Was ist ein Kegelrollen-Axiallager? Aufbau, Bauarten und Anwendungen

Die größtenKegelrollen-Axiallagerim allgemeinen industriellen Einsatz erreichen eine statische Axialtragzahl von 17.500.000 lbf — das entspricht rund 7.940 metrischen Tonnen Kraft. Bei kleineren Baugrößen sinken die Werte schnell: Ein gängiges TTHD-Beispiel ist lediglich mit 71.200 lbf ausgelegt, also mit einem Bruchteil eines Prozents dieses Werts.

Beide Werte verdeutlichen denselben Grundgedanken: Ersetzt man in einem Axiallager die zylindrischen Rollen durch Kegelrollen, verläuft die Last direkt entlang der Lagerachse, statt über eine flache Kontaktzone zu gleiten. Dadurch kann ein Lager, das nur wenige Zoll breiter ist als ein Pkw-Reifen, mehr Kraft aufnehmen, als ein voll beladener Pritschenwagen wiegt.

Fünf Ausführungen von Kegelrollen-Axiallagern

Der Katalog führt unter dieser Produktlinie fünf unterschiedliche Bauausführungen auf; die Unterschiede gehen weit über die Ausrichttoleranz hinaus. Käfigausführung, Rollenanordnung und sogar die Einstufung der Tragfähigkeit variieren je nach Konstruktion.

TTHD (Doppelte Kegelbahn)

Diese Ausführung verwendet zwei axiale Kegelbahnen, zwischen denen Rollen und Käfig angeordnet sind. Im Katalog wird sie als Schwerlastlager beschrieben, das im Vergleich zu den nachfolgenden Bauarten vergleichsweise hohe Drehzahlen erreichen kann.

Einige Baugrößen bleiben kompakt —T135-902A1, beispielsweise, verfügt über eine Bohrung von 1.375 in (34.9 mm) und eine Breite von 0.625 in (15.9 mm) und ist für 71.200 lbf (316.7 kN) statische sowie 7.130 lbf (31.7 kN) dynamische Axiallast ausgelegt. Die Katalogausführung ist schlicht als „Thrust TTHD – mit Käfig“ aufgeführt, durchgehend mit Stahlkäfig.

TTHDFL-V-Flat (Kegelbahn + Flachbahn)

Bei dieser Ausführung wird eine der beiden Kegelbahnen durch eine Flachbahn beziehungsweise Anlaufscheibe ersetzt. Größere Baugrößen verwenden einen Stiftkäfig — gehärtete Stahlstifte verlaufen durch die Mitte jeder Rolle und ermöglichen einen engeren Rollenabstand als ein gestanzter Käfig; dadurch steigt die Tragfähigkeit bezogen auf den Außendurchmesser.

Kleinere Baugrößen wechseln zu einem Messingkäfig, der die Rollen nur in einer Richtung hält. Die Seite mit der Flachbahn macht diese Ausführung deutlich einfacher zu montieren und auszurichten als die doppelt kegelige Variante.

TTHDFLSA (Selbstausrichtende Flachbahn)

Gleiche grundlegende Rollen- und Laufbahnausführung wie bei TTHDFL-V-Flat, jedoch ist die untere Laufbahn in zwei Teile geteilt, deren sphärisch geschliffene Stirnflächen eine Selbstausrichtung unteranfänglicherFehlausrichtung – eine Welle oder ein Gehäuse, das bereits von Anfang an geringfügig versetzt ist.

Die Katalogempfehlung zieht hier eine klare Grenze: TTHDFLSAsollte nichtdort eingesetzt werden, wo mit dynamischer Fehlausrichtung zu rechnen ist – also mit einer unter Last veränderlichen Schiefstellung und nicht mit einem festen Montageversatz. Eine repräsentative Baugröße, B-8824-C, deckt eine Bohrung von 200 mm (7.873 in) ab; die Kennwerte sind in der nachstehenden Belastungstabelle zusammen mit den weiteren Konstruktionen mit statischer bzw. dynamischer Auslegung aufgeführt.

TTSP (mit Außenhalterung)

Diese Ausführung ergänzt eine Konstruktion mit zwei Kegellaufbahnen und Käfig um eine Außenhalterung; deren Aufgabe besteht lediglich darin, die Bauteile während Transport und Montage zusammenzuhalten, nicht darin, Lasten aufzunehmen. Die Rollen sind in einer vom Scheitelpunkt versetzten Anordnung angeordnet und nicht in der echten Scheitelpunktgeometrie, die bei den Ausführungen TTHD und TTHDFL verwendet wird.

Dies ist eine Ausführung für geringe Belastungen, bewertet nach einerLenkgelenk-Bewertungund nicht nach den statischen und dynamischen Axialkennwerten, die in diesem Katalog an anderer Stelle verwendet werden – einen konkreten Wert finden Sie bei der Baugröße T94W-904A4 in der nachstehenden Tabelle. Wie die Bezeichnung bereits andeutet, werden TTSP-Lager in den Lenkgelenkpositionen von Fahrzeugen und anderen Industrieanlagen häufig eingesetzt.

TTC (käftungslos, mit Außenhalterung)

Verzichtet vollständig auf einen Käfig und setzt stattdessen auf eine käfiglose Vollrollenausführung, die während Transport und Montage wiederum durch eine Außenhalterung zusammengehalten wird. Durch den Wegfall des Käfigs lassen sich in demselben Bauraum mehr Rollen unterbringen; Vollrollenausführungen erkaufen sich diese zusätzliche Tragfähigkeit jedoch in der Regel mit einer geringeren Hochgeschwindigkeitsfähigkeit.

TTC-Lager sind speziell für oszillierende Anwendungen und nicht für kontinuierliche Drehbewegungen ausgelegt. Wie bei TTSP wird die Tragfähigkeit hier als Lenkgelenk-Bewertung angegeben; die unten aufgeführte Baugröße T178-90011 liegt bei einer größeren Bohrung bei etwa dem 2,7-Fachen der Lenkgelenk-Bewertung des kleineren TTSP-Beispiels T94W-904A4.

Bei jeder dieser Ausführungen nimmt das Lager die Axiallast nur in einer Richtung auf. Keine der fünf Bauarten besitzt einen Lastpfad für die Gegenrichtung, und keine ist darauf ausgelegt, nennenswerte Radiallasten aufzunehmen.

Belastungskennwerte von Kegelrollen-Drucklagern nach Baugröße

Die realen Katalogdaten über drei Baugrößen zeigen, wie schnell die Tragfähigkeit mit dem Bohrungsdurchmesser ansteigt – und wie sich der Abstand zwischen statischen und dynamischen Kennwerten mit zunehmender Lagergröße vergrößert.

Das Verhältnis von statischer zu dynamischer Tragzahl ist nicht fest vorgegeben; über diese vier Größen steigt es von rund 11:1 bei der kleinsten bis auf nahezu 18:1 bei der größten Ausführung. Das ist bei der Auslegung eines unter Last rotierenden Lagers wichtig: Die statische Tragzahl wirkt zunächst beruhigend, maßgebend für die Ermüdungslebensdauer ist jedoch die dynamische Tragzahl. Bei großen Bohrungsabmessungen entspricht sie zudem einem geringeren Anteil der statischen Größe, als man erwarten könnte.

Ein Maßdetail bleibt über alle vier oben genannten Größen trotz der enormen Unterschiede in der Tragfähigkeit unverändert: Jede Ausführung weist denselben Bohrungstoleranzbereich von +0.001 in / –0 auf. Die Tragfähigkeit steigt um mehrere Größenordnungen, die Maßgenauigkeit wird daran jedoch nicht angepasst.

Weitere über den gesamten Bereich hinweg einheitliche Spezifikationen sind die Genauigkeitsklasse ABEC-1 als Standard, ein Betriebstemperaturbereich von -30°C bis 110°C sowie die für jeden einzelnen Katalogeintrag als erforderlich – nicht optional – ausgewiesene Schmierung.

Die obige Tabelle umfasst TTHD, TTHDFL-V-Flat und TTHDFLSA – drei Ausführungen mit demselben System zur statischen und dynamischen Axialtragzahl. TTSP und TTC verwenden dagegen eine andere Kennzahl, die Lenkdrehzapfen-Bewertung; sie spiegelt ihre leichte, anwendungsspezifische Funktion wider und nicht eine allgemeine industrielle Axialtragfähigkeit:

Einsatzbereiche von Kegelrollen-Axiallagern

Statt einer pauschalen Einordnung als „Schwerindustrie“ nennt die eigene Kategorisierung der TTHD-Bauart konkrete Einsatzfälle: Bohrloch-Drehgelenke, Zellstoffrefiner, Extruder und Axiallagerblöcke in Lochwalzwerken.

Allen vier Anwendungen ist dasselbe Lastprofil gemeinsam: dauerhafte einseitige Axiallast, häufig bei erhöhter Drehzahl, in Anlagen, in denen Stillstandszeiten so kostspielig sind, dass sich ein Lager lohnt, das gezielt für genau diese Aufgabe ausgelegt ist.

AktuelleTeilenummern von Kegelrollen-Axiallagernfür Spezifikationen nach Baugröße ansehen.

Kegelrollen-, Zylinderrollen- und Kugellager im Vergleich bei gleicher Bohrung

Kegelrollen-Axiallager sind nicht auf besonders große Industrieabmessungen beschränkt – wie das obige Beispiel T135-902A1 zeigt, reicht die TTHD-Bauart in diesem Katalog bis zu einer Bohrung von 34,9 mm. Das folgende Beispiel 30TTHD013 liegt mit einer Bohrung von 76,2 mm bereits deutlich darüber und veranschaulicht dennoch gut, wie viel höhere Tragfähigkeit selbst ein mittelgroßes Kegelrollenlager gegenüber einem Kugel- oder Zylinderrollen-Axiallager bei vergleichbarer Baugröße bietet.

Der Unterschied ist erheblich: Bei rund dem 2,5-Fachen der Bohrung der Kugel- und Zylinderrollenbeispiele erreicht 30TTHD013 eine nahezu 39-fach höhere statische Tragzahl als das Kugellager.

Eine umfassende Einführung in Drucklager als Lagerbauart finden Sie unterWas ist ein Drucklager?Für die Variante mit dem schlanksten Querschnitt bei passender 30-mm-Bohrung sieheWas ist ein Zylinderrollen-Drucklager?

Häufig gestellte Fragen

Worin besteht der praktische Unterschied zwischen den fünf Bauarten?

TTHD und TTHDFL-V-Flat sind die beiden universell einsetzbaren Ausführungen für hohe Belastungen. Die Wahl zwischen ihnen hängt im Wesentlichen von der zulässigen Drehzahl und der Ausrichtfreundlichkeit ab. TTHDFLSA verfügt zusätzlich über Selbstausrichtung für einen festen Einbauversatz, ist jedoch nicht für Schiefstellungen ausgelegt, die sich während des Betriebs verändern.

TTSP und TTC bilden dagegen eine eigenständige Kategorie: Es handelt sich um leichte, anwendungsspezifische Ausführungen, die nicht nach Axiallast, sondern nach Steering Pivot Rating ausgelegt sind und für Lenkdrehpunkt- sowie Oszillationsanwendungen konzipiert wurden, nicht für den allgemeinen industriellen Axiallastbetrieb.

Ist ein Kegelrollen-Drucklager dasselbe wie ein Standard-Kegelrollenlager?

Nein. Ein Standard-Kegelrollenlager — wie es beispielsweise in Radnaben eingesetzt wird — verfügt über zwei kegelige Laufbahnen, die in einem Winkel angeordnet sind, und nimmt Radiallast sowie Axiallast aus einer Richtung auf. Ein Kegelrollen-Drucklager verzichtet vollständig auf die Radialtragfähigkeit und bietet dafür in gleicher Bauraumgröße eine höhere einseitige Axialtragzahl.

Worin besteht der Unterschied zwischen statischer und dynamischer Axialtragzahl?

Die statische Tragzahl (ISO 76) bezeichnet die Last, die ein stillstehendes Lager aufnehmen kann, bevor die Rollen die Laufbahn dauerhaft verformen. Die dynamische Tragzahl (ISO 281) ist eine ermüdungsbasierte Kenngröße, die auf eine definierte Anzahl von Umdrehungen bezogen ist und den Betrieb des Lagers unter Last über die gesamte Gebrauchsdauer berücksichtigt.

Ermüdungsversagen tritt deutlich unterhalb der Verformungsgrenze auf; deshalb ist die dynamische Tragzahl stets der kleinere der beiden Werte. Wie die obige Tabelle zeigt, wird dieser Abstand mit zunehmender Baugröße größer.

Kann ein Kegelrollen-Axiallager irgendeine Radiallast aufnehmen?

Nein, konstruktiv ist das weder bei der einen noch bei der anderen Ausführung vorgesehen. Für kombinierte Belastungen ist ein separates Radiallager erforderlich, das die Welle führt, während das Kegelrollen-Axiallager ausschließlich die Axiallast übernimmt.

Warum benötigen diese Lager speziell eine Schmierung?

Kegelrollen-Axiallager arbeiten an den Kontaktstellen zwischen Rollen und Laufbahn im Bereich der Dünnfilmschmierung, obwohl ihre Geometrie auf Wälz- und nicht auf Gleitbewegung ausgelegt ist. Wird dieser Öl- oder Fettfilm unterbrochen, kommt es unter Volllast zu Metall-auf-Metall-Kontakt; die Laufbahn wird beschädigt und die Lagerlebensdauer verkürzt sich deutlich, noch bevor die Tragfähigkeitswerte dies erwarten ließen.

Deshalb ist in jedem Katalogeintrag die Schmierung als erforderlich gekennzeichnet.

Wie wähle ich die richtige Größe aus?

Gehen Sie von der tatsächlich in Ihrer Anwendung auftretenden Axiallast aus, berücksichtigen Sie einen Sicherheitsfaktor für Stoß- oder Spitzenbelastungen und vergleichen Sie bei rotierendem Betrieb mit der dynamischen Tragzahl – nicht mit der statischen.

Die Bohrung ergibt sich dann aus dem Wellendurchmesser. Das kleinste verifizierte TTHD-Beispiel in diesem Katalog verfügt über eine Bohrung von 34.9 mm; sehr kleine Wellen sind daher unter Umständen mit einem Kugel- oder Zylinderrollen-Axiallager oder alternativ mit den kleineren TTSP-/TTC-Ausführungen, die nach Steering Pivot Rating ausgelegt sind, besser bedient.

Warum weisen TTSP und TTC eine Steering Pivot Rating anstelle von Axiallastkennwerten aus?

TTSP und TTC sind Leichtbauausführungen für eine spezifische Anwendung – Lenkdrehgelenke und oszillierende Gelenke – und nicht für den allgemeinen industriellen Axiallastbetrieb bestimmt. Es ist sinnvoller, sie anhand des für diesen Einsatzzweck relevanten Ausfallmechanismus zu bewerten, als sie in dasselbe statische/dynamische Axiallastschema einzuordnen, das für die Hochleistungsbaureihen TTHD und TTHDFL-V-Flat verwendet wird, die unter Dauerlast kontinuierlich rotieren.