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Die Gestaltung von Wälzlagerungen PDF 3/8: Bearbeitungsmaschinen für nichtmetallische Werkstoffe Stationäre Getriebe Kraftfahrzeuge Wälzlager FAG OEM und Handel AG Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

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Die Gestaltung von WälzlagerungenPDF 3/8:Bearbeitungsmaschinen für nichtmetallische WerkstoffeStationäre GetriebeKraftfahrzeuge

Wälzlager

FAG OEM und Handel AG Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

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Die Gestaltung vonWälzlagerungen

Konstruktionsbeispiele aus dem Maschinen-, Fahrzeug- und Gerätebau

Publ.-Nr. WL 00 200/5 DA

FAG OEM und Handel AGEin Unternehmen der FAG Kugelfischer-Gruppe

Postfach 1260 · D-97419 SchweinfurtTelefon (0 97 21) 91-0 · Telefax (0 97 21) 91 34 35Telex 67345-0 fag dhttp://www.fag.de

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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.

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Inhalt

Beispiel Titel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .PDF

BEARBEITUNGSMASCHINEN FÜR NICHTMETALLISCHE WERKSTOFFE

23 Spindel einer Tischfräse . . . . . . . . . . . . . . 3/824 Doppelwellen-Kreissäge . . . . . . . . . . . . . . 3/825 Walzen eines Kunststoffkalanders . . . . . . 3/8

STATIONÄRE GETRIEBE26 Stufenlos regelbares Getriebe . . . . . . . . . . 3/827 Stirnradgetriebe für ein Reversier-

Walzgerüst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/828 Schiffsgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/829 Kegelrad-Stirnradgetriebe . . . . . . . . . . . . 3/830 Zweistufiges Stirnradgetriebe . . . . . . . . . . 3/831 Schneckengetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/8

KRAFTFAHRZEUGESchaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/8

32 Pkw-Schaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/833 Lkw-Schaltgetriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/8

Achsantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/8

34 Pkw-Hinterachsantrieb . . . . . . . . . . . . . . 3/8

Räder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/8

35 Angetriebenes und gelenktes Vorderradeines Pkw mit Frontantrieb . . . . . . . . . . . 3/8

36 Angetriebenes und nicht gelenktes Hinterrad eines Pkw mit Heckantrieb . . . 3/8

37 Angetriebenes und nicht gelenktes Hinterrad eines Lkw mit Heckantrieb . . . 3/8

38 Lkw-Lenkzapfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/839 Federbein für Pkw-Vorderachse . . . . . . . . 3/8

Weitere Lagerungen

40 Wasserpumpe für Pkw- und Lkw-Motoren . . . .3/841 Riemenspannrolle für Pkw-Motoren . . . . 3/8

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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).

Dimensionierung der Lager

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.

Schmierung, Abdichtung

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.

Bearbeitungstoleranzen

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)

23: Spindellagerung einer Tischfräse

Arbeitsseite

Antriebsseite

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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.

Bearbeitungstoleranzen

Wellentoleranz js5Gehäusetoleranz JS6

Schmierung, Abdichtung

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.

24: Lagerung einer Doppelwellen-Kreissäge

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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.

Walzenanordnung 1 bis 4

1 2

3

4

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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.

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

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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: Stirnradgetriebe für ein Reversier-Walzgerüst

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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.

Dimensionierung der Lager

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.

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

Belastung lebensdauer k= a23 = bei höchsterP fL Lh n/n1 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

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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.

28: Lagerung eines Schiffsgetriebes

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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: n40 = 100 mm2/sBetriebstemperatur: t = 50 °CBetriebsviskosität: n = 58 mm2/sPendelrollenlager 23248B (Nr. 3):C = 2450 kN; C0 = 4250 kN; n = 750 min-1;dm = (440 + 240)/2 = 340 mmBezugsviskosität: n1 = 9,2 mm2/sViskositätsverhältnis: n/n1 = 6,3

Axial-Pendelrollenlager 29464E (Nr. 9):C = 4300 kN; C0 = 15 600 kN; n = 209 min-1;dm = (580 + 320)/2 = 450 mmBezugsviskosität: n1 = 23 mm2/sViskositätsverhältnis: k = n/n1 = 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 k 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 k 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.

Bearbeitungstoleranzen

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.

Schmierung, Abdichtung

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.

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29 Kegelrad-Stirnradgetriebe

Technische Daten

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

Lagerwahl, Dimensionierung

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.

Bearbeitungstoleranzen

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

Schmierung, Abdichtung

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 Wellen-durchgängen sind Wellendichtringe angeordnet.

29: Kegelrad-Stirngetriebe

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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.

30: Zweistufiges Stirnradgetriebe

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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

Schmierung, Abdichtung

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.

31: Schneckengetriebe

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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 aE) und die Axialkraft(Fa = Ft · tan b). 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

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(V = 0,5) oder sogar höchste Sauberkeit (V = 0,3) er-reicht werden. Hiermit erhält man bei einem Visko-sitätsverhältnis von k = 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.

Bearbeitungstoleranzen

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.

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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

32: Pkw-Schaltgetriebe

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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.

33: 16-Gang-Lkw-Schaltgetriebe

Splitgruppe Viergangteil mit R-Gang Bereichsgruppe

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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.

Dimensionierung der Lager

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.

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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.

34: Pkw-Hinterachsantrieb

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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)

Dimensionierung der Lager

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.

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Schmierung, Abdichtung

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.

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

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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.

Bearbeitungstoleranzen

Die Lagerinnenringe und der Außenring werden festgepaßt.

36: Pkw-Hinterrad

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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.

Bearbeitungstoleranzen

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.

37: Lkw-Hinterrad

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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.

38: Lkw-Lenkzapfen

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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.

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

a b

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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.

Schmierung, Abdichtung

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.

40: Wasserpumpen-Lagerungseinheit für einen Lkw-Motor

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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.

41: Riemenspannrolle für Pkw-Motoren