Die meisten Pendelrollenlager Ausfälle, die sich bereits in den ersten Betriebswochen zeigen, lassen sich in der Regel auf einen von zwei Gründen zurückführen: die falsche radiale Lagerspielklasse oder eine Montagepassung, die nie tatsächlich geprüft wurde. Beides ist vermeidbar und lässt sich auf zwei Kennwerte zurückführen, die der Monteur in der Werkstatt mit einer Fühlerlehre oder einer Messuhr ermitteln kann.
Zylinderbohrung oder Kegelbohrung: Die passende Montageart wählen
Zylinderbohrung Ein Lager mit Zylinderbohrung wird direkt auf eine glatte Welle aufgezogen oder aufgepresst. Die Auslegung und Demontage ist einfacher; für Wellen unter etwa 80 mm ist dies die Standardlösung, wenn sich die Montage mit einer mechanischen Presse oder einem Induktionsanwärmer ausführen lässt.
Kegelbohrung Lager (Kennzeichen -Zusatz K, Standardkegel 1:12, bei einigen großen Abmessungen 1:30) wird auf einem konischen Wellensitz oder, häufiger, auf einer Spannhülse für glatte Zylinderwellen montiert. Beim Aufschieben des Lagers auf den Kegel weitet sich der Innenring und klemmt auf der Welle – eine Wellenschulter oder Passfedernut ist nicht erforderlich. Deshalb sind Pendelrollenlager mit Kegelbohrung bei Stehlager- und Spannlagergehäusen Standard.
Der Nachteil: Eine Montage mit Kegelbohrung lässt sich nicht durch direktes Messen einer Übermaßpassung prüfen. Stattdessen wird ermittelt, um wie viel sich das Lagerspiel verringert hat oder wie weit das Lager auf den Kegel aufgeschoben wurde. Beide Verfahren werden im Folgenden erläutert.
Radiales Lagerspiel: Was C2 bis C5 tatsächlich bedeuten
Das radiale Lagerspiel (RIC) bezeichnet den Gesamtweg, den ein Ring vor der Montage gegenüber dem anderen zurücklegen kann; gemessen wird es in Mikrometern (µm) nach ISO 5753. Pendelrollenlager werden in Normal (CN) Standardausführung (CN) bei nahezu allen Herstellern geliefert.
Größere Lagerluftklassen – C3, C4 und C5 – sind erforderlich, weil bereits die Montage die Lagerluft verringert (durch den Übermaßsitz dehnt sich der Innenring) und die Betriebstemperatur sie weiter reduziert (der Innenring erwärmt sich stärker als der Außenring und dehnt sich daher stärker aus).
Ausgewählte Werte für zylindrische Bohrung, nach ISO 5753-1991:
Bohrungsbereich (mm) | C2 (µm) | Normal (µm) | C3 (µm) | C4 (µm) |
|---|---|---|---|---|
50–65 | 20–40 | 40–65 | 65–90 | 90–120 |
80–100 | 35–60 | 60–100 | 100–135 | 135–180 |
100–120 | 40–75 | 75–120 | 120–160 | 160–210 |
140–160 | 60–110 | 110–170 | 170–220 | 220–280 |
180–200 | 70–130 | 130–200 | 200–260 | 260–340 |
Kegelbohrung Die Freigabebereiche liegen bei gleichem Nenndurchmesser höher als bei zylindrischer Bohrung — bei einer Bohrung von 100–120 mm beträgt die Normalluft bei einem Lager mit kegeliger Bohrung 100–135 µm gegenüber 75–120 µm bei zylindrischer Bohrung — weil der Montagespannungsanteil bei der Montage mit Hülse konstruktionsbedingt größer ist und eine höhere Anfangsluft erfordert, um im richtigen Betriebsbereich zu liegen.
Wann von Normal auf C3 umgestellt werden sollte: jede Anwendung mit einer Presspassung auf der Welle, die enger als Standard ausfällt, oder mit einer dauerhaft über etwa 70°C liegenden Betriebstemperatur. Andernfalls kann der Luftverlust durch die enge Passung und die thermische Ausdehnung die Normalluft so weit reduzieren, dass das Lager vorgespannt wird — und ein vorgespanntes Pendelrollenlager läuft heiß, was den Schmierstoffabbau beschleunigt und die Ermüdungslebensdauer verkürzt.
C4 und C5 sind vor allem für Siebmaschinen sowie für Hochgeschwindigkeits- und Hochtemperaturanwendungen vorgesehen, bei denen im Betrieb mit einem noch höheren Luftverlust zu rechnen ist.
Montage eines Lagers mit Kegelloch: Die zwei praxisgerechten Verfahren
Verfahren 1 — Fühlerlehre (mechanisches Aufpressen), für Bohrungen ≤ 120 mm
Messen Sie das Einbaufreispiel am oberen Punkt des Lagers (12 Uhr, stehendes Lager) mit einer Fühlerlehre zwischen Außenring und oberster Rolle.
Pressen Sie das Lager auf die Kegelbohrung auf — bei Bohrungen bis etwa 80 mm mit Nutmutter und Sicherungsblech, bei größeren Abmessungen mit einer Hydraulikmutter — und prüfen Sie dabei das Freispiel in regelmäßigen Abständen am unteren Punkt (6 Uhr) nach.
Beenden Sie den Vorgang, sobald die Freispielreduzierung im für diese Bohrungsgröße empfohlenen Bereich liegt (siehe Rechenbeispiel unten).
Bei Lagern mit einer Bohrung über 120 mm verfälscht die Verformung der Ringe unter dem Eigengewicht des Lagers eine Einzelmessung. Die Normkorrektur erfasst das Freispiel daher an drei Messpunkten statt nur an einem: „a“ bei 9 Uhr, „b“ bei 3 Uhr und „c“ bei 12 oder 6 Uhr. Das tatsächliche Freispiel ergibt sich dann 0,5 × (a + b + c). Der Dreipunkt-Mittelwert kompensiert die Durchbiegung, die eine Einzelmessung fälschlich als Freispiel erfassen würde.
Verfahren 2 — Aufpressen mit Hydraulikmutter, für abgedichtete Lager oder große Bohrungen
Abgedichtete Pendelrollenlager lassen sich mit einer Fühlerlehre nicht prüfen, da die Dichtung den Zugang zu den Wälzkörpern versperrt. Für diese Lager und grundsätzlich für Lager mit großer Kegelbohrung wird eine Hydraulikmutter mit Messuhr verwendet: Der Hydraulikdruck presst das Lager auf die Kegelbohrung, während die Messuhr den axialen Weg direkt erfasst; dieser steht über den Kegelwinkel in Beziehung zur Freispielreduzierung.
Rechenbeispiel — 190 mm Bohrung, Kegelverhältnis 1:12, Normalfreispiel:
Parameter | Wert |
|---|---|
Radiales Einbaufreispiel | 0,14–0,20 mm |
Zielwert der Freispielreduzierung | 0,09–0,13 mm |
Axiales Aufpressmaß auf Vollwelle | 1,4–2,0 mm |
Axiales Aufpressmaß auf Spannhülse | 1,5–2,2 mm |
Mindest-Restluft nach der Montage | 0,07 mm |
Beachten Sie, dass die Aufschiebdistanz ungefähr 16-mal der Luftreduzierung bei einer 1:12-Kegelpassung auf einer Vollwelle entspricht und etwa 18-mal bei Hülsenmontage — der Kegelwinkel verstärkt eine geringe radiale Maßänderung zu einer Distanz, die sich mit einer Messuhr tatsächlich erfassen lässt. Bei einer 1:30-Kegelung steigen diese Faktoren auf rund 39× beziehungsweise 42×, da eine flachere Kegelung für die gleiche radiale Ausdehnung einen größeren axialen Weg erfordert.
Grenze der axialen Belastung bei Spann- und Abziehhülsen
Wird ein Pendelrollenlager auf einer glatten Welle mit einer Spann- oder Abziehhülse ohne festen Wellenbund montiert, wird die zulässige axiale Last der Einheit nicht durch das Lager selbst, sondern durch die Reibung zwischen Welle und Hülse begrenzt:
Fap = 3 × B × d
wobei Fap die maximal zulässige axiale Last in Newton, B die Lagerbreite in mm und d der Bohrungsdurchmesser in mm ist. Für das 22320 Lager (Bohrung 100 mm, Breite 73 mm) begrenzt sich die axiale Last bei Hülsenmontage auf rund 21.900 N — deutlich unter der statischen Tragzahl des Lagers. Deshalb werden hülsenmontierte Ausführungen für Anwendungen mit überwiegend radialer Belastung und nicht für stark axial belastete Betriebsfälle eingesetzt.
Anwendungen in Stehlager- und Spannlagergehäusen
Pendelrollenlager mit kegeligem Bohrungsdurchmesser auf Spannhülsen sind der Standard in Stehlagergehäusen der Bauarten SNW/SAF sowie in Spannlagereinheiten in Förderanlagen, gerade weil die Hülse einen Wellenbund oder eine Passfedernut überflüssig macht — es genügt eine glatte, durchgehend gleichmäßige Welle, und die Gehäuseposition kann entlang ihrer Länge angepasst werden. Die oben beschriebenen Grundsätze zu Luft und Aufschiebdistanz gelten in diesen Gehäusen unverändert; der einzige Unterschied besteht darin, dass die Lage des Außenrings durch die Gehäusebohrung und nicht durch einen in eine größere Welle eingearbeiteten Lagersitz bestimmt wird.
Häufige Montagefehler
Das Lager mit Gewalt auf die Welle zu pressen ohne zuvor sicherzustellen, dass es plan und flächig anliegt, führt zu Ringverformungen, die sich in Form vorzeitiger Schwingungen bemerkbar machen.
Ungleichmäßiges Anziehen der Nutmutter — zieht das Lager schräg auf den Kegel und verursacht eine Schiefstellung, die das selbstausrichtende Vermögen des Lagers zunächst kompensieren kann, bevor dies nicht mehr der Fall ist.
Die Spielprüfung vollständig auszulassen und die Montage „nach Gefühl“ vorzunehmen — die mit Abstand häufigste Ursache für frühe Lagerausfälle bei Ausführungen mit Kegelbohrung.
Eine Fühlerlehre an einem abgedichteten Lager zu verwenden — ist für eine exakte Messung physikalisch nicht geeignet; verwenden Sie stattdessen die Einschub- bzw. Anziehmethode.
FAQ
Ist das radiale Lagerspiel dasselbe wie die Lager-Vorspannung?
Nein — das Lagerspiel ist der vorhandene Spalt, bevor eine äußere Kraft einwirkt; die Vorspannung ist ein gezielt erzeugtes negatives Spiel, das bei bestimmten Präzisionslagerpaarungen eingesetzt wird. Ein korrekt montiertes Pendelrollenlager behält nach der Montage ein gewisses positives Restspiel (siehe das Mindestmaß von 0.07 mm im Rechenbeispiel); es ist nicht vorgespannt.
Wie oft sollte das montierte Spiel nach der Installation erneut geprüft werden?
Es handelt sich nicht um eine wiederkehrende Betriebsprüfung — die Reduzierung des Spiels wird einmalig während der Montage kontrolliert. Danach ist die thermische Ausdehnung im Betrieb zu berücksichtigen; sie wird bereits durch die im Vorfeld gewählte Spielklasse abgedeckt.
Bedeutet eine engere Wellenpassung immer, dass ich sofort auf C3 oder C4 gehen sollte?
Nur dann, wenn der daraus resultierende Spielverlust das Lager im Betrieb in Richtung Nullspiel drücken würde. Bei moderaten Übermaßpassungen und normalen Betriebstemperaturen ist die Normal-Lagerspielklasse in Verbindung mit einer korrekt ermittelten Einschub- bzw. Anziehgröße oft ausreichend — ein direkter Wechsel auf C4 ohne Berechnung kann dazu führen, dass das Lager zu viel Spiel behält; dies äußert sich eher in Geräuschen und Rollenschlupf als in Überhitzung.
Die dargestellten Spielwerte und Einschubverhältnisse entsprechen ISO 5753-1 sowie der standardmäßigen Kegelgeometrie 1:12/1:30. Die Angaben sind repräsentativ für die genannte Bohrungs- und Kegelkombination; maßgebend sind vor der Montage die exakten Werte aus den Montageanweisungen Ihres Lieferanten für das jeweilige Lager.
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