Innere Konstruktion von Kugellagern

Berechnung der Lebensdauer

Die Lebensdauerberechnung von Kugellagern, mit dem Hinweis für weitere Entwicklungsmöglichkeiten, ist in ISO 281, ISO 16284 und ISO 76 Normen beschrieben.


Genauigkeit

Waelzlager werden je nach Einsatzgebiet in verschiedenen Genauigkeitsgruppen gefertigt. Alle Waelzlagertypen sind für allgemeine Anwendungen in Standardtoleranzen erhaeltlich (Mass- und Funktionstoleranzen). Besonders eingeengte Toleranzen gelten für Werkzeugmaschinen und hochtourige Spindeln. Diese Anwendungen erfordern sehr enge Fertigungstoleranzen. Zusaetzlich dazu müssen die Bearbeitungstoleranzen der Umbauteile ebenfalls eingeengt werden.
Die Genauigkeitsklassen der Waelzlager sind in detaillierter Form in den ISO 492 und TS 6269 Normen angegeben. Demnach
P0 Genauigkaitesklasse : Normale Fertigungs und Funktionstoleranzen (wird nicht markiert)
P6 Genauigkaitesklasse : Geringere Fertigungs und Funktionstoleranzen als P0
P5 Genauigkaitesklasse : Geringere Fertigungs und Funktionstoleranzen als P6
P4 Genauigkaitesklasse : Geringere Fertigungs und Funktionstoleranzen als P5
P2 Genauigkaitesklasse : Geringere Fertigungs und Funktionstoleranzen als P4
Selbst die Kantenverkürzungen der Waelzlagerringe sind in diesen Normen angegeben, können jedoch bei speziellen Anwendungen abweichen.


Lagerluft

Beim Festhalten eines Ringes laesst sich der andere Ring bei einem Waelzlager in radialer und in axialer Richtung verschieben. Der Betrag dieser Verschiebung ist die Lagerluft und laesst sich in radialer und axialer Luft unterteilen.
Waelzlager sollten auf die Welle mit grösster Vorsicht montiert werden. Die Lagerluft des eingebauten Lagers betraegt wenige Mikrometer. Diese Genauigkeiten sind nur durch Beachtung mehrerer Kriterien erreichbar. Die unterschiedliche Waermeausdehnung der Ringe sowie der Umbauteile kann zu Verspannungen des Lagers führen. Eine Presspassung führt zur Verringerung der Lagerluft. Generell gilt, die Lagerluft eines Kugellagers nach der Montage ist kleiner als vor der Montage. Die Lagerluft soll je nach Anwendungsfall und Arbeitsbedingungen ausgewaehlt werden. Zu diesem Zweck werden Waelzlager auch mit kleinerer und grösserer Lagerluft als normal angeboten.
Lagerluft ist in den ISO 5753-1 und TS 6269 Normen detailliert beschrieben und in Klassen aufgeteilt. Demnach ist
C2 Lagerluft : kleiner als normale C0 Lagerluft
C0 (Normal) Lagerluft : Normale Lagerluft, wird nicht kodiert und nicht markiert
C3 Lagerluft : Grösser als normale Lagerluft
C4 Lagerluft : Grösser als C3 Lagerluft
C5 Lagerluft : Grösser als C4 Lagerluft
Für die Auswahl der Lagerluft zu beachtende Punkte sind:
1 - Unter normalen Arbeitsbedingungen mit leichter Presspassung für die Montage des einen Ringes wird die normale Lagerluft ( C0 ) bevorzugt.
2 - Wenn Übergangspassung benötigt wird, ist die kleinere Lagerluft mit C2 zu empfehlen, dabei sollten die Ringe bei der Montage keine Prespassung haben.
3 - Die grösseren Lagerluftklassen C3, C4 und C5 sind beispielsweise bei Presspassungen für höhere Lagerlasten, bei grösseren Temperaturunterschieden zwischen den Ringen, bei Kühlung des Gehaeuses und Erwaermung der Welle zubevorzugen.


Arbeitstemperaturen (Waermebehandlungsklassen)

Wenn keine besonderen Forderungen vorliegen, werden generell alle Kugellager für Arbeitstemperaturen bis 150 °C waermebehandelt. So können die Kugellager ohne Massaenderung und ohne Deformation arbeiten. Für höhere Arbeitestemperaturen müssen allerdings die Kugellager spezielle Waermebehandlungen erfahren. So entstehen die Stabilitaetsklassen:
S0 (Normal) Waermebehandlung : Für max. Arbeitstemperaturen bis 150 °C, Haerte 60 – 64 HRC, wird nicht kodiert nicht markiert
S1 Waermebehandlung : Für max. Arbeitstemperaturen bis 200 °C, Haerte 57 – 61 HRC,
S2 Waermebehandlung : Für max. Arbeitstemperaturen bis 250 °C, Haerte 53 – 57 HRC,
S3 Waermebehandlung : Für max. Arbeitstemperaturen bis 300 °C, Haerte 51 – 55 HRC,
S4 Waermebehandlung : Für max. Arbeitstemperaturen bis 350 °C, Haerte 50 – 54 HRC,


Material

Das Material bestimmt entscheidend die Lebensdauer und die Leistungsfaehigkeit eines Lagers. Die Faktoren, wie zu tragende Last, Spannungen an Kontaktstellen, Haerte, Arbeitstemperaturen, Verschleiss, Stossbelastungen, Vibration und Masstabilitaet beeinflussen die Materialauswahl.
Der Einsatz von 100Cr6 als Waelzlagerstahl für Ringe und Kugeln mit den Eigenschaften Durchhaertbarkeit, hoher C-Gehalt ist am weitesten verbreitet. Der Waelzlagerstahl ist in DIN Normen mit Stahlnummer 1.3505 angegeben.
Ausser 100Cr6 können dessen Legierungen, Einsatzstaehle und einige weitere Spezialstaehle verwendet werden.