Wälzlager konstruktionspraxis-Serie Wälzlager Folge 2: Lagerauswahl und Berechnung

Nachdem, wie in Folge 1 „Auswahl von Lagerungen“ beschrieben, der Konstrukteur die in der Anwendung auftretenden Kräfte, Drehzahlen und weiteren Bedingungen für die Lagerungen berechnet und festgelegt hatte, steht er nun vor der Aufgabe, das passende Wälzlager in seine Konstruktion einzusetzen.

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Bauraum und Lastrichtung alleine genügen nicht, um ein Wälzlager für eine bestimmte Anwendung auszuwählen. Geforderte Lebensdauer und Einsatzbedingungen werfen viele Fragen auf, welche die Lagerauswahl entweder bestätigen oder negieren. Sind die Einflussgrößen auf die Lebensdauer des Wälzlagers bekannt oder zu optimieren, kann für die Lebensdauerberechnung vielfach die erweiterte modifizierte Lebensdauerberechnung herangezogen werden. Oft ergeben sich daraus Ansätze zum „Downsizing“.

Wie lange hält das Lager? Übernimmt es die geforderten Drehzahlen?...

Im Wälzlagerkatalog findet der Konstrukteur schnell mehrere Lagerbauformen, die den Anforderungen seiner Wellenlagerung augenscheinlich entsprechen. Neben den Abmessungen der Lager stehen unterschiedliche Hinweise zu Tragzahlen, Drehzahlen und Einbau. Diese technischen Daten helfen ihm weiter, die mögliche Bandbreite der einzusetzenden Wälzlager einzuschränken.

Dazu stellt er sich beispielsweise die Fragen: „Wie lange hält das Lager? Übernimmt es die geforderten Drehzahlen? Genügen die im Wellensystem vorgesehenen Schmierstoffe den Anforderungen des Wälzlagers? Welche Schmierung benötigt das Wälzlager?“

Der Konstrukteur steht vor der Qual der Wahl

Werden wir etwas konkreter. Der Konstrukteur steht vor der Wahl, entweder ein HK2520 oder ein NK25/20 einzusetzen. Während er mit dem HK2520 eine Nadelhülse betrachtet, sieht er beim NK25/20 ein massives Nadellager mit einem um einen Millimeter größeren Außendurchmesser. Zudem unterscheiden sich die beiden Nadellager unter anderem in den dynamischen Tragzahlen. Dem Hülsenlager steht die Tragzahl C=19000N gegenüber, dem Massiv-Nadellager dagegen der höhere Wert mit C=21300. Das NKI25/20 ist demnach belastbarer.

Die dynamische Tragzahl zusammen mit der Drehzahl und der Belastung des Lagers in die im Katalog genannte Formel zur Lebensdauerberechnung eingesetzt, geben den ersten wichtigen Hinweis zur zu erwartenden Lebensdauer des Lagers. Nach den in der Konstruktion vorgegebenen Werten erreicht das HK2520 die nominelle Lebensdauer von Lh=2336 h, das NK25/20 dagegen 2930 h. Die geforderte Lebensdauer liegt bei 2750 h. Demnach käme als Loslager nur das NK25/20 in Frage.

Doch der Konstrukteur liest im Katalog noch etwas weiter. Und so erfährt er von der Möglichkeit, dass neben der nominellen Lebensdauer noch eine modifizierte und eine erweiterte modifizierte Lebensdauer berechnet werden kann. Vor allem die Schmierung des Lagers und die Sauberkeit der Umgebung und des Schmierstoffes, aber auch Additive im Schmierstoff spielen hier eine wichtige Rolle.

Und: Die Tragzahl des vermutlich günstigeren HK2520 mit gezogenem Außenring im Vergleich zum vermutlich teurerem Massiv-Nadellager NKI25/20 liegt gar nicht so weit von den geforderten 2750 h entfernt. (Mehr Infos, wenn Sie weiterlesen)

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