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Wälzlager Die richtige Wälzlagerausführung wählen

| Autor/ Redakteur: David Schaljo / Stefanie Michel

Bei der Auswahl von Wälzlagern stehen die Lebensdauer und die Baugröße meist im Vordergrund. Doch es gibt weitere Faktoren, die im Vorfeld beachtet werden müssen, um Problemen vorzubeugen – ein Überblick gibt entsprechende Hinweise.

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Hersteller wie NKE bieten Standardlager mit unterschiedlichen Käfigen in abgedichteten und nicht abgedichteten Varianten an. Der Anwender hat also bei der Auslegung die Wahl.
Hersteller wie NKE bieten Standardlager mit unterschiedlichen Käfigen in abgedichteten und nicht abgedichteten Varianten an. Der Anwender hat also bei der Auslegung die Wahl.
(Bild: NKE Austria / Hartwig Zoegl)
  • Um den richtigen Wälzlagertyp zu finden, werden oft Merkmale wie Schmierung, Käfig, Lagerluft und Dichtungen zu wenig berücksichtigt, obwohl sie funktionskritisch sein können.
  • Ein Überblick über diese Faktoren zeigt deren Bedeutung auf und geht auf damit zusammenhängende Probleme ein.
  • Auch wenn die angesprochenen Faktoren nur einen kleinen, aber wichtigen Ausschnitt bei der Wälzlagerauswahl betrachten, sollen sie dennoch bei der Auslegung helfen.

Die anwendungstechnische Praxis hat gezeigt, dass mithilfe von herstellerseitig zur Verfügung gestellten Unterlagen und Tools sowie auf Basis vergleichbarer Anwendungen die kundenseitige Auswahl der korrekten Wälzlagertyp erfolgreich durchgeführt werden kann. Dabei stehen zumeist zwei durchaus komplementäre Faktoren im Vordergrund:

  • Die erwünschte Lebensdauer des Wälzlagers in der Anwendung als Ergebnis der Relation zwischen der dynamischen Tragzahl und den auftretenden Kräften, deren Wirkrichtung(en) und der Drehzahl.
  • Die Baugröße der Wälzlager im Verhältnis zu dem verfügbaren Bauraum in der Anwendung.

Zusätzlich gibt es allerdings noch weitere, funktionskritische Lagermerkmale, die nicht immer mit der notwendigen Aufmerksamkeit betrachtet werden und zu Fragen und Problemen in Wälzlagerungen führen können. Zu ihnen gehören unter anderem Lagerluft, Käfig, Schmierung und herstellerseitig angebotene Dichtungsvarianten. Deshalb soll ein Überblick über diese Faktoren und die damit verknüpften Fragen bei der Auslegung helfen.

Die Lagerluft

Als nominelle Lagerluft bezeichnet man das Maß, um welches sich die beiden Ringe eines Lagers im nicht eingebauten Zustand von einer Endlage in die andere verschieben lassen. Bei den meisten Radialwälzlagern wird die radiale Verschiebbarkeit beziehungsweise die radiale Lagerluft angegeben, während bei gepaarten oder zweireihigen Schrägkugellagern und Kegelrollenlagern eine Angabe der axialen Lagerluft erfolgt. Die Lagerluft wird dabei in Wertebereichen zusammengefasst – den Lagerluftklassen –, die für Standardradiallager durchwegs gemäß DIN 620 genormt und an den Nachsetzzeichen kenntlich sind.

Die Lagerluft beeinflusst die Funktions- und Leistungsfähigkeit des Wälzlagers. Mit Ausnahme von speziellen Anwendungen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass ein Wälzlager im Betrieb über eine Betriebslagerluft („Betriebsspiel“), verfügen muss. Sie resultiert primär aus der gewählten Lagerluftklasse des Wälzlagers im Zusammenspiel mit den für die Anwendung erforderlichen Wellen- und Gehäusepassungen, den für Welle und Gehäuse verwendeten Materialien beziehungsweise deren Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem Temperaturunterschied zwischen Welle und Gehäuse im Betrieb, inklusive einer eventuellen, zusätzlichen über die Welle eingetragenen Erwärmung. In der Regel sorgen diese Faktoren für ein „Einschnüren“ des Lagers, welche die nominelle Lagerluft teils beträchtlich vermindert oder einer unbeabsichtigten Vorspannung führt.

Um eine solche unbeabsichtigte Vorspannung vorzeitig zu erkennen, die erhebliche Reibungsverluste, eine zusätzliche Wärmeentwicklung und einen vorzeitigen Lagerausfall nach sich ziehen kann, sollte die Lagerauswahl immer durch eine Betrachtung der Betriebslagerluft und bei Bedarf durch die Wahl einer höheren Lagerluftklasse ergänzt werden. Entsprechende Näherungsformeln finden sich dazu in den Unterlagen des Herstellers.

Der Käfig

Grundsätzlich liefern Wälzlagerhersteller das jeweilige Lager mit einem Standardkäfig, der in der Summe seiner technischen Merkmale eine Verwendung in allen „normalen“ Anwendungsfällen zulässt. Eine eingehendere Prüfung der Käfigausführung meist in Zusammenarbeit mit dem Wälzlagerhersteller ist unter anderem bei folgenden Betriebsbedingungen angebracht:

  • Betriebstemperatur: Bei einer Betriebstemperatur bis 120 °C werden die Kunststoffkäfige PA6.6 eingesetzt. Darüber hinaus müssen Metallkäfige oder Käfige aus speziellen Kunststoffen wie PEAK verwendet werden.
  • Hohe Beschleunigungen und/oder geringe Lasten: In solchen Fällen sollten abhängig von der Lagerbauform und -größe leichte Kunststoff- oder Stahlblechkäfige eingesetzt werden, um ein Verzögern oder Blockieren der Wälzkörper durch das Gewicht des Käfigs und daraus resultierende Schlupfschäden zu verhindern.
  • Dieselbe Vorgehensweise zur Käfigauswahl sollte auch bei Anwendungen erfolgen, die Stößen, Vibrationen und hohen Fliehkräften ausgesetzt sind.
  • Schmiersituation: Im Allgemeinen kommen bei Fettschmierung wälzkörpergeführte Käfige zum Einsatz, da bei ringgeführten Käfigen die Ausbildung des notwendigen Schmierfilms im Spalt zwischen Käfig und Ring durch Fett nicht zuverlässig gewährleistet werden kann. Bei meist höherem Aufwand in der Lagerperipherie unterliegen ölgeschmierte Lager keinen derartigen Einschränkungen. Speziell beim Einsatz vollsynthetischer Öle ist jedoch Vorsicht bei der Verträglichkeit insbesondere mit technischen Kunststoffen und Gummi oder externen Dichtungen geboten.

Die Schmierung

Die Auswahl eines korrekten Schmierstoffs beziehungsweise die Einordnung der Leistungsfähigkeit und Gebrauchsdauer standardmäßig eingesetzter Schmierstoffe stellt eines der am häufigsten unterschätzten Themen beim Einsatz von Wälzlagern dar. Einerseits ist darauf zu achten, die bestmögliche Schmierwirkung zu erreichen, um die Reibung und den metallischen Kontakt zu minimieren. Andererseits unterliegt jeder Schmierstoff einer Alterung im Betrieb; seine Leistungsfähigkeit und Gebrauchsdauer ist typischerweise vor dem Wälzlager erschöpft. Hier kommt oftmals der Betriebstemperatur eine entscheidende Bedeutung zu. Insgesamt ist eine Betrachtung des Schmierstoffs in Kooperation mit dem Schmierstoffhersteller und dem Wälzlagerproduzenten meist anzuraten.

Angebotene Dichtungsvarianten

Auch hinsichtlich des Einsatzes und der Leistungsfähigkeit der vom Hersteller angebotenen Dichtungsvarianten insbesondere bei Radial-Rillenkugellagern bestehen Fehleinschätzungen. So sind berührende Wälzlagerdichtungen grundsätzlich nicht als flüssigkeitsdicht anzusehen. Dies resultiert einerseits aus dem geringen zur Verfügung stehenden Bauraum und andererseits aus dem notwendigen Kompromiss bei der Auslegung berührender Dichtungen zwischen Dichtwirkung und Minimierung unerwünschter Reibung. Deshalb ist der Einsatz verschiedener Standard-Dichtungsbauformen abhängig von der Anwendung, die erforderliche Schutzwirkung und die daraus resultierende Reibung sind gegeneinander abzuwägen. Bei Bedarf müssen Sonderausführungen verwendet oder Dichtungen durch vorgelagerte Dichtungen ergänzt werden.

Ein häufiges Thema bei lebensdauergeschmierten und gedeckelten oder abgedichteten Wälzlagern ist der „Fettkragen“. Dieser entsteht durch die Fettverteilungs- und Verdrängungsprozesse im Lager bei Aufnahme des Betriebs, wodurch eine geringe Fettmenge aus dem Lagerinnern nach außen verdrängt wird. Auch wenn der zumeist optische Eindruck darunter leidet, stellt dieser Fettkragen keinen Qualitätsmangel dar, sondern bietet einen zusätzlichen Schutz für das Lager. Schmutzpartikel werden so bereits außerhalb des Wälzlagers, entfernt von der eigentlichen Dichtung gebunden, was ein Vordringen in das Lagerinnere verzögert. In Anwendungen, bei denen dieser Fettkragen aus praktischen Gründen unerwünscht ist, kann dem durch eine verringerte Fettfüllmenge und einem Einlaufprozess entgegengewirkt werden.

Die angesprochenen Punkte stellen nur einen kleinen, aber wichtigen Auszug aus der Vielzahl der Aspekte dar, welche beim Einsatz von Wälzlagern beachtet werden müssen. Es sei dahingehend auch auf die entsprechenden Fachpublikationen verwiesen. Zusätzlich bietet NKE seinen Kunden mit der Anwendungstechnik ein Kompetenzzentrum zur Hilfestellung bei der Auslegung von Wälzlagerungen und zur Klärung von technischen Detailfragen.

* David Schaljo ist Leiter Anwendungstechnik bei der NKE Austria GmbH in 4407 Steyr (Österreich), Tel. (00 43-72 52) 8 66 67, office@nke.at

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