Berechnung des Lagerdrehmoments bei Konstantquerschnittslagern: Was ändert sich nach dem Einbau?

Einleitung

Warum dreht sich ein Wälzlager mit konstantem Querschnitt vor der Montage leichtgängig, nach dem Einbau jedoch mit deutlich höherem Drehmoment?

Dies ist ein typisches konstruktives Thema bei Präzisionsdrehtischen, Roboterachsen, Halbleiteranlagen, Medizingeräten und kompakten Motion-Control-Systemen.

Wälzlager mit konstantem Querschnitt, häufig auch als Dünnringlager eingeordnet, behalten innerhalb derselben Baureihe bei unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern einen festen radialen Querschnitt bei. Ihre kompakte Bauweise reduziert Gewicht und Einbauraum. Die vergleichsweise dünnen Ringe machen sie jedoch empfindlich gegenüber den Montagebedingungen.

Selbst bei einwandfreier Fertigung des Lagers können Änderungen an Wellenübermaß, Gehäusegeometrie, Vorspannung, Schmierung oder Betriebstemperatur das eingebaute Reibmoment erheblich beeinflussen.

Laut den technischen Hinweisen von Kaydon Bearings, einer Marke der SKF-Gruppe, reagieren Dünnringlager besonders empfindlich auf Wellen- und Gehäusesitze, da sich ihre Ringe an die Geometrie der umliegenden Bauteile anpassen können. Eine unsachgemäße Montage kann die Reibung erhöhen, das innere Spiel verändern und die Lagerleistung beeinträchtigen.

Dieser Beitrag erläutert, wie das Lagerdrehmoment abgeschätzt wird, was sich nach der Montage verändert, wie das tatsächliche Laufdrehmoment gemessen wird und welche Anwendungsdaten bei einer Lageranfrage bereitzustellen sind.

Die drei unterschiedlichen Drehmomentarten verstehen

Vor jeder Berechnung müssen Ingenieure drei häufig verwechslte Größen klar unterscheiden: Lagerreibmoment, Motordrehmoment und Kippmoment.

Obwohl sich alle drei in Newtonmetern (N·m) angeben lassen, beschreiben sie unterschiedliche physikalische Wirkungen.

Lagerreibmoment

Das Lagerreibmoment ist der beim Lauf im Lager entstehende Drehwiderstand.

Es entsteht durch Roll- und Gleitkontakt, Scherung des Schmierstoffs, Dichtungsreibung sowie weitere innere Reibmechanismen.

Das Lagerreibmoment beeinflusst direkt:

• den Leistungsbedarf des Motors

• den Anlauf- und Laufwiderstand

• die Wärmeentwicklung

• die Positioniergenauigkeit und die Bewegungsstabilität

• Regelverhalten bei niedrigen Drehzahlen

• Gesamtsystemwirkungsgrad

Bei Präzisionslagern mit konstantem Querschnitt kann das Reibmoment ein wichtiges Auslegungskriterium sein, insbesondere wenn die Anwendung einen ruhigen Lauf oder ein antriebsschwaches System mit geringem Drehmoment erfordert.

Motorausgangsdrehmoment

Das Motorausgangsdrehmoment ist das Drehmoment, das ein Motor oder Stellantrieb an ein mechanisches System abgibt.

Im Gegensatz zum Lagerreibungsmoment müssen dabei alle relevanten Lasten berücksichtigt werden, die auf den Antriebsstrang einwirken.

Für ein direkt angetriebenes Rotationssystem ergibt sich vereinfachtermaßen folgende Drehmomentbilanz:

Ein Kippmoment ist nicht mit dem Reibmoment gleichzusetzen. Es verändert vielmehr die Lastverteilung innerhalb des Lagers und kann dadurch Kontaktspannung, Verformung und Reibung beeinflussen.

Ein Vierpunktlager in Dünnringausführung kann Kombinationen aus radialen, axialen und Momentenlasten aufnehmen; seine Eignung muss jedoch anhand der anwendungsspezifischen Grenzwerte des Herstellers geprüft werden.

Vergleich der drei drehmomentbezogenen Größen

Diese Größen dürfen trotz gleicher Einheit keinesfalls als austauschbar betrachtet werden.

Wie wird das Reibmoment bei einem Lager mit konstantem Querschnitt berechnet?

Das Reibmoment eines Lagers hängt nicht nur von der aufgebrachten Last und dem Lagerdurchmesser ab.

Eine realistische Abschätzung sollte Kontaktmechanik, Schmierung, Dichtungen, Betriebsdrehzahl und den eingebauten Innenzustand berücksichtigen.

SKFs Modell des Reibmoments

SKF stellt ein detailliertes Reibungsmodell bereit, das die unterschiedlichen Widerstandsursachen in Wälzlagern getrennt erfasst.

Eine veröffentlichte SKF-Formulierung lautet:

Diese Formulierung verdeutlicht, warum sich das Lagermoment nicht allein aus der Radiallast präzise vorhersagen lässt. Außerdem zeigt sie, dass sich der Beitrag der einzelnen Mechanismen je nach Lagerbauart und Betriebsbedingungen verändert.

Technische Einschränkung: Das Modell von SKF ist eine herstellerspezifische ingenieurtechnische Methode. Seine Koeffizienten, lagerspezifischen Parameter und berechneten Ergebnisse dürfen nicht ohne Validierung direkt auf LILY Lager übertragen werden. Die Gleichung wird hier zur Erläuterung der physikalischen Reibungsursachen dargestellt und nicht als veröffentlichte LILY-Berechnung des Drehmoments oder als Prüfergebnis.

Rollreibung

Die Rollreibung steht im Zusammenhang mit den Wälzkörpern, die durch belastete Kontaktzonen laufen, sowie mit dem Verformungs- und Schmierverhalten dieser Kontaktstellen.

Ihr Ausmaß hängt ab von:

• Lagergeometrie und Kugeldurchmesser

• Kontaktwinkel

• Innere Lastverteilung

• Radial- und Axiallasten

• Vorspannung

• Schmierstoffeigenschaften

• Betriebsdrehzahl und Temperatur

Eine Erhöhung der wirksamen Belastung der Wälzkörper führt in der Regel zu einem höheren Wälzwiderstand, auch wenn sich die Drehmomentreaktion insgesamt deutlich komplexer darstellen kann.

Gleitreibung

Gleitreibung kann sowohl durch Relativgleiten in den Wälzkontakten als auch zwischen den Wälzkörpern und den Käfigflächen entstehen.

Das Ausmaß des Gleitens hängt von der Innengeometrie des Lagers, den Kontaktbedingungen, der Betriebsbelastung und der Drehzahl ab.

Bei Anwendungen mit besonders geringem Reibmoment verdienen die Lagerausführung und die inneren Kontaktbedingungen besondere Beachtung.

Dichtungsreibung

Kontaktabdichtungen können einen zusätzlichen Rotationswiderstand verursachen.

Die Dichtungsreibung hängt von Faktoren wie Lippengeometrie, Anpressdruck, Werkstoff, Temperatur, Schmierung und Drehzahl ab.

Nicht berührende Deckscheiben oder Labyrinthausführungen können den direkten Reibwiderstand der Dichtung verringern; ihre Schutzwirkung gegen Verunreinigungen und ihre Schmierstoffrückhaltefähigkeit unterscheiden sich jedoch von denen berührender Dichtungen.

Bei einem Lager mit berührenden Dichtungen darf nicht davon ausgegangen werden, dass es dasselbe Reibmoment aufweist wie ein ansonsten vergleichbares offenes Lager.

Schmierstoffbedingter Widerstand

Schmierstoffbedingte Verluste können durch Fluidreibung, Umlaufverluste und andere Bewegungen des Schmierstoffs entstehen.

Zu den relevanten Parametern zählen:

• Grundölviskosität

• Fettzusammensetzung

• Fettfüllmenge

• Schmierverfahren

• Betriebstemperatur

• Drehzahl

• Innere Lagergeometrie

Auch das Reibungsverhalten fettgeschmierter Lager kann sich während der Einlaufphase verändern, da sich das Fett neu verteilt.

Aus diesem Grund sollten Anlaufmoment, Einlaufmoment und stationäres Laufmoment getrennt bewertet werden, wenn die Anwendung eine enge Drehmomentregelung erfordert.

Warum ändert sich das Lagermoment nach dem Einbau?

Ein Thin-Section-Lager kann als Einzelkomponente eine geringe Reibung aufweisen, nach dem Einbau jedoch einen höheren Drehwiderstand entwickeln.

Diese Abweichung ist nicht zwangsläufig ein Hinweis auf ein defektes Lager.

Der Einbau verändert die mechanischen Randbedingungen des Lagers. Insbesondere können sich Ringgeometrie, Innenspiel, Vorspannung, Ausrichtung und Lastverteilung verändern.

Die folgenden Faktoren sollten überprüft werden.

Passungen von Welle und Gehäuse

Einer der wichtigsten Faktoren ist die Passung zwischen den Lagerringen und den anschließenden Bauteilen.

Eine Übermaßpassung kann einen dünnen Lagerring verformen und das radiale Innenspiel verringern.

Ist die Verringerung des Spiels zu groß, kann das Lager eine unbeabsichtigte Vorspannung aufbauen, was das Reibmoment erhöht.

Umgekehrt kann ein zu großes Spiel zwischen Lagerring und Auflagefläche Bewegungen, Kriechen oder eine instabile Abstützung ermöglichen.

Da Thin-Section-Lager über vergleichsweise flexible Ringe verfügen, können sich ihre Einbaubedingungen von denen herkömmlicher Rillenkugellager unterscheiden.

Kaydon betont ausdrücklich die Bedeutung geeigneter Wellen- und Gehäusepassungen, damit Thin-Section-Lager nach dem Einbau nicht radial verspannt werden.

Die geeignete Passung hängt von Lagerbauart, drehendem Ring, Lastrichtung, Werkstoffen der Einbauteile, Temperatur und den Maßempfehlungen des Herstellers ab.

Rundheit von Welle und Gehäuse

Thin-Section-Lagerringe können sich der Form von Welle oder Gehäuse anpassen.

Ist die Welle unrund oder die Gehäusebohrung verformt, kann das eingebaute Lager seine vorgesehene Laufbahngeometrie nicht mehr aufrechterhalten.

Mögliche Folgen sind:

• Ungleichmäßige Belastung der Wälzkörper

• Lokale Erhöhungen der Kontaktspannung

• Höheres und stärker schwankendes Reibmoment

• Erhöhte Schwingungen

• Geringere Rundlaufgenauigkeit

Eine Verformung des Gehäuses kann auch durch ungleichmäßige Verspannung, unzureichende strukturelle Steifigkeit oder Bearbeitungsungenauigkeiten entstehen.

Die Montagehinweise von Kaydon heben die Rundheit von Welle und Gehäuse sowie die Ebenheit der Lagersitzflächen als kritische Montageparameter hervor.

Vorspannung

Die Vorspannung ist eine gezielt eingebrachte innere Last, die das Spiel reduziert oder vollständig eliminiert und die Lagersteifigkeit erhöht.

In Präzisionsanwendungen kann die Vorspannung die Positionsstabilität verbessern und unerwünschte Bewegungen verringern.

Gleichzeitig erhöht die Vorspannung jedoch die Belastung der Wälzkontakte.

Folglich führt eine höhere Vorspannung in der Regel zu einem höheren Reibmoment.

Daraus ergibt sich ein wichtiger konstruktiver Zielkonflikt:

Eine höhere Vorspannung kann die Steifigkeit verbessern, erhöht jedoch auch Reibung, Wärmeentwicklung und den erforderlichen Motordrehmomentbedarf.

Bei drehmomentsensiblen Anwendungen sollte die Vorspannung entsprechend der erforderlichen Steifigkeit und den Betriebsbelastungen ausgewählt und nicht unnötig maximiert werden.

Die technischen Hinweise von Kaydon bestätigen diesen Zusammenhang zwischen Vorspannung, Steifigkeit und Reibmoment.

Betriebstemperatur und Wärmeausdehnung

Die Temperatur kann sowohl die innere Geometrie des Lagers als auch das Verhalten des Schmierstoffs verändern.

Besonders wichtig ist dieser Effekt, wenn Welle und Gehäuse aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sind.

Beispielsweise können sich ein Aluminiumgehäuse und Stahllager­ringe unterschiedlich stark ausdehnen.

Dadurch können sich im Betrieb Passung und Innenluft wirksam verändern.

Ein vereinfachter Zusammenhang der Wärmeausdehnung lautet:

Diese Gleichung beschreibt die freie Wärmeausdehnung. Sie erlaubt jedoch keine alleinige Vorhersage der eingebauten Lagerluft, da auch zwangsbeanspruchte Bauteile und Temperaturgradienten berücksichtigt werden müssen.

Die Temperatur verändert zudem die Viskosität des Schmierstoffs, wodurch sich Wälz-, Gleit- und schmierungsbedingte Widerstände ändern können.

Ein bei Raumtemperatur gemessener Drehmomentwert bildet daher die Leistungscharakteristik des Lagers bei seiner tatsächlichen Betriebstemperatur nicht zwingend ab.

Schmierbedingungen

Zwei baugleiche Lager können bei unterschiedlichem Schmierstoff oder abweichender Füllmenge unterschiedliche Reibmomente aufweisen.

Fettgeschmierte Lager können insbesondere zu Beginn einen erhöhten Anlaufwiderstand zeigen, wenn überschüssiges Fett sich erst im Betrieb verteilen muss.

Auch die Ölschmierung beeinflusst das Drehmoment über Viskosität, Filmaufbau und Strömungswiderstand.

SKF erläutert, dass sich die Reibung mit Drehzahl und Schmierregime verändert, einschließlich Grenzschmierung, Mischreibung und Vollfilmerschmierung.

Für aussagekräftige Drehmomentvergleiche müssen Schmierstoffart, Viskosität, Menge und Konditionierungshistorie kontrolliert werden.

Dichtungen und äußerer Kontakt

Dichtungen können bei Lageranordnungen mit niedrigem Drehmoment eine wesentliche Widerstandsquelle darstellen.

Das Gesamtdrehmoment eines eingebauten Systems kann sowohl die Reibung der integrierten Lagerdichtung als auch externer Dichtungskomponenten umfassen.

Ingenieure sollten diese Anteile getrennt betrachten, um Doppelzählungen zu vermeiden und externe Widerstände nicht fälschlich dem Lager zuzuordnen.

Klemmkraft und Montageausrichtung

Unsachgemäße Anzugsverfahren können die Lagerabstützung verformen.

Bei Dünnringlagern kann eine ungleichmäßige Klemmung zu einer inhomogenen Ringverformung und zu veränderten inneren Belastungsverhältnissen führen.

Zu den empfohlenen Montagepraktiken gehören fachgerecht ausgelegte Stirnklemmungen, die Kontrolle der Geometrie der Montageflächen sowie das gleichmäßige Anziehen der Befestigungselemente.

Kaydon empfiehlt ein sternförmiges Anzugsverfahren, um die Klemmkraft gleichmäßiger zu verteilen.

Wie beeinflussen Lagertyp und Kontaktkonfiguration das Drehmoment?

Lager mit konstantem Querschnitt sind in verschiedenen inneren Kontaktkonfigurationen erhältlich.

Die geeignete Ausführung hängt von Richtung und Größe der auftretenden Lasten ab.

Radialkontaktlager – Typ C

Sie sind in erster Linie für radiale Belastung ausgelegt. Je nach Ausführung und internem Lagerspiel können sie auch begrenzte axiale Lasten aufnehmen. Das Drehmoment hängt von der tatsächlichen Belastung und den Montagebedingungen ab.

Schrägkugellager – Typ A

Sie sind für kombinierte Belastungen mit Axiallast in nur einer Richtung je Lager ausgelegt. Häufig werden sie als abgestimmtes oder gegensinnig angeordnetes Paar montiert, wobei Vorspannung und Anordnung das Drehmoment beeinflussen.

Vierpunktlager – Typ X

Sie können Kombinationen aus radialen, beidseitigen axialen und Kippmomentlasten aufnehmen. Ihr Kontaktverhalten und ihre Reibungseigenschaften unterscheiden sich von radialen oder schrägkontaktierenden Ausführungen.

Die Auswahl der Kontaktkonfiguration sollte auf dem vollständigen Lastkollektiv der Anwendung basieren und nicht allein auf dem Reibdrehmoment.

Kaydon weist darauf hin, dass Vierpunktlager unter den relevanten Bedingungen in der Regel höhere Reibung aufweisen als vergleichbare radiale oder schrägkontaktierende Ausführungen. Dies ist jedoch kein allgemeingültiger Zahlenvergleich und darf nicht zur Vorhersage des Drehmoments eines bestimmten LILY Bearing verwendet werden.

Welche Informationen sind für die Abschätzung des Lagerdrehmoments erforderlich?

Eine belastbare Drehmomentabschätzung setzt genaue Betriebsdaten voraus.

Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten technischen Eingangsdaten zusammen.

Unvollständige Eingaben können zu einer Schätzung führen, die das verbaute Lager nicht realistisch abbildet.

Ein auf Nennradiallast und Drehzahl basierender berechneter Drehmomentwert kann beispielsweise eine Anwendung mit erheblichem Kippmoment, unkontrollierter Montageverzerrung und temperaturabhängiger Vorspannung nicht vollständig abbilden.

Ein praxisorientiertes, schrittweises Verfahren zur Abschätzung des Lagerdrehmoments

Für die Vorplanung bietet das folgende Verfahren einen strukturierten Ansatz.

Schritt 1: Lagergeometrie und Kontaktart bestimmen

Erfassen Sie die Lagerabmessungen und die interne Ausführung.

Die Kontaktgeometrie des Lagers bestimmt, wie sich die einwirkenden Lasten auf die Wälzkörper verteilen.

Bei paarweise angeordneten Schrägkugellagern sind Anordnung, Lagerabstand und Vorspannmethode zu berücksichtigen.

Schritt 2: Vollständigen Lastfall festlegen

Ermitteln Sie die auf die Lagereinheit wirkende Radiallast, Axiallast und das Kippmoment.

Geben Sie nach Möglichkeit die tatsächlichen Kraftvektoren und ihre Angriffspunkte an.

Der anspruchsvollste Drehmomentfall entspricht nicht zwangsläufig allein der höchsten Radiallast.

Schritt 3: Eingebauten inneren Zustand bestimmen

Prüfen Sie das nominelle Lagerspiel bzw. die Vorspannung zusammen mit den Passungen von Welle und Gehäuse.

Berücksichtigen Sie Ringverformung, Verspannung und thermische Ausdehnung.

Der eingebaute Innenzustand kann erheblich vom Freistatus des Lagers abweichen.

Schritt 4: Schmierung und Betriebsdrehzahl festlegen

Geben Sie das tatsächliche Schmiermittel und die Betriebsviskosität an.

Verwenden Sie die vorgesehene Betriebsdrehzahl und Temperatur und nicht nur die maximalen Katalogwerte.

Ermitteln Sie, sofern anwendbar, mehrere Betriebspunkte, um das Verhalten bei niedriger und hoher Drehzahl abzubilden.

Schritt 5: Reibungsanteile abschätzen

Verwenden Sie nach Möglichkeit ein lagerspezifisches, validiertes Reibungsmodell.

Als ingenieurtechnisches Berechnungsschema:

Dieser vereinfachte Ausdruck macht die maßgeblichen Widerstandsmechanismen sichtbar. Er ersetzt jedoch kein validiertes Modell mit den erforderlichen Kontaktmechaniken und Betriebskorrekturen.

Die detaillierte Methodik von SKF kann herangezogen werden, um den Aufbau eines Reibungsmodells zu verstehen; SKF-spezifische Koeffizienten dürfen jedoch nicht als Produktdaten von LILY Bearing dargestellt werden.

Schritt 6: Leistungsverlust berechnen

Sobald das Reibungsmoment abgeschätzt wurde, lässt sich der rotatorische Leistungsverlust berechnen:

Dies bedeutet, dass durch den modellierten rotatorischen Widerstand rund 6,28 W mechanische Leistung umgesetzt werden.

Dies ist ausschließlich eine Beispielrechnung. Der Drehmomentwert von 0,20 N·m ist angenommen und stellt weder einen gemessenen noch einen garantierten Wert für ein LILY Bearing dar.

Schritt 7: Schätzung mit dem Lieferanten abstimmen

Bevor der geschätzte Wert für die endgültige Motorauswahl oder für Abnahmekriterien herangezogen wird, sollte eine technische Prüfung durch den Lagerlieferanten angefordert werden.

Der Lieferant sollte bestätigen, ob die vorgeschlagene Lagerausführung und die Einbaubedingungen für die Anwendung geeignet sind.

Wie lässt sich das Lagerdrehmoment nach dem Einbau messen?

Die zuverlässigste Methode zur Ermittlung des eingebauten Reibungsmoments besteht darin, es unter kontrollierten, praxisnahen Betriebsbedingungen zu messen.

Das Prüfverfahren muss jedoch sorgfältig ausgewählt werden.

Messung des Anlaufmoments

Das Anlaufmoment beschreibt das Drehmoment, das erforderlich ist, um aus dem Stillstand eine Drehbewegung einzuleiten.

Ein geeignetes Prüfaufbau kann einen kalibrierten Drehmomentaufnehmer oder eine definierte Kraft vorsehen, die an einem bekannten Radius angreift.

Bei der Messung über eine Tangentialkraft:

Für genaue Ergebnisse müssen der Widerstand der Aufnahme und andere äußere Lasten ausgeschlossen oder gesondert berücksichtigt werden.

Das Anlaufmoment sollte bei definierter Temperatur, Stillstandszeit, Schmierzustand und Drehrichtung erfasst werden.

Der maximale Losbrechwert darf nicht mit dem stabilisierten Laufmoment verwechselt werden.

Messung des Laufmoments

Das Laufmoment wird gemessen, während das Lager mit einer definierten Drehzahl rotiert.

Ein typischer Prüfaufbau umfasst:

• Eine geregelte Antriebsquelle

• Einen kalibrierten Drehmomentaufnehmer

• Eine praxisgerechte Lageraufnahme

• Eine definierte radiale und axiale Belastungseinrichtung

• Temperaturüberwachung

• Drehzahlmessung und Datenerfassung

Das gemessene Drehmoment kann während der Rotation schwanken.

Daher gehören zu den aussagekräftigen Berichtskenngrößen das mittlere Drehmoment, das maximale Drehmoment, das minimale Drehmoment sowie die Drehmomentstreuung über ein definiertes Intervall.

Drehmomentprüfung im Freilaufzustand gegenüber der eingebauten Prüfung

Um den Einfluss der Montage zu bestimmen, vergleichen Sie das Lager unter zwei Bedingungen.

Auch eine Prüfung im Freilaufzustand erfordert eine kontrollierte Vorrichtung, die das Lager stützt, ohne unkontrollierte Verformungen oder parasitäre Reibung zu verursachen.

Um den Einfluss der Montage eindeutig zu isolieren, sollten die übrigen Prüfparameter unverändert bleiben.

Empfohlene Prüfsequenz

Ein kontrollierter Prüfplan sollte außerdem Drehrichtung, Beschleunigung, Verweilzeit, Einlaufverfahren, Abtastrate sowie festlegen, ob das angegebene Drehmoment als Spitzen- oder Mittelwert ausgewiesen wird.

Allein der Motorstrom reicht in der Regel nicht aus, um das Lager-Reibmoment zu bestimmen, sofern Motor und Antriebstrang nicht entsprechend kalibriert und andere Verluste nicht berücksichtigt wurden.

Warum können Anlauf- und Laufdrehmoment unterschiedlich sein?

Anlaufdrehmoment und Laufdrehmoment beschreiben unterschiedliche Betriebszustände.

Im Stillstand unterscheiden sich Schmierstoffverteilung und Kontaktverhältnisse von denen bei kontinuierlicher Rotation.

Mit Beginn der Rotation bilden sich Schmierfilme, und das Fett kann sich neu verteilen.

In der Folge kann das Drehmoment während des Übergangs vom Stillstand in den stationären Betrieb variieren.

Das SKF-Reibungsmodell beschreibt unterschiedliche Schmierregime und deren Zusammenhang mit Drehzahl und Viskosität. Zudem legt es die Bedingungen fest, unter denen die Referenzberechnungen anwendbar sind.

Für Fettschmierung nennt das zitierte SKF-Dokument stationäre Betriebsbedingungen als wesentliche Annahme.

Daher sollte ein stationäres Modell nicht ohne Weiteres zur Vorhersage des Kaltstartdrehmoments oder des anfänglichen Fettwiderstands herangezogen werden.

Für Anwendungen wie Roboterachsen und Präzisionspositioniersysteme sollten Ingenieure Folgendes berücksichtigen:

• Losbrechmoment nach einer definierten Stillstandszeit

• Betriebsmoment bei minimaler Betriebsgeschwindigkeit

• Betriebsmoment bei Nenngeschwindigkeit

• Spitzenmoment während der Beschleunigung

• Moment nach thermischer Stabilisierung

• Drehmomentschwankungen beim Richtungswechsel oder bei oszillierender Bewegung

Ein einzelner Drehmomentwert reicht unter Umständen nicht aus, um die Leistungsfähigkeit des Lagers angemessen zu charakterisieren.

Ursachensuche bei überhöhtem Drehmoment nach der Montage

Wenn das Drehmoment im eingebauten Zustand die Erwartungen übersteigt, sollten Ingenieure das System systematisch analysieren, anstatt das Lager sofort auszutauschen.

Dies sind Diagnoseansätze, jedoch keine abschließenden Fehlerdiagnosen.

Bei Dünnringlagern sollten Wellen- und Gehäusegeometrie frühzeitig geprüft werden, da Ringverformungen das Einbauverhalten deutlich beeinflussen können.

Was sollte mit dem Wälzlagerlieferanten geprüft werden?

Eine ingenieurmäßige Abschätzung ist für die erste Auswahl hilfreich, darf jedoch nicht als garantierter Einbautorque-Wert verstanden werden.

Am wirkungsvollsten ist es, die Anwendung in einer klar definierten Reihenfolge zu prüfen.

• Erstens: Die Eignung des Lagers bestätigen.

  Prüfen Sie Lagerabmessungen, Kontaktart, Tragfähigkeit, Drehzahlgrenze und die grundsätzliche Anwendungsverträglichkeit.

• Zweitens: Den eingebauten Innenzustand beurteilen.

  Stellen Sie Passungen von Welle und Gehäuse, Werkstoffe, Betriebstemperaturen, internes Spiel, Vorspannung und Montagegeometrie sicher.

• Drittens: Die vorläufige Drehmomentabschätzung überprüfen.

  Ermitteln Sie die Berechnungsmethodik, die Annahmen, fehlende Eingangsgrößen und die zu erwartende Unsicherheit.

• Viertens: Ein repräsentatives Prüfverfahren festlegen.

  Stimmen Sie Messausrüstung, Prüfaufbau, Betriebsbedingungen und Dokumentationsanforderungen miteinander ab.

• Schließlich: Abnahmekriterien festlegen.

  Legen Sie fest, ob das maximale Anfahrdrehmoment, das mittlere Laufdrehmoment, das Drehmomentwelligkeit oder ein anderer messbarer Kennwert erforderlich ist.

Wenn ein garantierter Drehmomentgrenzwert erforderlich ist, sollten Lieferant und Kunde das Abnahmeverfahren vor der Bestellung gemeinsam festlegen.

Dies ist insbesondere bei kundenspezifischen Lagern und Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Bewegungsregelung von Bedeutung.

Häufig gestellte Fragen zum Drehmoment von Lägern mit konstantem Querschnitt

Frage 1: Warum lässt sich ein Lager mit konstantem Querschnitt nach der Montage schwerer drehen?

Zu den häufigsten Prüfpunkten zählen Wellen- und Gehäusepassungen, Montagespannungen, unbeabsichtigte Vorspannung und Änderungen der Ausrichtung. Da Lager mit konstantem Querschnitt dünnwandige Ringe besitzen, kann ihre Innengeometrie empfindlich auf die umliegende Konstruktion reagieren.

Frage 2: Lässt sich das Lagerreibungsmoment allein anhand der Radialbelastung und der Drehzahl berechnen?

Für eine Präzisionsanwendung ist das nicht zuverlässig möglich. Schmierung, Dichtungen, Lagergeometrie, Axiallast, Vorspannung, Temperatur und Montagebedingungen können das Drehmoment jeweils beeinflussen. Eine vereinfachte Berechnung kann für die erste Vorauswahl nützlich sein, darf jedoch nicht als Garantie für das Einbaudrehmoment gelten.

Frage 3: Führt eine höhere Vorspannung immer zu einem höheren Lagerreibungsmoment?

Eine höhere Vorspannung erhöht in der Regel die Kontaktbelastung und das Reibmoment, der genaue Zusammenhang hängt jedoch von Lagergeometrie, Schmierung, Temperatur und Betriebsbedingungen ab. Die Vorspannung muss stets im Einklang mit Anforderungen an Steifigkeit und Lebensdauer optimiert werden.

Frage 4: Ist das Kippmoment dasselbe wie das Lagerreibmoment?

Nein. Das Kippmoment ist eine äußere Last, die dazu neigt, die Lagereinheit zu verkippen. Das Lagerreibmoment ist der Widerstand gegen die Drehbewegung. Ein Kippmoment kann das Reibmoment indirekt beeinflussen, indem es die innere Lastverteilung verändert.

Frage 5: Können Reibungskoeffizienten für SKF-Lager auf LILY Bearing angewendet werden?

Die veröffentlichten Modelle von SKF können als fachliche Referenz für die Konstruktion herangezogen werden. Herstellerspezifische Koeffizienten und Ergebnisse sollten jedoch nicht ohne Weiteres auf LILY Bearing übertragen werden. Produktspezifische Berechnungen erfordern die entsprechenden Konstruktionsdaten und eine Validierung.

Frage 6: Sollte das Lagerdrehmoment vor oder nach dem Einbau gemessen werden?

Beide Messungen können wertvoll sein. Eine kontrollierte Messung vor der Montage liefert einen Referenzwert, während die Messung im eingebauten Zustand die Auswirkungen von Passungen, Vorspannung, Klemmung und Umfeldkonstruktion bewertet. Bei kritischen Anwendungen wird eine Prüfung unter repräsentativen Last- und Temperaturbedingungen empfohlen.

Frage 7: Wie können Ingenieure ein zu hohes eingebautes Lagerdrehmoment reduzieren?

Mögliche Maßnahmen sind die Korrektur von Wellen- und Gehäusegeometrie, die Überprüfung der Passungen, die Optimierung der Vorspannung, die Auswahl einer geeigneten Schmierung sowie die Vermeidung unnötiger Dichtungsreibungen. Änderungen sollten stets im Hinblick auf Lebensdauer, Steifigkeit, Genauigkeit und den erforderlichen Schutz vor Verunreinigungen bewertet werden.

Frage 8: Wie legt man am besten ein drehmomentarmes Querschnittslager fest?

Definieren Sie eine messbare Anforderung an das Drehmoment zusammen mit den genauen Betriebs- und Prüfbedingungen. Geben Sie beispielsweise das maximal zulässige Laufdrehmoment bei einer bestimmten Drehzahl, Temperatur, Last, Schmierbedingung und eingebauter Vorspannung vor.

Ein Drehmomentgrenzwert ohne eindeutig festgelegte Prüfbedingungen ist nur schwer reproduzierbar nachzuweisen.

Fazit: Das eingebaute Drehmoment ist wichtiger als das Drehmoment im frei laufenden Zustand allein

Die Berechnung des Lagerdrehmoments bei Querschnittslagern erfordert mehr als die Auswahl eines Koeffizienten und dessen Multiplikation mit einer aufgebrachten Last.

Das eingebaute Reibmoment hängt von Lagergeometrie, Lastverteilung, Schmierung, Dichtungen, Vorspannung, Betriebstemperatur sowie den durch Welle und Gehäuse vorgegebenen mechanischen Bedingungen ab.

Da Querschnittslager vergleichsweise dünne Ringe besitzen, kann die Montagequalität das Drehverhalten erheblich beeinflussen.

Für belastbare technische Ergebnisse wird folgendes Vorgehen empfohlen:

1. Das Lagerreibmoment klar vom Motordrehmoment und vom Kippmoment abgrenzen.

2. Die vollständigen Betriebs- und Drehzahlbedingungen festlegen.

3. Die Auswirkungen von Passungen, Vorspannung, Temperatur, Schmierung und Abdichtung bewerten.

4. Verwenden Sie für die Vorabschätzung ein geeignetes, lagerspezifisches Berechnungsverfahren.

5. Messen Sie Anlauf- und Laufmoment unter kontrollierten, praxisnahen Bedingungen.

6. Stimmen Sie die Eignung für die Anwendung sowie die Abnahmekriterien mit dem Lagerlieferanten ab.

Für Ingenieure, die Constant-Section-Lager für Robotik, Präzisionsmaschinen, Automatisierung oder andere anspruchsvolle Anwendungen auswählen, lautet die entscheidende Frage nicht allein, welches Drehmoment das Lager vor der Montage erzeugt, sondern welchen Rotationswiderstand die komplette Baugruppe unter realen Betriebsbedingungen aufweist.

Technischen Support von LILY Bearing anfordern

Bei der Auswahl des geeigneten Constant-Section-Lagers müssen Tragfähigkeit, Steifigkeit, Laufgenauigkeit, Reibmoment und Montageanforderungen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden.

Für die Auslegung des Lagers und die anwendungsspezifischen Anforderungen können Sie LILY Bearing direkt kontaktieren. Bitte übermitteln Sie bei einer Angebotsanfrage die Lagerabmessungen, Belastungsdaten, Betriebsgeschwindigkeit, Montageangaben, Schmieranforderungen und die zulässigen Drehmomentgrenzen.

Eine vollständige technische Anfrage trägt dazu bei, festzulegen, welche Lagerausführungen und Prüfkriterien vor der endgültigen Auswahl zu berücksichtigen sind.