Wälzlager So sieht der optimale Berührungswinkel für Spindellager aus

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Der Berührungswinkel der Wälzkörper in Spindellagern beeinflusst deren Eigenschaften erheblich. Die Spezialisten von UKF erklären hier, wie der optimale Winkel aussieht.

Spindellager sind Radial-Schrägkugellager nach DIN 628-6 mit erhöhter Genauigkeit und in der Regel mit einem Berührungswinkel von 15° oder 25°. Hauptanwendungsgebiet ist der Werkzeugmaschinenbau. Meist werden die Lager dort satzweise in Arbeitsspindeln eingesetzt.

Lager für Anwendungen mit vorrangig radialer Belastung

Lager mit einem Druckwinkel von 15° eignen sich eher für Anwendungen mit höheren Drehzahlen und vorrangig radialer Belastung. Die Lastaufnahme bzw. Steifigkeit in axialer Richtung ist hingegen vergleichsweise gering. Zudem stellt sich bei hohen Drehzahlen ein noch geringerer Kugelanlagewinkel ein, da die auf die Wälzkörper wirkende Zentrifugalkraft die Kugeln radial nach außen drückt.

Wälzlager

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Lager für Anwendungen mit axialer Belastung

Lager mit einem Druckwinkel von 25° hingegen können Axialkräfte sehr gut abstützen und sind unempfindlich gegenüber Winkelverlagerungen, die aus Fliehkraft oder äußerer Belastung herrühren. Zwangsläufig resultiert daraus allerdings eine erhöhte Reibung, sodass eine deutlich geringere Drehzahleignung in Kauf genommen werden muss.

Moderne Werkzeugmaschinen sind häufig Mehrzweckmaschinen mit wechselnden Anforderungen, zum Beispiel Bearbeitungszentren, Drehmaschinen mit Zusatzspindeln und angetriebenen Werkzeugen oder Universalschleifmaschinen für Innen- und Außenbearbeitung. Die dabei an die Lagerung gestellten Bedingungen sind mit einer Entweder-Oder-Entscheidung bezüglich der oben genannten Berührungswinkel oft nur unzureichend zu erfüllen.

Kontaktwinkel von 21° erzeugt den größten Nutzen

Deshalb haben die Spezialisten von UKF ihre Spindellager der Bauformen USS (einreihig) und USO (doppelreihig, O-Anordnung) mit dem sogenannten optimierten Kugelanlagewinkel entwickelt.

Der optimale Druckwinkel ergibt sich nun aber nicht beim arithmetischen Mittelwert von 20°. Den größten Nutzen erzielt man mit einem Kontaktwinkel von genau 21°, da die geringe axiale Tragfähigkeit eines 15°-Lagers vermieden wird und höhere Drehzahlen als ein 25°-Lager erreicht werden. Ein breiterer Einsatzbereich ist dadurch möglich. Die Grafik veranschaulicht das Ganze: Auf der horizontalen Achse ist die erreichbare Drehzahl abgetragen; die Vertikale verkörpert die axiale Belastbarkeit eines Lagers. Der Axialkraftgewinn des winkeloptimierten Lagers ist gegenüber einem 15°-Lager bereits beträchtlich, ebenso die Drehzahlsteigerung im Vergleich zum 25°-Lager.

Hybridlager mit Keramik-Wälzkörper für höhere Drehzahlen

Die USS- und USO-Lager von UKF verfügen über große Kugeln und daher hohe Tragzahlen. Sie sind in den für Spindellager üblichen Reihen 719 und 70 als Katalogteile lieferbar. Andere Maßreihen wie 718 oder 72 können bei wirtschaftlichen Stückzahlen auf Anfrage ebenfalls mit optimiertem Kugelanlagewinkel angeboten werden.

Mit der Bezeichnung USSC bzw. USOC sind Hybridlager mit Keramik-Wälzkörpern für höhere Drehzahlen lieferbar bzw. mit dem Vorsetzzeichen XH mit Ringen aus Cronidex-Stahl. Optionen wie Direktschmierung durch den Außenring oder beidseitige Abdichtung mit nicht berührenden Deckscheiben sind ebenso möglich. Die Laufgenauigkeit reicht bis zur UKF-Qualitätsklasse HQ, also besser als die allgemein verbreiteten Spindellager-Genauigkeiten P4 oder P2.

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* Dipl.-Ing. (FH) Hartmut Strauch ist Geschäftsführer der UKF Universal Kugellager Fabrik GmbH.

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