Wenn Sie sich für ein Stehlager Lösungen für Ihre Anwendung auswählen, besteht das Hauptziel darin, eine hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit sicherzustellen. Gleichzeitig sollen die Kosten niedrig bleiben.
Bei der Auswahl eines Stehlagers sind mehrere Faktoren zu bewerten. Dieser Leitfaden unterstützt Sie dabei, eine Lösung auszuwählen, die die geforderten Betriebsbedingungen und Leistungsanforderungen erfüllt.
Betriebliche Anforderungen und Einsatzbedingungen
Der erste und wichtigste Schritt bei der Auswahl eines Stehlagers besteht darin, die zentralen Anforderungen zu ermitteln und für Ihre Anwendung festzuhalten. So stellen Sie sicher, dass die gewählte Lösung Leistungs- und Betriebsanforderungen zuverlässig erfüllt.
Erforderliche Leistung festlegen
Lebensdauer: Schätzen Sie ab, wie lange das Stehlager unter normalen Bedingungen ohne Ausfall betrieben werden soll. Berücksichtigen Sie dabei auch Wartungsintervalle und die zu erwartenden Lastzyklen im Betrieb.
Drehzahlfähigkeit: Bewerten Sie die maximalen Drehzahlen, denen das Lager ausgesetzt ist, ebenso wie Beschleunigungs- und Verzögerungsraten. Stehlager haben je nach Bauart, Werkstoff und Schmierung spezifische Grenzwerte.
Beständigkeit gegenüber Umgebungsbedingungen: Berücksichtigen Sie extreme Bedingungen wie hohe oder niedrige Temperaturen, Feuchtigkeit oder den Kontakt mit Verunreinigungen. Bestimmte Stehlager sind für raue Einsatzbedingungen ausgelegt, andere wiederum für Standardumgebungen optimiert.
Betriebsbedingungen bewerten
Lastkennwerte: Erfassen Sie Größe, Richtung und Art der Lasten. Diese können radial, axial oder kombiniert sein. Das Verständnis des Lastverlaufs ist entscheidend für die Auswahl der richtigen Lagerbauart.
Betriebsintervalle: Berücksichtigen Sie Drehzahlschwankungen, Temperaturschwankungen und Lastkollektive. So stellen Sie sicher, dass das Lager seine Leistung über den gesamten Einsatzbereich hinweg konstant beibehält.
Annahmen und typische Einsatzszenarien: Halten Sie alle zu erwartenden Betriebsänderungen fest. Dazu zählen gelegentliche Überlasten oder veränderte Umgebungsbedingungen. Auf diese Weise vermeiden Sie die Auswahl eines Lagers, das unter unerwarteten Bedingungen ausfallen könnte.
Lageranordnung und Stehlagertyp
Eine Lageranordnung dient dazu, eine Welle abzustützen und in Position zu halten. Sie übernimmt diese Aufgabe sowohl in radialer als auch in axialer Richtung gegenüber den benachbarten Bauteilen.
Bei den meisten Ausführungen werden zwei Lagerstellen eingesetzt, um die Welle präzise zu führen. Die linke Lagerstelle nimmt sowohl radiale als auch axiale Lasten auf. Die rechte Lagerstelle ist nur für radiale Lasten ausgelegt.
Der wesentliche Vorteil der Loslagerung besteht darin, dass sie axiale Wellenbewegungen aufnehmen kann. Solche Bewegungen können durch Wärmeausdehnung im Betrieb oder durch Fertigungstoleranzen zwischen den beiden Lagerstellen entstehen.
Würde diese Bewegung eingeschränkt, könnten zusätzliche Axiallasten in das Lagersystem eingeleitet werden.
Für Wellenkonstruktionen mit zwei Lagerabstützungen werden häufig die folgenden Lageranordnungen eingesetzt:
Kugel- und Rollenlagereinheiten (Stehlager)
Diese Einheiten werden für ihre einfache Konstruktion und hohe Montagefreundlichkeit geschätzt:
Jede Lagerabstützung besteht nur aus wenigen Bauteilen. In der Regel genügen eine Lagereinheit und einige Befestigungsschrauben.
Sie werden vorgeschmiert und montagefertig geliefert.
Die Montage auf glatten Standardwellen ist einfach; praktische Befestigungsarten wie Gewindestifte erleichtern die sichere Fixierung.
Lagergehäuse mit Lagern
Diese Lösungen bieten eine höhere Anpassungsfähigkeit an spezifische Leistungsanforderungen und Einsatzbedingungen:
Es stehen verschiedene Lagerbauarten und Baugrößen zur Verfügung.
Für die Gehäuseabdichtung steht eine breite Auswahl an Ausführungen zur Verfügung.
Sowohl Fettschmierung als auch Ölschmierung werden unterstützt.
Sie sind sowohl mit glatten Standardwellen als auch mit abgestuften Wellenkonfigurationen kompatibel.
Geteilte Lagereinheiten
Sie bieten einen besonderen Vorteil in Anwendungen, bei denen die Montage des Lagers auf der Welle erschwert ist:
Gehäuse, Lager und Dichtung sind jeweils geteilt ausgeführt. Dadurch lässt sich die Einheit direkt um die Welle herum montieren.
Zur Auswahl stehen Zylinderrollenlager, Pendelrollenlager und Kegelrollenlager.
Gehäusebauart
Je nach Anwendung kommen Stehlagergehäuse, Flanschlagergehäuse oder Spannlagergehäuse in Frage.
Fest- oder Loslagerung
Bei Rollenlagereinheiten, Gehäusen und geteilten Einheiten gibt es Ausführungen für Festlager- oder Loslagerung. Bei Kugellagereinheiten hingegen muss die Loslagerfunktion durch die umliegende Konstruktion übernommen werden.
Ausgleich von Fehlausrichtungen
Zunächst ist die in Ihrer Anwendung auftretende Art der Fehlausrichtung zu ermitteln. Anschließend prüfen Sie die Schiefstellungsausgleichsfähigkeit des ausgewählten Produkts. Die meisten Lagergehäuseeinheiten sind für den Ausgleich von Fehlausrichtungen ausgelegt; ausgenommen sind Ausführungen mit Zylinderrollen- oder Kegelrollenlagern.
Baugröße von Lagergehäuseeinheiten
Zwei wesentliche Parameter bestimmen die für Ihre Anwendung erforderliche Lagergröße:
Der Wellendurchmesser
Die Höhe der aufzunehmenden Last
Die folgenden Schritte zeigen, wie die passende Baugröße ermittelt wird.
Wählen Sie eine geeignete Lagergehäuseeinheit, die zum Wellendurchmesser passt
Bei integrierten Lagereinheiten wählen Sie einfach die komplette Einheit aus.
Wenn Sie ein Gehäuse und ein Lager kombinieren, wählen Sie zunächst ein selbstausrichtendes Lager. Hierfür können Sie ein Pendelrollenlager oder ein CARB-Toroidalrollenlager verwenden. Prüfen Sie anschließend, ob eine passende Gehäusegröße verfügbar ist.
Prüfen Sie die Tragfähigkeit der ausgewählten Lagergehäuseeinheit
Die nominelle Lebensdauer L10 ist ein zuverlässiges und praxisgerechtes Kriterium für die Auswahl der Lagergröße. Vergleichen Sie die berechnete L10-Lebensdauer mit der erwarteten Lebensdauer der jeweiligen Lageranwendung.
Eine Lagergehäuseeinheit muss statische Lasten aufnehmen können. Dabei dürfen an Wälzkörpern oder Laufbahnen weder bleibende Schäden noch Verformungen entstehen.
Liegt die nominelle Lebensdauer unter der erforderlichen Gebrauchsdauer, ist ein leistungsstärkeres Lager erforderlich. Gleiches gilt, wenn der statische Sicherheitsfaktor nicht ausreicht.
Die nominelle Lebensdauer ist nur einer von mehreren Kennwerten. Sie dient dazu, die tatsächliche Lebensdauer Ihrer Anwendung abzuschätzen. Auch Faktoren wie Abdichtung und Schmierung spielen dabei eine entscheidende Rolle.
Richtwerte für die Auslegungslaufzeit verschiedener Maschinentypen | |
Maschinentyp | Auslegungslaufzeit |
Betriebsstunden | |
Haushaltsmaschinen, Landmaschinen, Geräte und technische Ausrüstungen für den medizinischen Einsatz | 300–3.000 |
Maschinen mit kurzzeitiger oder intermittierender Nutzung: elektrische Handwerkzeuge, Hebezeuge in Werkstätten, Baugeräte Ausrüstungen und Maschinen | 3.000–8.000 |
Maschinen mit kurzzeitiger oder intermittierender Nutzung, bei denen eine hohe Betriebssicherheit erforderlich ist: Aufzüge, Krananlagen für Stückgut oder Fassgehänge usw. | 8.000–12.000 |
Maschinen für einen Einsatz von 8 Stunden pro Tag, jedoch nicht immer voll ausgelastet: Getriebe für allgemeine Anwendungen, Elektromotoren für den industriellen Einsatz, Rotationsbrecher | 10.000–25.000 |
Maschinen für einen Einsatz von 8 Stunden pro Tag und voller Auslastung: Werkzeugmaschinen, Holzbearbeitungsmaschinen, Maschinen für die Metall- und Maschinenbauindustrie, Krane für Schüttgut, Ventilatoren, Förderbänder, Druckmaschinen, Separatoren und Zentrifugen | 20.000–30.000 |
Maschinen für den kontinuierlichen 24-Stunden-Betrieb: Walzwerksgetriebe, mittelgroße elektrische Maschinen, Kompressoren, Fördermaschinen im Bergbau, Pumpen, Textilmaschinen | 40.000–50.000 |
Windenergieanlagen; dazu zählen Hauptwelle, Giergetriebe, Pitchgetriebe und Generatorlager | 30 000–100 000 |
Wasserbau- und Wasserwerksmaschinen, Drehöfen, Verseilmaschinen sowie Antriebsmaschinen für Hochseeschiffe | 60 000–100 000 |
Große Elektromaschinen, Kraftwerksanlagen, Grubenpumpen, Grubenlüfter sowie Tunnelwellenlager für Hochseeschiffe | 100 000–200 000 |
Stellen Sie sicher, dass das ausgewählte Lagergehäuselager innerhalb seines zulässigen Drehzahlbereichs betrieben wird.
Bei der Auswahl von Kugel- oder Rollenlager-Einheiten sind die in den technischen Daten angegebenen Höchstdrehzahlen zu berücksichtigen. Ebenso ist zu beachten, wie sich Wellentoleranzen auf die zulässige Drehzahl auswirken können.
Bei Lagergehäusen mit Lagern oder geteilten Lagereinheiten sind die vom gewählten Dichtring vorgegebenen Drehzahlgrenzen zu berücksichtigen.
Schmierung von Lagergehäuselagern
Lagergehäuselager benötigen eine sachgerechte Schmierung, um einen zuverlässigen Betrieb sicherzustellen. Das Schmiermittel reduziert Reibung und Verschleiß, schützt die Lagerlaufbahnen vor Korrosion und unterstützt in einigen Fällen auch die Wärmeabfuhr.
Bei Lagergehäuselagern wird häufig Fettschmierung eingesetzt. Befinden sich die Lager in Gehäusen, kann jedoch auch Ölschmierung verwendet werden.
Kugel- und Rollenlagereinheiten
Diese Einheiten werden werksseitig mit einem hochwertigen Mehrzweckfett vorgefettet geliefert. Bei anwendungsspezifischen Ausführungen kommt ein Schmierstoff zum Einsatz, der auf die vorgesehenen Betriebsbedingungen abgestimmt ist.
Kugel- und Rollenlagereinheiten können bei Bedarf nachgeschmiert werden. Die Lagereinsätze verfügen im Außenring über Schmierbohrungen. Die Gehäuse sind in der Regel mit Schmiernippeln ausgestattet, mit Ausnahme einiger anwendungsspezifischer Kugellagergehäuse.
Bei der Nachschmierung ist das neue Fett unbedingt zu prüfen. Es muss vollständig mit der ursprünglichen Fettfüllung kompatibel sein.
Lagergehäuse mit Lagern
Lagergehäuselösungen, die Gehäuse und Lager kombinieren, können wahlweise für Fett- oder Ölschmierung ausgelegt werden.
Bei ölschmierten Anwendungen müssen Gehäuse- und Dichtungsausführung so gewählt werden, dass die Kompatibilität mit der Ölschmierung gewährleistet ist.
Geteilte Lagereinheiten
Geteilte Lagereinheiten werden in der Regel mit Fett geschmiert.
Gehäusebauformen
Gehäusebauart
Die am weitesten verbreitete Bauform ist das Lagergehäuse in Stehlagerausführung (Plummer-Block), das sich mit zwei oder vier Befestigungsschrauben montieren lässt. Stehlager-Einheiten mit Kugellagern sind zudem mit Gewindebohrungen für die Befestigungsschrauben erhältlich.
Flanschgehäuse sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, darunter runde, ovale, quadratische und dreieckige Bauformen. Bei Kugellager-Einheiten ist außerdem ein dreiarmiger Flansch in Konsolenbauform möglich.
Eine weitere gängige Bauart sind Spannlagergehäuse. Sie werden in der Regel in Spannrahmen eingesetzt; die Ausführung richtet sich nach der Anordnung der Stellschraube.
Gehäusewerkstoff
Grauguss ist der am häufigsten verwendete Werkstoff für Lagergehäuse. Bei der Auswahl eines Gehäuses sollte geprüft werden, welche Werkstoffvariante die Anforderungen der jeweiligen Anwendung am besten erfüllt.
Lagereinheiten mit Kugellagern sind mit Gehäusen aus unterschiedlichen Werkstoffen erhältlich. Dazu zählen Gusseisen und schwarzer Verbundwerkstoff. Weitere Optionen sind blauer lebensmittelechter Verbundwerkstoff, Sphäroguss, Stahlblech und Edelstahl.
Die meisten Rollenlager-Einheiten, Lagergehäuse mit Lagern sowie geteilte Lagereinheiten werden aus Grauguss gefertigt. Dieser Werkstoff wird wegen seiner Zuverlässigkeit und hohen Dauerhaftigkeit häufig eingesetzt. Darüber hinaus sind bestimmte Wälzlagergehäuse in Sphäroguss oder Stahlguss erhältlich.
Korrosionsschutz
Alle Gehäuse werden serienmäßig mit wirksamem Korrosionsschutz geliefert.
Gehäuse aus Stahlblech sind durch eine Zinkbeschichtung geschützt, während Gehäuse aus Gusswerkstoffen lackiert ausgeführt werden.
Das Standard-Lackiersystem gewährleistet die Eignung für Betriebsumgebungen der Korrosivitätskategorie C2 gemäß ISO 12944-2.
Tragfähigkeit
Um die volle Tragfähigkeit zu gewährleisten, muss das Gehäuse sicher mit der Tragkonstruktion verschraubt werden. Verwenden Sie hierfür geeignete Befestigungsschrauben, die mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden.
Bei Kugellagereinheiten ist das Gehäuse in der Regel so ausgelegt, dass es mindestens die gleiche Last aufnehmen kann wie das darin eingebaute Lager. Eine Ausnahme bilden Gehäuse aus gepresstem Stahlblech. Bei dieser Bauart ist die Festigkeit des Gehäuses anhand der tatsächlichen Betriebsbelastungen der Anwendung zu prüfen.
Dies gilt für Rollenlagereinheiten, Lagergehäuse mit Lagern sowie geteilte Lagereinheiten. Die Tragfähigkeit hängt von der Lastrichtung ab und wird zudem vom Gehäusewerkstoff beeinflusst. Bei geteilten Gehäusen sind außerdem die Verbindungsschrauben der Gehäusehälften auf ausreichende Festigkeit und das korrekte Anzugsdrehmoment zu prüfen.
Auflagefläche
Die Auflagefläche muss die vorgegebenen Toleranzen für Ebenheit und Oberflächenrauheit einhalten.
Die Einhaltung dieser Anforderungen trägt dazu bei, Verformungen der Gehäuseauflage zu vermeiden. Dies gilt sowohl beim Anziehen der Befestigungsschrauben als auch unter Betriebslast.
Geeignete Oberflächenbedingungen tragen zur Reduzierung von Schwingungen bei. Zudem verbessern sie die Wärmeableitung vom Lager über das Gehäuse an die umgebende Konstruktion.
Wellenbefestigung
Angehängte Lager oder Lager in einem Gehäuse können auf unterschiedliche Weise auf der Welle befestigt werden. Hierfür stehen mehrere Befestigungsvarianten zur Verfügung. Bei der Auswahl sollten mindestens die folgenden Kriterien berücksichtigt werden.
Wellenausführung
Glatte Wellen sind eine wirtschaftliche Lösung und können mit handelsüblichen Wellen in der Toleranz h9 oder besser ausgeführt werden. Alle angehängten Lager und Gehäuse sind mit glatten Wellen kompatibel.
Stufenwellen erfordern eine mechanische Bearbeitung, bieten jedoch eine genauere Positionierung der Welle und eine höhere Axialtragfähigkeit.
Die übliche Befestigungsart für Lager auf Stufenwellen ist ein zylindrischer Lagersitz. Dabei wird zwischen Welle und Lagerinnenring eine Presspassung erzeugt. Anschließend wird das Lager mit einer Nutmutter axial gesichert.
Einfache Montage
Lager lassen sich einfacher montieren, wenn zwischen Welle und Lagerinnenring ein geringes Spiel vorhanden ist.
Zu den Befestigungsvarianten, die dieses Spiel nutzen, gehören Spannschrauben bei Kugellagereinheiten sowie Spannschrauben in einem Klemmring bei Rollenlagereinheiten. Eine weitere Möglichkeit ist ein Exzenterspannring, der für Kugellagereinheiten verfügbar ist.
Dieses geringe Spiel kann jedoch zu einer leichten Fehlausrichtung zwischen der Wellenachse und der Achse des Innenrings führen. Dadurch kann sich die zulässige Höchstdrehzahl des montierten Lagers verringern oder Schwingungen können entstehen.
Darüber hinaus kann die Aufnahme der anliegenden Last bei dieser Ausführung engere Wellentoleranzen erforderlich machen.
Drehzahl und Schwingung
Um die Drehzahlleistung eines Stehlagers zu maximieren und Schwingungen zu minimieren, sollte eine konzentrische Befestigungsart gewählt werden.
Dadurch werden die Achsen der Welle und des Innenrings des Lagers fluchtend ausgerichtet.
Eine konzentrische Befestigung lässt sich mithilfe einer Spannhülse zwischen Welle und Lager erzielen. Diese Ausführung ist für Lagereinheiten mit Kugellagern oder für Gehäuse mit Lagern verfügbar.
Alternativ kann die SKF ConCentra-Befestigungstechnologie eingesetzt werden, die sowohl für Lager mit Kugellagern als auch für Rollenlager verfügbar ist. Als dritte Möglichkeit steht ein zylindrischer Lagersitz zur Verfügung, der sich für Gehäuse mit Lagern oder geteilte Lagereinheiten eignet.
Maximale Axiallast der Befestigungseinrichtung
Die zulässige Axiallast kann je nach verwendeter Befestigungsart variieren.
Abdichtung
Eine wirksame Abdichtung kann die Lebensdauer eines Lagers erheblich verlängern. Sie hält das Schmiermittel im Lager und verhindert das Eindringen von Verunreinigungen. Lagereinheiten mit Kugel- und Rollenlagern sind serienmäßig mit Dichtungen ausgestattet.
An Wellenenden wird der Einsatz eines Enddeckels empfohlen, um die Abdichtung zu verbessern. Enddeckel schützen zudem das freiliegende Wellenende und tragen zur Unfallverhütung bei.
Bei der Auswahl einer Lagereinheit sollten die Abdichtungsunterschiede zwischen den einzelnen Produkttypen berücksichtigt werden:
Lagereinheiten mit Kugellagern
Die Dichtung ist ein integraler Bestandteil des Lagers in der Einheit. Es stehen verschiedene Kontaktabdichtungen zur Verfügung. Für den industriellen Einsatz sind Standarddichtungen und Standarddichtungen mit zusätzlichen Schleuderscheiben am gebräuchlichsten. Weitere Ausführungen umfassen Mehrfachdichtungen und 5-Lippen-Dichtungen.
Lagereinheiten mit Rollenlagern
Die Dichtung ist als wesentlicher Bestandteil in die Einheit integriert. Zu den gängigen Ausführungen zählen Lippendichtungen, Labyrinthdichtungen oder Radialwellendichtringe.
Lagergehäuse mit Lagern
Gehäuse verfügen über Dichtungsnuten, in die unterschiedliche Dichtungstypen eingesetzt werden können.
Bei bestimmten Dichtungen gelten spezielle Anforderungen an die Dichtfläche der Welle. Diese sollten erfüllt werden; andernfalls sind Wellenschutzhülsen in Betracht zu ziehen.
Bei der Auswahl einer Dichtung ist ihre Abdichtwirkung sorgfältig zu bewerten. Ebenso sind ihre Auswirkungen auf die zulässige Drehzahl und die Wellenschiefstellung zu berücksichtigen.
Geteilte Lagereinheiten
Geteilte Lagereinheiten verfügen über Gehäusenuten, die die Montage von Dichtungen ermöglichen. Zum Standardsortiment gehören Filzdichtungen, Lippendichtungen, Labyrinthdichtungen und Radialwellendichtringe.
Wartung, Montage und Demontage
Bei der Auslegung Ihrer Anlage sollten Sie berücksichtigen, wie sich Wartungsarbeiten auf Ihre Anforderungen auswirken können. Ebenso ist zu beachten, welchen Einfluss Montage- und Demontagevorgänge darauf haben können.
Während der Betriebslebensdauer kann es erforderlich sein, die Anlage zur Erneuerung von Komponenten zu zerlegen. Dieser Bedarf besteht nicht nur am Ende der Gebrauchsdauer.
Montage
Der Montageprozess setzt bestimmte Randbedingungen, darunter den verfügbaren Bauraum, die Montagereihenfolge sowie gegebenenfalls den Einsatz von Hebezeugen. Stellen Sie sicher, dass diese Randbedingungen mit den Anforderungen Ihrer Lagereinheit übereinstimmen. Zu den wesentlichen Aspekten zählen:
Welche Werkzeuge werden benötigt, und sind die Bereiche, in denen sie eingesetzt werden müssen, gut zugänglich?
Ist ein Hebezeug erforderlich?
Sind Schmierarbeiten erforderlich, und wenn ja, wann und in welcher Weise sind sie auszuführen?
Welche Schutzmaßnahmen sind erforderlich, um eine Verunreinigung während der Installation zu vermeiden?
Wartung
Zu den typischen Wartungsaspekten gehören:
Nachschmierung: Stellen Sie sicher, dass das Produkt mit einem Schmiernippel ausgestattet ist, wenn eine Nachschmierung erforderlich ist. Der Einsatz automatischer Schmiersysteme kann die Wartungsarbeiten vereinfachen.
Zustandsüberwachung: Die Überwachung des Maschinenzustands im Betrieb kann von Vorteil sein. Lagereinheiten und Gehäuse können hierfür mit Sensoren ausgestattet werden.
Demontage und Entsorgung
Die bei der Montage zu berücksichtigenden Faktoren gelten ebenso für die Demontage. Der Entsorgungsprozess ist bei allen Lagereinheiten grundsätzlich gleich. Er umfasst Metallbauteile, Gummikomponenten und Schmierstoffe. Alle diese Materialien sind gemäß den geltenden Umweltvorschriften zu entsorgen.
Fazit
Die Auswahl der geeigneten Lagereinheit stellt einen zuverlässigen und langlebigen Betrieb Ihrer Anlage sicher. Wenn Sie Faktoren wie Lagerbauart, Größe, Gehäuse, Dichtungen und Wartungsanforderungen berücksichtigen, treffen Sie eine fundierte Entscheidung. So wählen Sie eine Lösung, die optimal zu Ihrer Anwendung passt.
Ein sorgfältiger Auswahlprozess trägt dazu bei, Verschleiß zu reduzieren, Ausfallzeiten zu vermeiden und die Gesamtleistung zu verbessern. Lily Bearing bietet ein breites Sortiment an Lagereinheiten sowie technische Unterstützung, damit Sie die beste Wahl treffen können.
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