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Wälz- und Gleitlager Normen bestimmen mehr als Toleranzen von Wälz- und Gleitlagern

Autor / Redakteur: Henryk Velde / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Normen sollen nicht nur Toleranzen und Abmessungen von Produkten festlegen. Damit man diese vergleichen kann, müssen auch weitere Bedingungen festgelegt werden, wie dieser Beitrag zeigt.

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Die jüngsten Veröffentlichungen des Normen-Arbeitsausschusses „Linearwälzlager einschließlich Teile und Zubehör“ betreffen die Profilschienenführungen mit kompakten Kugel- oder Rollenumlaufwagen.
Die jüngsten Veröffentlichungen des Normen-Arbeitsausschusses „Linearwälzlager einschließlich Teile und Zubehör“ betreffen die Profilschienenführungen mit kompakten Kugel- oder Rollenumlaufwagen.
(Bild: SKF)

Die Aufgabe des Normenausschusses Wälz- und Gleitlager (NAWGL), Arbeitsausschuss NA 118-01-11 AA „Linearwälzlager einschließlich Teile und Zubehör“ ist die Normung und Standardisierung von Abmessungen und Einbautoleranzen zur Sicherstellung der Austauschbarkeit, die Charakterisierung und Verifikation von Produktleistungsdaten sowie sicherheitsrelevante Hinweise für den Einsatz von linearen Wälzführungen zu geben. Dazu zählen Profilschienenführungen, Kugelbüchsenführungen, Flachkäfigführungen, aber auch Kugelgewindetriebe. In diesem Ausschuss sind die interessierten Kreise aus den Bereichen Wirtschaft sowie Wissenschaft und Forschung vertreten. Im Rahmen der internationalen Normungsarbeit vertritt der NA 118-01-11 AA als Spiegelgremium des ISO/TC 4/SC 11 konsensorientiert die Interessen der dort organisierten interessierten Kreise.

DIN 631 beschreibt auch Prüfbedingungen

Die jüngsten Veröffentlichungen dieses Normenausschusses betreffen die Profilschienenführungen mit kompakten Kugel- oder Rollenumlaufwagen. Auch in den zukünftigen Normungsvorhaben spielt die Profilschienenführung eine wichtige Rolle:

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  • In der DIN 631 werden die Tragzahlversuche sowie die Vorgehensweise genormt, um eine Beeinflussung durch Versuchsparameter und der sich anschließenden Auswertung der Versuchsergebnisse auf das Ergebnis auszuschließen.
  • In der DIN 637 werden die Dimensionen und einheitliche Bedingungen für den Betrieb von Profilschienenführungen mit Wälzkörperumlauf festgelegt.
  • Es werden normative Grundlagen zur modifizierten Lebensdauer gegeben, um dem Anwender einen Ausblick auf die zu erwartende Gebrauchsdauer zu ermöglichen.

Die Bewertung einer Profilschienenführung beginnt mit der Darstellung der dynamischen Tragzahl in den Herstellerkatalogen, einer Kenngröße, mit der die nominelle (theoretische) Lebensdauer L10 einer belasteten Führung berechnet werden kann.

Doch inwieweit ist die Zuverlässigkeit der Katalogangabe für die dynamische Tragzahl gewährleistet? Denn bei kompakten Kugel- oder Rollenumlaufwagen spiegeln sich viele Einflüsse beziehungsweise Parameter am Ergebnis wider. So ist es möglich, über die Versuchsparameter einen enormen Einfluss auf die Ergebnisse zu nehmen.

Ohne die Festschreibung der versuchstechnischen Parameter sind Ergebnisse zwischen unterschiedlichen Profilschienenführungen mit kompakten Kugel- oder Rollenumlaufwagen nicht vergleichbar. Dieser Umstand machte eine Normung der versuchstechnischen Parameter notwendig. Um die theoretische Aussagekraft und die Überlebenswahrscheinlichkeit messbar zu machen, wurde mit der DIN 631 eine Prüfspezifikation zur versuchstechnischen Bestätigung der dynamischen Tragzahl C entwickelt.

Statistischer Ansatz ist Basis zur Tragzahlherleitung

Basis zur Herleitung der dynamischen Tragzahl C nach DIN ISO 14728-1 stellt der statistische Ansatz zur Materialermüdung nach Lundberg und Palmgren dar. Dieser beschreibt die Überlebenswahrscheinlichkeit einer Wälzkomponente in Abhängigkeit vom beanspruchten Materialvolumen, der Anzahl von Überrollungen, dem orthogonalen Schubspannungsmaximum, der Tiefe des beanspruchten Materialvolumens und bestimmten Werkstoffkonstanten.

Zur Absicherung einer Baureihe reicht es aus, eine definierte Ausführung bei festgelegter Baugröße der Lebensdauerprüfung zu unterziehen.

Die Baugrößen und Ausführungen der Profilschienenführungen mit kompakten Kugel- oder Rollenumlaufwagen beziehen sich auf die DIN ISO 12090-1, für die Miniaturversion auf die DIN ISO 12090-2. Die DIN 631 empfiehlt zum Beispiel für Profilschienenführungen mit kompakten Kugelumlaufwagen die Baugröße 25 nach DIN ISO 12090-1 als integralen Prüfstandard.

Norm beschreibt Versuchsaufbau

Eine festgelegte Anzahl von Prüf­lingen (mindestens 30) wird unter einer definierten Prüflast mit einem geeigneten Prüfaufbau bei festgeschriebenem Hubverhältnis und ausreichender Schmierstoffmenge bis zur Materialermüdungsgrenze des Werkstoffes getestet. Die Zahl der Prüflinge kann sich, je nach Ausfallquote durch Materialermüdung oder durch einen sonstigen Schaden, deutlich erhöhen.

Wegen der Vielzahl von Überrollungen an den Umkehrpunkten in der Stopp- und Beschleunigungsphase forcieren kurze Hübe die Materialermüdung, durch einen soliden Schmierfilmaufbau steigern lange Hübe hingegen die Lebensdauer. Um die dynamische Tragzahl für den Anwender realistisch messbar zu machen, ist der Hub auf das Fünffache des metallischen Teiles des Führungswagens begrenzt. Hat beispielsweise die Baugröße 25 eine Länge des Stahlteils von 70 mm, ist ein Hub von 350 mm vorgegeben.

In der DIN 631 sind weitere relevante Prüfparameter, wie beispielsweise die Geschwindigkeit, Beschleunigung, Haltezeit, sowie das Ausfallkriterium mit Detektion und Überwachung der Materialermüdung definiert.

Voraussetzung zur Erfüllung der vorliegenden Norm ist die Eignung des Prüfstandkonzeptes zur Einhaltung aller in der Norm festgelegten Parameter und Grenzwerte. Die Ausführung des Prüfstandes ist nicht Inhalt der DIN 631, er muss jedoch die Anforderungen der relevanten Normen erfüllen und bei Bedarf einer kritischen Eignungsprüfung standhalten.

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