei K = 0 bis 6 liegt a23II auf einer der Kurven im Be-reich II des Diagramms.

Wenn der Wert K > 6 ist, kann nur ein a23-Faktor imBereich III erwartet werden. In diesem Fall sollte manüberlegen, wie durch Verbesserung der Verhältnisse derBereich II zu erreichen ist.

185 FAG

3: Basiswert a23II zur Ermittlung des Faktors a23

Übergang zur DauerfestigkeitVoraussetzung: Höchste Sauberkeitim Schmierspalt und nicht zu hoheBelastung, geeigneter Schmierstoff

Normale Sauberkeit im Schmierspalt(bei wirksamen, in Wälzlagern geprüften Additivensind auch bei κ < 0,4 a23-Werte > 1 möglich)

Ungünstige BetriebsbedingungenVerunreinigungen im SchmierstoffUngeeignete Schmierstoffe

Bereich

I

II

III

κ = ν1

ν

a23II

20

10

5

2

1

0,5

0,2

0,10,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10

K=0

K=1

K=2

K=3

K=4

K=5

K=6

I

II III

Grenzen der LaufzeitberechnungAuch mit der erweiterten Lebensdauerberechnung wird alsAusfallursache lediglich die Werkstoffermüdung berücksichtigt.Der tatsächlichen Gebrauchsdauer des Lagers kann die ermittelteerreichbare Lebensdauer nur dann entsprechen, wenn dieSchmierstoffgebrauchsdauer oder die durch Verschleiß begrenzteGebrauchsdauer nicht kürzer ist als die Ermüdungslaufzeit.

Bei dieser Lageranordnung fixiert das Festlager dieWelle axial nach beiden Seiten; im Loslager könnensich die unterschiedlichen axialen Wärmedehnungenvon Welle und Gehäuse ausgleichen. Auch mehrfachgelagerte Wellen erhalten nur ein Festlager; alle übrigenLagerstellen sind als Loslager auszubilden.

Fett, Fettschmierung

vgl. Schmierfett

Fettgebrauchsdauer

Die Fettgebrauchsdauer ist die Zeit vom Anlauf biszum Ausfall eines Lagers als Folge eines Versagens derSchmierung.Die Fettgebrauchsdauer hängt ab von der – Fettmenge – Fettart (Verdicker, Grundöl, Additive) – Lagerbauart und -größe – Höhe und Art der Belastung – Drehzahlkennwert – Lagertemperatur

Gebrauchsdauer

Die Gebrauchsdauer ist die Laufzeit, während der dasLager in Betrieb bleibt, weil es ausreichend zuverlässigfunktioniert.


Die Ermüdungslaufzeit ist die obere Grenze der Ge-brauchsdauer. Infolge Verschleiß oder Versagens derSchmierung (vgl. Fettgebrauchsdauer) wird diese Grenze oft nicht erreicht.

Gegenführung

Schräglager und einseitig wirkende Axiallager nehmenaxiale Kräfte nur in einer Richtung auf. Ein zweites,spiegelbildlich eingebautes Lager muß die „Gegenfüh-rung“ übernehmen, d. h. die axialen Kräfte in der an-deren Richtung aufnehmen.

Genauigkeitslager/Genauigkeitsausführung

Außer Lagern in normaler Genauigkeit (ToleranzklassePN) werden für erhöhte Ansprüche an Arbeitsgenauig-keit, Drehzahlen oder Laufruhe auch Lager in Genau-igkeitsausführung (Genauigkeitslager) gefertigt. Dafür wurden die Toleranzklassen P6, P6X, P5, P4 undP2 genormt. Für einzelne Lagerbauarten gibt es zusätz-lich die Toleranzklassen P4S, SP und UP nach FAG-Werksnorm.

Grenzdrehzahl

Die Grenzdrehzahl wird in den FAG-Katalogen auchfür solche Lager angegeben, für die laut DIN 732-1(Entwurf 1994-12) keine Bezugsdrehzahl definiert ist.Sie darf nur nach Rücksprache mit FAG überschrittenwerden Maßgebend für diesen Kennwert sind z. B. die Festig-keitsgrenze der Lagerteile oder die zulässige Gleitge-schwindigkeit berührender Dichtungen. Die Grenz-drehzahl ist zu erreichen z. B. durch – besondere Auslegung der Schmierung– auf die Betriebsverhältnisse ausgelegte Lagerluft– genaue Bearbeitung der Lagersitze– besondere Berücksichtigung der Wärmeabfuhr

Grundöl

Das in einem Schmierfett enthaltene Öl wird alsGrundöl oder Basisöl bezeichnet. Der Anteil wird, jenach Verdicker und Verwendungszweck des Fettes, ver-schieden hoch gewählt. Mit dem Anteil des Grundölsund seiner Viskosität ändern sich die Penetration unddas Reibungsverhalten des Fettes.

Käfig

Der Käfig eines Wälzlagers verhindert, daß sich dieRollkörper gegenseitig berühren. Er hält sie in gleich-mäßigem Abstand und führt sie, wenn ein Teil desLaufbahnumfangs unbelastet ist, durch diese Zone.Bei einem Nadellager muß der Käfig auch die Nadel-rollen achsparallel führen. Bei zerlegbaren Lagern sollder Käfig den Rollkörper kranz halten und dadurch denEinbau des Lagers erleichtern. Die Wälzlagerkäfige un-terteilt man in Blechkäfige und Massivkäfige.

Kombinierte Belastung

Von kombinierter Belastung spricht man, wenn einWälzlager gleichzeitig radial und axial belastet ist, dieresultierende Belastung somit unter dem Lastwinkel �angreift.

Mit der Radialkomponente Fr und der Axialkompo-nente Fa der kombinierten Belastung wird bei der La-gerberechnung je nach der Belastungsart die dynamischäquivalente Belastung P oder die statisch äquivalente Be-lastung P0 ermittelt.

Konsistenz

Maß für die Verformbarkeit von Schmierfetten.

Konsistenzeinteilung nach NLGI-Klassen vgl. Penetra-tion.

Lastwinkel

Der Lastwinkel � ist der Winkel zwischen der Wir-kungslinie der resultierenden äußeren Belastung F undder Radialebene des Lagers. Er ergibt sich aus der Ra-dialkomponente Fr und der Axialkomponente Fa zu:

tan � = Fa/Fr

FAG 186

β

F

Fr

Fa


Lebensdauer

Als Lebensdauer der dynamisch beanspruchten Wälz-lager gibt DIN ISO 281 die Laufzeit bis zum Ausfalldurch Werkstoffermüdung (Ermüdungslaufzeit) an.

Mit dem herkömmlichen Berechnungsverfahren, einerVergleichsrechnung, bestimmt man die nominelle Lebensdauer L oder Lh, mit der verfeinerten Methodenach dem FAG-Rechenverfahren die erreichbare Lebensdauer Lna oder Lhna (siehe auch Faktor a23).

Loslager

Bei der Festlager-Loslager-Anordnung bezeichnet mandas Lager, das axiale Wärmedehnungen ausgleicht, alsLoslager.Die idealen Loslager sind Zylinderrollenlager der Bau-formen NU und N sowie Nadellager. Bei diesen La-gern gleichen sich Längenunterschiede im Lager selbstaus. Die Lagerringe können feste Passungen erhalten.Auch nichtzerlegbare Lager, wie Rillenkugellager undPendelrollenlager, werden als Loslager eingebaut. Einerder beiden Lagerringe erhält dann eine lose Passungund keine axiale Anlagefläche, damit er sich auf seinerSitzfläche verschieben kann.

Massivkäfig

Massivkäfige aus Metall und Hartgewebe werdendurch spanabhebende Bearbeitung hergestellt. AlsAusgangsmaterial dienen Rohre aus Stahl, Leichtme-tall oder Hartgewebe oder gegossene Ringe aus Mes-sing. Massivkäfige aus Polyamid 66 (Polyamidkäfige)stellt man im Spritzgießverfahren her. Wie Blechkäfigeeignen sie sich für Großserienlager.Massivkäfige aus Metall und Hartgewebe kommen vorallem für Lager in Betracht, die nur in kleinen Serienhergestellt werden. Große, hochbelastete Lager erhal-ten aus Festigkeitsgründen Massivkäfige. Diese werdenauch verwendet, wenn eine Bordführung des Käfigsnotwendig ist. Bordgeführte Käfige für schnellaufendeLager werden vielfach aus leichten Werkstoffen, wieLeichtmetall oder Hartgewebe gefertigt, damit dieMassenkräfte klein bleiben.

Mineralöle

Erdöle bzw. deren flüssige Derivate.Vgl. auch Synthetische Schmierstoffe.

Modifizierte Lebensdauer

Die Norm DIN ISO 281 hat zusätzlich zur nominellenLebensdauer L10 die modifizierte Lebensdauer Lna ein-geführt, um zusätzlich zur Belastung den Einfluß derAusfallwahrscheinlichkeit (Faktor a1) sowie des Werk-stoffs (Faktor a2) und der Betriebsbedingungen (Faktora3) zu berücksichtigen. Für den Faktor a23 (a23 = a2 · a3) wurden in DIN ISO281 keine Zahlenwerte angegeben. Beim FAG-Berech-nungsverfahren für die erreichbare Lebensdauer (Lna,Lhna) können Betriebsbedingungen dagegen mit demFaktor a23 zahlenmäßig erfaßt werden.

Nachschmierintervall

Zeitraum, nach dem die Lager nachgeschmiert wer-den. Das Nachschmierintervall soll kürzer als dieSchmierfrist festgelegt werden.

NLGI-Klasse

vgl. Penetration.

Nominelle Lebensdauer

Das genormte Berechnungsverfahren für dynamisch be-anspruchte Wälzlager beruht auf der Werkstoffermü-dung (Pittingbildung) als Ausfallursache. Die Lebens-dauerformel lautet

L10 = L = ( C )p[106 Umdrehungen]

P

L10 ist die nominelle Lebensdauer in Millionen Um-drehungen, die mindestens 90 % einer größeren An-zahl gleicher Lager erreichen oder überschreiten.

In der Formel bedeuten:

C dynamische Tragzahl [kN]P dynamisch äquivalente Belastung [kN]p Lebensdauerexponent

p = 3 für Kugellagerp = 10/3 für Rollenlager

Wenn die Drehzahl des Lagers konstant ist, kann mandie Lebensdauer in Stunden ausdrücken.

Lh10 = Lh = L · 106[h]

n · 60

n Drehzahl [min–1]

187 FAG


Lh kann auch mit Hilfe der dynamischen Kennzahl fLbestimmt werden. Die nominelle Lebensdauer L oder Lh gilt für Lageraus konventionellem Wälzlagerstahl und übliche Be-triebsverhältnisse (gute Schmierung, keine extremeTemperatur, normale Sauberkeit).Die nominelle Lebensdauer weicht mehr oder wenigervon der praktisch erreichbaren Lebensdauer der Wälz-lager ab. Die Einflüsse wie Schmierfilmdicke, Sauber-keit im Schmierspalt, Schmierstoffadditivierung undLagerbauart werden bei der erweiterten Lebensdauerbe-rechnung mit dem Faktor a23 berücksichtigt.

O-Anordnung

Werden zwei Schräglager spiegelbildlich so eingebaut,daß die Druckkegelspitze des linken Lagers nach linksund die Druckkegelspitze des rechten Lagers nachrechts zeigt, dann spricht man von O-Anordnung (an-gestellte Lagerung).Bei der O-Anordnung wird einer der Lagerinnenringeangestellt. Man erhält eine Lagerung mit einer großenStützbasis, die auch bei kurzem Lagerabstand ein hohesKippmoment aufnimmt. Um die Verschiebbarkeit desInnenrings sicherzustellen, muß eine geeignete Passunggewählt werden.

Öl/Ölschmierung

siehe Schmieröl.

Passungen

Die Toleranzen für die Bohrung und für den Außen-durchmesser von Wälzlagern sind in DIN 620 ge-normt (vgl. auch Toleranzklasse). Den für einen siche-ren Betrieb eines Lagers notwendigen, von den Be-triebsverhältnissen abhängigen Sitzcharakter erzieltman durch die Wahl der Bearbeitungstoleranzen vonWelle und Gehäuse.In der Wälzlagertechnik genügt es daher, den jeweili-gen Sitzcharakter der Ringe lediglich mit dem Pas-sungskurzzeichen der Wellen- oder Gehäusetoleranz zukennzeichnen.Bei der Wahl der Passungen gelten vor allem drei Ge-sichtspunkte:

FAG 188

1. Sichere Befestigung und gleichmäßige Unterstüt-zung der Lagerringe

2. Einfacher Ein- und Ausbau3. Verschiebbarkeit des Loslagers

Die einfachste und sicherste Befestigung der Ringe inUmfangsrichtung besteht in einer festen Passung. Damitwird auch die gleichmäßige Unterstützung der Ringeerreicht, die zur vollen Nutzung der Tragfähigkeit not-wendig ist. Lagerringe, die mit Umfangslast oder Pen-dellast beaufschlagt sind, erhalten grundsätzlich einefeste Passung. Bei Punktlast kann eine lose Passung zu-gelassen werden. Je größer die Belastung, desto größerist das Passungsübermaß zu wählen, vor allem, wenndie Belastung stoßartig wirkt. Auch das Temperaturge-fälle zwischen Lagerring und Gegenstück ist zu beach-ten. Ferner spielen Lagerart und Lagergröße bei derWahl der Passung eine Rolle.

Pendellager

Die Bezeichnung Pendellager wird als Sammelbegrifffür alle Wälzlagerbauarten benutzt, die sich bei Flucht-fehlern sowie bei Wellen- und Gehäusedurchbiegun-gen während des Laufs pendelnd einstellen. Diese La-ger besitzen eine kugelige Außenringlaufbahn. Zu denPendellagern gehören Pendelkugellager, Tonnenlager,Radial-Pendelrollenlager und Axial-Pendelrollenlager.Axial-Rillenkugellager mit Unterlagscheibe undSpannlager gehören nicht zu den Pendellagern, weil sieFluchtfehler und Schiefstellungen nur beim Einbau,also nicht während des Laufs, ausgleichen.

Pendellast

Für die Auswahl der Passungen von Radiallagern undSchräglagern sind die Umlaufbedingungen maßgebend.Führen der betrachtete Ring und die Richtung der Ra-diallast relativ zueinander Pendelbewegungen aus, sospricht man von Pendellast. Bei Pendellast müssen bei-de Lagerringe eine feste Passung erhalten, damit sienicht in Umfangsrichtung wandern (vgl. Umfangslast).

Penetration

Die Penetration ist ein Maß für die Konsistenz einesSchmierfettes. Im Handel gibt man die sogenannteWalkpenetration bei 25 ˚C an. Das zu prüfende Fett


Radiallager

Lager für überwiegend radiale Belastung, die einenNenndruckwinkel �0 ≤ 45˚ haben, bezeichnet man alsRadiallager. Die dynamische Tragzahl und die statischeTragzahl beziehen sich bei Radiallagern auf die radialeBelastungsrichtung (vgl. Axiallager).

Radialluft/Radialspiel

Die Radialluft eines Lagers ist das Maß, um das sichein Lagerring in radialer Richtung von einer Endlagein die andere Endlage ohne Meßbelastung verschiebenläßt. Man unterscheidet zwischen der Radialluft desnicht eingebauten Lagers und dem radialen Betriebs-spiel (der radialen Betriebsluft) des eingebauten, be-triebswarmen Lagers.

Radialluftgruppe

Die Radialluft eines Wälzlagers muß den Verhältnissenan der Einbaustelle – Passungen, Temperaturgefälle,Drehzahl – angepaßt sein. Deswegen werden Wälzla-ger in mehreren Radialluftgruppen gefertigt, von de-nen jede eine bestimmte Radialluftspanne umfaßt.Die Radialluftgruppe CN (normal) ist so bemessen,daß das Lager bei üblichen Einbau- und Betriebsver-hältnissen eine zweckentsprechende Betriebsluft hat.Daneben gibt es noch folgende Radialluftgruppen:

189 FAG

Punktlastfür denInnenring

Punktlastfür denAußenring

wird unter genau festgelegten Bedingungen durchge-walkt. Dann mißt man die Eindringtiefe – in Zehntelmm – eines genormten Kegels in ein mit Fett gefülltesGefäß.

Penetration üblicher Wälzlagerfette

NLGI-Klasse Walkpenetration(Penetrationsklasse) 0,1 mm

1 310...3402 265...2953 220...2504 175...205

Polyamidkäfig

Massivkäfige aus glasfaserverstärktem Polyamid PA66-GF25 werden durch Spritzgießen hergestellt und inzahlreichen Großserienlagern verwendet. Mit dem Spritzgießverfahren können in der Regel Kä-fig formen verwirklicht werden, die besonders tragfähi-ge Konstruktionen ermöglichen. Die Elastizität unddas geringe Gewicht der Käfige wirken sich günstig ausbei stoßartigen Lagerbeanspruchungen, hohen Be-schleunigungen und Verzögerungen sowie Verkippun-gen der Lagerringe zueinander. Polyamidkäfige habensehr gute Gleit- und Notlaufeigenschaften.Käfige aus glasfaserverstärktem Polyamid 66 eignensich für Dauertemperaturen bis 120 ˚C.Bei Ölschmierung können im Öl enthaltene Additivezu einer Beeinträchtigung der Käfiggebrauchsdauerführen. Auch gealtertes Öl kann bei höheren Tempera-turen die Käfiggebrauchsdauer beeinträchtigen, so daßauf die Einhaltung der Ölwechselfristen zu achten ist.

Punktlast

Für die Auswahl der Passungen der Lagerringe sind beiRadiallagern und Schräglagern die Belastungsverhält-nisse maßgebend. Steht der betrachtete Ring relativzur Richtung der Radiallast still, so ist ein bestimmterPunkt des Ringumfangs immer der Höchstbelastungausgesetzt. Dieser Ring erhält Punktlast.Weil bei Punktlast die Gefahr klein ist, daß der Ringauf seiner Sitzfläche rutscht, ist eine feste Passung nichtunbedingt erforderlich. Bei Umfangslast oder Pendellastdagegen ist eine feste Passung unerläßlich.


FAG 190

Diagramm zum Bestimmen des Sauberkeitsfaktors s

a Bereich für erhöhte bis höchste Sauberkeitb Bereich für mäßig verunreinigten Schmierstoff und stark verunreinigten Schmierstoff

1

V = 1

2,5 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 20 2 3 5 10 15 20 30

κ=1

κ=0,7

κ=0,5

1

V = 0,5 V = 0,3

κ=0,6

κ=0,

9κ=

0,8

κ=1,

5

κ=2

κ=2,

5κ=

3

κ=3,

5

κ=4

0,1

0,2

0,3

0,70,5

V = 1

V = 2

V = 3

0,05

0,03

a

b

Sauberkeitsfaktor sBelastungskennzahl fs*

Sau

ber

keits

fakt

or s

Ein Sauberkeitsfaktor s > 1 ist für vollrollige Lagernur erreichbar, wenn durch hochviskosen Schmier-stoff und äußerste Sauberkeit (Ölreinheit nachISO 4406 mindestens 11/7) Verschleiß in den Kon-takten Rolle/Rolle ausgeschlossen ist.

C2 Radialluft kleiner als normalC3 Radialluft größer als normalC4 Radialluft größer als C3.

Rollkörper/Wälzkörper

Rollkörper oder Wälzkörper ist der Sammelbegriff fürdie auf den Laufbahnen abrollenden Kugeln, Zylinder-rollen, Tonnenrollen, Kegelrollen oder Nadelrollen.

Sauberkeitsfaktor s

Der Sauberkeitsfaktor s quantifiziert den Einfluß derVerschmutzung auf die erreichbare Lebensdauer. DasProdukt aus s und dem Basiswert a23II ergibt den Faktora23.Zur Ermittlung von s benötigt man die Verunreini-gungskenngröße V. Für normale Sauberkeit (V = 1) giltimmer s = 1.

Bei erhöhter Sauberkeit (V = 0,5) und höchster Sau-berkeit (V = 0,3) erhält man, ausgehend von der Bela-stungskennzahl fs* und in Abhängigkeit vom Viskositäts-verhältnis �, über das rechte Feld (a) des Diagramms(unten) einen Sauberkeitsfaktor s ≥ 1.Bei � ≤ 0,4 gilt s = 1.Bei V = 2 (mäßig verunreinigter Schmierstoff ) bis V = 3(stark verunreinigter Schmierstoff ) ergibt sich s < 1 ausdem Bereich (b) des Diagramms.

Schmiegung

Bei allen Wälzlagern, deren Laufbahnprofil im Axial-schnitt gekrümmt ist, hat die Laufbahn einen etwasgrößeren Radius als der Rollkörper. Dieser Krüm-mungsunterschied in der Axialebene wird durch dieSchmiegung � gekennzeichnet. Man versteht darun-ter das auf den Rollkörperradius bezogene Rillenüber-maß.


191 FAG

s

Schmiegung � = Rillenradius – RollkörperradiusRollkörperradius

Schmierfett

Schmierfette sind konsistente Gemische aus Verdickernund Grundölen. Man unterscheidet zwischen– Metallseifenschmierfetten, die sich aus Metallseifen

als Verdickern und Schmierölen zusammensetzen,– seifenfreien Schmierfetten mit anorganischen

Gelbildnern oder organischen Verdickern und Schmierölen

– synthetischen Schmierfetten, die sich aus organi-schen oder anorganischen Verdickern und Synthese-ölen zusammensetzen.

Schmierfrist

Die Schmierfrist entspricht der mindestens erreichtenFettgebrauchsdauer von Standardfetten (siehe FAG-Pu-blikation WL 81 115). Dieser Wert wird zur Abschät-zung genommen, wenn die Fettgebrauchsdauer für dasverwendete Fett nicht bekannt ist.

Schmieröl

Zur Schmierung von Wälzlagern sind grundsätzlichMineralöle und Syntheseöle geeignet. Schmieröle aufMineral ölbasis werden heute am häufigsten verwendet.

Schräglager

Die Bezeichnung Schräglager ist der Sammelbegriff füreinreihige Lager, deren Drucklinien schräg zur Radial-ebene verlaufen. Schräglager sind also Schrägkugella-ger, Kegelrollenlager und Axial-Pendelrollenlager.Auch axial belastete Rillenkugellager wirken wieSchräglager.

Schwimmende Lagerung

Die schwimmende Lagerung ist eine wirtschaftlicheLösung, wenn keine enge axiale Führung der Welleverlangt wird. Der Aufbau ist ähnlich wie bei der ange-stellten Lagerung. Die Welle kann sich bei der schwim-menden Lagerung jedoch um das Axialspiel s gegen-über dem Gehäuse verschieben. Der Wert für s wird inAbhängigkeit von der geforderten Führungsgenauig-keit so festgelegt, daß die Lager auch bei ungünstigenthermischen Verhältnissen nicht axial verspannt wer-den.Bei schwimmenden Lagerungen mit Zylinderrollenla-gern NJ findet der Längenausgleich in den Lagernstatt. Innen- und Außenringe können fest gepaßt wer-den.

Auch nichtzerlegbare Radiallager wie Rillenkugellager,Pendelkugellager und Pendelrollenlager können ver-wendet werden. Bei beiden Lagern erhält je ein Ring –gewöhnlich ein Außenring – eine lose Passung.

Statisch äquivalente Belastung P0

Bei statisch beanspruchten Wälzlagern, die einer kom-binierten Belastung ausgesetzt sind, rechnet man mitder statisch äquivalenten Belastung. Sie ist bei Radial-lagern eine radiale, bei Axiallagern eine axiale und zen-trische Belastung, die gleich große plastische Verfor-mungen hervorruft wie die kombinierte Belastung.Die statisch äquivalente Belastung P0 berechnet manmit der Formel

P0 = X0 · Fr + Y0 · Fa [kN]

Fr Radialbelastung [kN]Fa Axialbelastung [kN]X0 Radialfaktor (siehe FAG-Kataloge)Y0 Axialfaktor (siehe FAG-Kataloge)


FAG 192

Statische Beanspruchung/Statische Belastung

Als statische Belastung bezeichnet man eine Belastungdes stillstehenden Lagers (keine Relativbewegung zwi-schen den Lagerringen).„Statisch“ bezieht sich also auf den Betriebszustand desLagers, nicht auf die Wirkungsweise der Belastung.Die Höhe der Belastung und ihre Wirkungsrichtungkönnen sich ändern. Langsam schwenkende oder mit geringer Drehzahl (n < 10 min–1) umlaufende Lager werden wie statischbelastete Lager berechnet (vgl. dynamische Beanspru-chung).

Statische Kennzahl fs

Bei statischer Belastung errechnet man zur Kontrolle,ob ein ausreichend tragfähiges Lager gewählt wurde,die statische Kennzahl fs. Sie ergibt sich aus der stati-schen Tragzahl C0 und der statisch äquivalenten Bela-stung P0.

fs = C0

P0

Die Kennzahl fs ist ein Maß für die Sicherheit gegeneine zu große plastische Gesamtverformung an derBerührungsstelle Laufbahn/höchstbelasteter Rollkör-per. Für Lager, die sehr leichtgängig sein müssen undbesonders ruhig laufen sollen, ist eine große Kennzahlfs erforderlich. Kleinere Werte genügen bei geringenAnsprüchen an die Laufruhe. Im allgemeinen strebtman an:

fs = 1,5...2,5 bei hohen Ansprüchenfs = 1...1,5 bei normalen Ansprüchenfs = 0,7...1 bei geringen Ansprüchen

Statische Tragzahl C0

Die statische Tragzahl C0 ist die Belastung eines still-stehenden Wälzlagers, die in der Mitte der Berüh-rungsfläche zwischen dem höchstbelasteten Rollkörperund der Laufbahn eine plastische Gesamtverformungvon etwa 1/10 000 des Rollkörper durchmessers er-zeugt. Das entspricht bei normalen Schmiegungsver-hältnissen einer Hertzschen Flächenpressung von etwa

4000 N/mm2 bei Rollenlagern,4600 N/mm2 bei Pendelkugellagern und4200 N/mm2 bei allen übrigen Kugellagern.

Werte für C0 siehe FAG-Wälzlagerkataloge.

Stützbasis

Die Stützbasis eines in zwei Wälzlagern abgestütztenMaschinenteils ist im allgemeinen der Abstand der bei-den Lagerstellen. Während man den Abstand bei Ril-lenkugellagern usw. von den Lagermitten aus mißt,muß man bei einreihigen Schrägkugellagern und Ke-gelrollenlagern mit dem Abstand der Druckkegelspitzenrechnen.

Synthetische Schmierstoffe/Syntheseöle

Durch Synthese hergestellte Schmieröle, die teilweise,abgestimmt auf ihre Anwendung, folgende Eigenschaf-ten aufweisen: sehr niedriger Stockpunkt, gutes V-T-Verhalten, geringer Verdampfungsverlust, langeLebensdauer, hohe Oxidationsstabilität.

Tandem-Anordnung

Werden zwei oder mehrere Schräglager gleichsinnig, d. h. nicht spiegelbildlich, unmittelbar nebeneinandereingebaut, so spricht man von „Tandem-Anordnung“.Dabei verteilt sich die Axialkraft auf alle Lager. Einegleichmäßige Verteilung ergibt sich bei Schräglagern inUniversalausführung.

Thermisch zulässige Betriebsdrehzahl

Wenn die Belastung, die Ölviskosität oder die zulässigeTemperatur von den für die Bezugsdrehzahl gültigenBezugsbedingungen abweichen, kann man mit Hilfevon Diagrammen die thermisch zulässige Betriebs-drehzahl ermitteln.Das Verfahren basiert auf DIN 732-2 (Entwurf 1994-12) und wird im FAG-Katalog WL 41 520 be-schrieben.


Toleranzklasse

Neben der Normaltoleranz (Toleranzklasse PN) derWälzlager gibt es für Genauigkeitslager die Toleranz-klassen P6, P6X, P5, P4 und P2.Die Genauigkeit nimmt mit abnehmender Ziffer zu(DIN 620).FAG fertigt Wälzlager außer in den genormten Tole-ranzklassen auch in den Toleranzklassen P4S, SP (Su-per-Präzision) und UP (Ultra-Präzision).

Tragzahl

Die Tragzahl eines Lagers ist ein Maß für die Belastbar-keit. Jedes Wälzlager hat eine dynamische Tragzahl(DIN ISO 281) und eine statische Tragzahl (DIN ISO76). Die Werte sind den FAG-Wälzlagerkatalogen zuentnehmen.

Umfangslast

Läuft der betrachtete Ring relativ zur Richtung der Ra-diallast um, so ist der ganze Umfang des Ringes bei je-der Umdrehung der Höchstbelastung ausgesetzt. Die-ser Ring erhält Umfangslast. Lagerringe mit Umfangs-last müssen mit fester Passung eingebaut werden, weilsie sonst in Umfangsrichtung wandern (vgl. Punktlast,Pendellast).

Universalausführung

Besondere Ausführung von FAG Schrägkugellagern.Die Lage der Laufring-Stirnflächen zu den Laufrillenist so eng toleriert, daß die Lager ohne Paßscheiben inO-, X- oder Tandem-Anordnung beliebig gepaart wer-den können. Lager mit dem Nachsetzzeichen UA sind so abge-stimmt, daß nicht eingebaute Lagerpaare in der O-oder X-Anordnung eine geringe Axialluft haben. Unterden gleichen Bedingungen ergibt sich für die Univer-salausführung UO keine Axialluft und für UL eineleichte Vorspannung. Bei festen Passungen vermindertsich die Axialluft oder erhöht sich die Vorspannung desLagerpaares.

Verdicker

Verdicker und Grundöl sind die Bestandteile vonSchmierfetten. Die häufigsten Verdicker sind Metallsei-fen (z. B. Li-, Ca-) sowie Verbindungen vom Typ Poly-harnstoff, PTFE und Mg-Al-Schichtsilikate.

Verschleiß

Die Gebrauchsdauer der Wälzlager kann außer durchErmüdung durch Verschleiß beendet werden. Dabeiwird das Spiel der Lagerung zu groß. Eine häufige Ursache für Verschleiß sind Fremdkörper,die infolge unzureichender Abdichtung ins Lager gelan-gen und als Schmirgel wirken. Auch bei Mangel-schmierung und verbrauchtem Schmierstoff entstehtVerschleiß. Entscheidend für wenig Verschleiß sindalso gute Schmierung (Viskositätsverhältnis � möglichst> 2) und hohe Sauberkeit im Wälzlager. Bei � ≤ 0,4dominiert der Verschleiß im Lager, wenn er nichtdurch entsprechende Additive (EP-Zusätze) unterbun-den wird.

Verunreinigungskenngröße V

Die Verunreinigungskenngröße V stellt eine feste Be-ziehung her zwischen der in ISO 4406 genormten Öl-reinheitsklasse und der Sauberkeit im Schmierspaltvon Wälzlagern.

Bei der Ermittlung des Faktors a23 und der erreichbarenLebensdauer dient V in Verbindung mit der Belastungs-kennzahl fs* und dem Viskositätsverhältnis � zur Be-stimmung des Sauberkeitsfaktors s.

193 FAG

Umfangslastfür denInnenring

Umfangslastfür denAußenring


FAG 194

V hängt ab vom Lagerquerschnitt (D – d)/2, derBerührungsart im Rollkontakt und insbesondere derÖlreinheitsklasse.

Werden im höchstbeanspruchten Kontaktbereich einesWälzlagers harte Partikel ab einer bestimmten Größeüberrollt, so führen Eindrücke in den Rollkontakt-flächen zu vorzeitiger Werkstoffermüdung. Je kleinerdie Kontaktfläche, desto schädlicher ist die Wirkungeiner bestimmten Partikelgröße. Besonders empfind-lich sind kleine Lager mit Punktberührung.Kleine Lager reagieren also bei gleichem Verschmut-zungsgrad empfindlicher als große und Lager mitPunktberührung (Kugellager) empfindlicher als solchemit Linienberührung (Rollenlager).

Die erforderliche Ölreinheitsklasse nach ISO 4406 isteine objektiv meßbare Größe für den Grad der Ver-

schmutzung eines Schmierstoffs. Zu ihrer Bestim-mung benutzt man die genormte Partikel-Zählmetho-de. Dabei wird die Anzahl aller Partikel > 5µm unddie aller Partikel > 15µm einer bestimmten ISO-Öl-reinheitsklasse zugeordnet. So bedeutet eine Ölrein-heit 15/12 nach ISO 4406, daß je 100 ml Flüssigkeitzwischen 16000 und 32000 Partikel > 5 µm und zwi-schen 2000 und 4000 Partikel > 15 µm vorhandensind. Der Unterschied von einer Klasse zur anderenbesteht in einer Verdoppelung bzw. Halbierung derPartikelzahl.

Insbesondere Partikel mit einer Härte >50 HRC wir-ken sich lebensdauermindernd im Wälzlager aus. Diessind Teilchen aus gehärtetem Stahl, Sand und Schleif-mittelrückstände. Vor allem letztere sind extrem schäd-lich.

Orientierungswerte für V

Punktberührung Linienberührungerforderliche Richtwerte für erforderliche Richtwerte fürÖlreinheits- geeignete Ölreinheits- geeignete

(D-d)/2 V klasse Filterrück- klasse Filterrück-nach ISO 44061) halterate nach ISO 44061) halterate

nach ISO 4572 nach ISO 4572mm

0,3 11/8 �3≥200 12/9 �3≥2000,5 12/9 �3≥200 13/10 �3≥75

≤ 12,5 1 14/11 �6≥75 15/12 �6≥752 15/12 �6≥75 16/13 �12≥753 16/13 �12≥75 17/14 �25≥75

0,3 12/9 �3≥200 13/10 �3≥750,5 13/10 �3≥75 14/11 �6≥75

> 12,5...20 1 15/12 �6≥75 16/13 �12≥752 16/13 �12≥75 17/14 �25≥753 18/14 �25≥75 19/15 �25≥75

0,3 13/10 �3≥75 14/11 �6≥750,5 14/11 �6≥75 15/12 �6≥75

> 20...35 1 16/13 �12≥75 17/14 �12≥752 17/14 �25≥75 18/15 �25≥753 19/15 �25≥75 20/16 �25≥75

0,3 14/11 �6≥75 14/11 �6≥750,5 15/12 �6≥75 15/12 �12≥75

>35 1 17/14 �12≥75 18/14 �25≥752 18/15 �25≥75 19/16 �25≥753 20/16 �25≥75 21/17 �25≥75

Die Ölreinheitsklasse als Maß für die Wahrscheinlichkeit der Überrollung lebensdauermindernder Partikel im Lager kann anhand von Probenz. B. durch Filterhersteller und Institute bestimmt werden. Auf geeignete Probenahme (siehe z. B. DIN 51570) ist zu achten. Auch Online-Meßgeräte stehen heute zur Verfügung. Die Reinheitsklassen werden erreicht, wenn die gesamte umlaufende Ölmenge das Filter in wenigenMinuten einmal durchläuft. Vor Inbetriebnahme der Lagerung ist zur Sicherung guter Sauberkeit ein Spülvorgang erforderlich.Eine Filterrückhalterate �3≥200 (ISO 4572) bedeutet z. B., daß im sog. Multi-Pass-Test von 200 Partikeln ≥ 3 µm nur ein einziges das Filterpassiert. Gröbere Filter als �25≥75 sollen wegen nachteiliger Folgen auch für die übrigen im Ölkreislauf liegenden Aggregate nicht verwendetwerden.1) Es sind nur Partikel zu berücksichtigen, die eine Härte > 50 HRC aufweisen.


195 FAG

Liegt – wie in vielen technischen Anwendungsfällen– der überwiegende Anteil der in Ölproben vorhan-denen Fremdstoffe im lebensdauermindernden Här-tebereich, kann die mit einem Partikelzähler ermit-telte Reinheitsklasse direkt mit den Werten der Ta-belle verglichen werden. Stellt sich jedoch bei derUntersuchung des Filterrückstands nach der Parti-kelzählung heraus, daß es sich z. B. nahezu aus-schließlich um mineralische Verschmutzung wie be-sonders lebensdauermindernden Formsand oderSchleifkörner handelt, sind die Meßwerte um einebis zwei Reinheitsklassen zu erhöhen, bevor die Ver-unreinigungskenngröße V ermittelt wird. Umge-kehrt sollte, wenn vorwiegend weiche Teilchen wieHolz, Fasern oder Farbe im Schmierstoff nachgewie-sen werden, der Meßwert des Partikelzählers entspre-chend verringert werden.

Um die geforderte Ölreinheit zu erzielen, sollte eine bestimmte Filterrückhalterate ßx vorhandensein.

Sie ist das Verhältnis aller Partikel > x µm vor dem Fil-ter zu den Partikeln > x µm nach dem Filter. EineRückhalterate ß3 ≥ 200 bedeutet z. B., daß im sog.Multi-Pass-Test (ISO 4572) von 200 Partikeln ≥ 3 µmnur ein einziges das Filter passieren kann.

Bei Verwendung eines Filters mit einer bestimmtenRückhalterate kann nicht automatisch auf eine Ölrein-heitsklasse geschlossen werden.

Nach derzeitigem Kenntnisstand ist folgende Abstu-fung der V-Werte sinnvoll (die wichtigsten sind fett ge-druckt):

V = 0,3 höchste SauberkeitV = 0,5 erhöhte Sauberkeit V = 1 normale SauberkeitV = 2 mäßig verunreinigter SchmierstoffV = 3 stark verunreinigter Schmierstoff

Bedingungen für höchste Sauberkeit (V = 0,3):

– Lager vom Hersteller gefettet und mit Dicht- oderDeckscheiben gegen Staub abgedichtet (bei dauerfe-ster Auslegung begrenzt meist die Schmierstoffge-brauchsdauer die Lebensdauer)

– Fettschmierung durch den Anwender, der die Lagerunter Einhaltung höchster Sauberkeit in saubereGehäuse einbaut, mit sauberem Fett schmiert undVorkehrungen trifft, daß im Betrieb kein Schmutzins Lager gelangen kann

– Spülen des Ölumlaufsystems vor Inbetriebnahmeder sauber montierten Lager (Einfüllen des neuenÖls über Feinstfilter) und Erhaltung der Ölreinheitwährend der gesamten Betriebszeit

Bedingungen für normale Sauberkeit (V = 1):

– gute, auf die Umgebung abgestimmte Abdichtung– Sauberkeit bei der Montage– Ölreinheit entsprechend V = 1– Einhalten der empfohlenen Ölwechselfristen

Mögliche Ursachen für stark verunreinigten Schmier-stoff (V = 3):

– Gußgehäuse schlecht gereinigt (Rückstände vonFormsand, Partikel aus dem Bearbeitungsprozeß)

– Abrieb verschleißender Bauteile im Ölkreislauf derMaschine

– Eindringen von Fremdpartikeln in das Lager beiunzureichender Abdichtung

– Stillstandskorrosion oder verschlechterte Schmie-rung durch eingetretenes Wasser, auch Kondens-wasser

Viskosität

Die Viskosität ist die grundlegende physikalische Ei-genschaft von Schmierölen, aus der sich die Tragfähig-keit des Ölfilmes im Lager bei flüssiger Reibung ergibt.Sie nimmt mit steigender Temperatur ab und mit fal-lender Temperatur zu (siehe V-T-Verhalten). Dahermuß bei jedem Viskositätswert die Temperatur, auf dieer sich bezieht, angegeben werden. Die Nennviskosität�40 ist die kinematische Viskosität bei 40 ˚C.

SI-Einheiten für die kinematische Viskosität sind m2/sund mm2/s. Die früher gebräuchliche Einheit Centi-stoke (cSt) entspricht der SI-Einheit mm2/s. Die dyna-mische Viskosität ist das Produkt aus der kinemati-schen Viskosität und der Dichte (Dichte von Mine-ralölen: 0,9 g/cm3 bei 15 ˚C).

Viskositäts-Temperatur-Verhalten (V-T-Verhalten)

Mit dem Ausdruck V-T-Verhalten bezeichnet man beiSchmierölen die Änderung der Viskosität mit der Tem-peratur. Man spricht von günstigem V-T-Verhalten,wenn das Öl seine Viskosität mit der Temperatur nichtstark ändert.

Viskositätsverhältnis �

Das Viskositätsverhältnis als Quotient aus Betriebsvis-kosität � und Bezugsviskosität �1 ist ein Maß für dieSchmierfilmbildung im Lager, vgl. Faktor a23.


FAG 196

Winkeleinstellbarkeit

Zum Ausgleich von Fluchtfehlern und Verkippungenverwendet man winkeleinstellbare Lager, sog. Pendel-lager.

X-Anordnung

Werden zwei Schräglager spiegelbildlich so eingebaut,daß die Druckkegelspitze des linken Lagers nach rechtsund die des rechten Lagers nach links zeigt, dannspricht man von X-Anordnung.

Bei der X-Anordnung erzielt man die Lagerluft durchAnstellen eines Außenrings. Er soll Punktlast haben,weil er als verschiebbarer Ring nicht fest gepaßt wer-den kann (Passungen). Die X-Anordnung wendet mandeshalb an, wenn der Außenring Punktlast hat oderwenn es einfacher ist, den Außenring anzustellen alsden Innenring. Dabei wird in Kauf genommen, daßdie Stützbasis nicht so groß ist wie bei der O-Anord-nung.

Zerlegbare Lager

Als zerlegbar bezeichnet man Wälzlager, deren beideRinge getrennt eingebaut werden können. Bei festerPassung für beide Lagerringe ist das von Vorteil.

Zerlegbar sind z. B. Vierpunktlager, Zylinderrollen-lager, Kegelrollenlager, Axial-Rillenkugellager, Axial-Zylinderrollenlager und Axial-Pendelrollenlager.

Nicht zerlegbar sind dagegen z. B. Rillenkugellager,einreihige Schrägkugellager, Pendelkugellager, Ton-nenlager und Pendelrollenlager.

Zusätze

vgl. Additive

MAT

NR

WL

00

20

0/5

DA

/ 2

011

075

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Ausgabe: 2011, Juli

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Die Gestaltung von Wälzlagerungen - · PDF file27 Stirnradgetriebe für ein Reversier- ... die Anforderungen nach DIN 43283 „Zylinderrollenlager für elektrische Maschinen in Elektrofahrzeugen“