Die meisten Pendelrollenlager Ausfälle, die in den ersten Betriebswochen auftreten, lassen sich meist auf einen von zwei Gründen zurückführen: auf die falsche radiale Spielklasse oder auf eine Montagesitzpassung, die nie tatsächlich geprüft wurde. Beides ist vermeidbar. In beiden Fällen entscheiden letztlich zwei Messwerte, die sich in der Werkstatt mit einer Fühlerlehre oder einer Messuhr erfassen lassen.
Zylindrische Bohrung oder Kegelbohrung: Die passende Montageart wählen
Zylindrische Bohrung mit zylindrischer Bohrung wird direkt auf eine Welle mit zylindrischem Sitz gepresst oder thermisch aufgeschrumpft. Die Auslegung und Demontage sind einfacher; bei Wellen mit einem Durchmesser von etwa bis zu 80 mm ist dies in der Regel die Standardwahl, sofern eine mechanische Presse oder ein Induktionsanwärmer eingesetzt werden kann.
Kegelbohrung Lager mitBezeichnung -Zusatz K, Kegel 1:12 als Standard, 1:30 bei einigen großen Abmessungen) wird auf einem konischen Wellensitz oder häufiger auf einer Zug-/Spannhülse für glatte zylindrische Wellen montiert. Beim Aufschieben des Lagers auf den Kegel weitet sich der Innenring und greift formschlüssig auf der Welle; ein Wellenschulter oder eine Passfedernut ist dafür nicht erforderlich. Deshalb gehören Pendelrollenlager mit Kegelbohrung bei Stehlager- und Spannlagereinheiten zur Standardausführung.
Der Nachteil: Bei einer Montage mit Kegelbohrung lässt sich die Passung nicht direkt über das Übermaß prüfen. Stattdessen wird gemessen, um wie viel sich das innere Lagerluftspiel verringert hat oder wie weit das Lager bereits auf den Kegel aufgefahren wurde. Beide Verfahren werden im Folgenden beschrieben.
Radiales Lagerluftspiel: Was C2 bis C5 tatsächlich bedeuten
Das radiale Lagerluftspiel (RIC) bezeichnet den gesamten Weg, den ein Ring gegenüber dem anderen vor der Montage zurücklegen kann; gemessen wird er nach ISO 5753 in Mikrometern (µm). Pendelrollenlager werden geliefert in Normal (CN) Lagerspiel ist bei nahezu allen Herstellern standardmäßig vorhanden.
Größere Lagerluftklassen – C3, C4, C5 – sind vorgesehen, weil bereits die Montage Lagerluft abbaut (der Presssitz dehnt den Innenring) und die Betriebstemperatur sie weiter verringert (der Innenring wird heißer als der Außenring und dehnt sich stärker aus).
Ausgewählte Werte für zylindrische Bohrung, gemäß ISO 5753-1991:
Bohrungsbereich (mm) | C2 (µm) | Normal (µm) | C3 (µm) | C4 (µm) |
|---|---|---|---|---|
50–65 | 20–40 | 40–65 | 65–90 | 90–120 |
80–100 | 35–60 | 60–100 | 100–135 | 135–180 |
100–120 | 40–75 | 75–120 | 120–160 | 160–210 |
140–160 | 60–110 | 110–170 | 170–220 | 220–280 |
180–200 | 70–130 | 130–200 | 200–260 | 260–340 |
Kegelbohrung Die Lagerluftbereiche liegen bei gleichem Nennmaß über denen von Lagern mit zylindrischer Bohrung – bei einer Bohrung von 100–120 mm beträgt die Normalluft bei einem Lager mit kegeliger Bohrung 100–135 µm gegenüber 75–120 µm bei zylindrischer Bohrung –, weil der Montageeingriff über eine Hülse konstruktionsbedingt größer ist und daher eine höhere Ausgangslagerluft erforderlich ist, um im richtigen Betriebsbereich zu landen.
Wann von Normallagerluft auf C3 umgestellt werden sollte: jede Anwendung mit einer Wellenpassung im Übermaß, die enger als Standard ausgeführt ist, oder mit einer im Dauerbetrieb konstant über etwa 70°C liegenden Betriebstemperatur. Andernfalls können der Lagerluftverlust durch die enge Passung und die Wärmeausdehnung die Normallagerluft so weit reduzieren, dass das Lager vorgespannt wird – und ein vorgespanntes Pendelrollenlager läuft heiß, was den Schmierstoffabbau beschleunigt und die Ermüdungslebensdauer verkürzt.
C4 und C5 werden vor allem bei Siebmaschinen sowie bei hohen Drehzahlen und hohen Temperaturen eingesetzt, wenn im Betrieb mit einem noch größeren Lagerspielverlust zu rechnen ist.
Montage eines Kegelbohrungslagers: Die zwei praxistauglichen Verfahren
Methode 1 — Fühlerlehre (mechanisches Aufziehen), für Bohrungen ≤ 120 mm
Messen Sie das unbelastete Lagerspiel an der Oberseite des Lagers (12 Uhr, stehendes Lager) mit einer Fühlerlehre zwischen Außenring und oberster Wälzkörperrolle.
Ziehen Sie das Lager auf der Kegelbohrung auf — bei Bohrungen bis etwa 80 mm mit Nutmutter und Sicherungsscheibe, bei größeren Abmessungen mit einer Hydraulikmutter — und prüfen Sie dabei in regelmäßigen Abständen das Lagerspiel an der Unterseite (6 Uhr) erneut.
Beenden Sie den Vorgang, sobald die Verringerung des Lagerspiels innerhalb des für die jeweilige Bohrungsgröße empfohlenen Bereichs liegt (siehe Rechenbeispiel unten).
Bei Lagern mit einer Bohrung über 120 mm verfälscht die Ringverformung unter dem Eigengewicht des Lagers eine Einzelmessung. Das Standard-Korrekturverfahren misst das Lagerspiel daher an drei Stellen statt an einer: „a“ bei 9 Uhr, „b“ bei 3 Uhr und „c“ bei 12 oder 6 Uhr. Das tatsächliche Lagerspiel ergibt sich dann 0,5 × (a + b + c). Der Dreipunktmittelwert gleicht das Durchhängen aus, das eine Einzelmessung fälschlich als Lagerspiel erfassen würde.
Methode 2 — Aufziehverfahren mit Hydraulikmutter, für abgedichtete Lager oder große Bohrungen
Abgedichtete Pendelrollenlager lassen sich mit einer Fühlerlehre nicht prüfen, da die Dichtung den Zugang zu den Wälzkörpern blockiert. Verwenden Sie dafür sowie für jedes große Lager mit Kegelbohrung eine Hydraulikmutter mit Messuhr: Der Hydraulikdruck zieht das Lager auf die Kegelbohrung auf, während die Messuhr den axialen Weg direkt erfasst; dieser steht über den Kegelwinkel in Beziehung zur Verringerung des Lagerspiels.
Rechenbeispiel — 190 mm Bohrung, Kegel 1:12, Normales Lagerspiel:
Parameter | Wert |
|---|---|
Radiales Lagerspiel vor der Montage | 0,14–0,20 mm |
Zielwert für die Verringerung des Lagerspiels | 0,09–0,13 mm |
Axiales Aufziehen auf Vollwelle | 1,4–2,0 mm |
Axiales Aufschieben auf Spannhülse | 1,5–2,2 mm |
Mindest-Restrialluft nach der Montage | 0,07 mm |
Zu beachten ist, dass die axiale Aufschiebeweite etwa 16-mal der Luftreduzierung bei einer 1:12-Kegelbohrung auf einer Vollwelle entspricht und bei 18-mal bei Spannhülsenmontage. Der Kegelwinkel wandelt eine geringe radiale Veränderung in einen axialen Weg um, der sich mit einer Messuhr tatsächlich erfassen lässt. Bei einem 1:30-Kegel steigen diese Faktoren auf rund 39× bzw. 42×, da ein flacherer Kegel für die gleiche radiale Aufweitung einen größeren axialen Weg erfordert.
Grenze der axialen Belastung bei Spann- und Abziehhülsen
Wird ein Pendelrollenlager auf einer glatten Welle mit einer Spann- oder Abziehhülse ohne festen Wellenbund montiert, so wird die übertragbare Axiallast nicht durch das Lager selbst, sondern durch die Reibung zwischen Welle und Hülse begrenzt:
Fap = 3 × B × d
Dabei ist Fap die zulässige maximale Axiallast in Newton, B die Lagerbreite in mm und d der Bohrungsdurchmesser in mm. Beim 22320 Lager (Bohrung 100 mm, Breite 73 mm) begrenzt sich die axial zulässige Last bei Hülsemontage damit auf rund 21.900 N – deutlich unterhalb der statischen Tragzahl des Lagers. Deshalb werden hülsenmontierte Ausführungen vor allem für radiallastdominierte Anwendungen und nicht für stark axial beanspruchte Einsatzfälle spezifiziert.
Anwendungen in Stehlager- und Spannlagergehäusen
Pendelrollenlager mit Kegelbohrung auf Spannhülsen sind der Standard in Stehlagergehäusen der Bauarten SNW/SAF sowie in Spannlagereinheiten bei Fördersystemen, gerade weil die Hülse eine Wellenschulter oder Passfedernut überflüssig macht — eine glatte, durchgehend zylindrische Welle kann verwendet werden, und die Position des Gehäuses lässt sich entlang der Welle anpassen. Die zuvor beschriebenen Grundsätze zu Lagerluft und Anzugweg gelten in diesen Gehäusen unverändert; der einzige Unterschied besteht darin, dass nicht ein in eine größere Welle eingearbeiteter Lagersitz, sondern die Gehäusebohrung die Führung des Außenrings übernimmt.
Häufige Montagefehler
Das Lager mit Gewalt auf die Welle pressen ohne zuvor zu prüfen, ob es bereits plan anliegt — das führt zu Ringverformungen, die sich als vorzeitige Schwingungen bemerkbar machen.
Ungleichmäßiges Anziehen der Sicherungsmutter — das Lager wird dadurch schräg auf den Kegel gezogen; es entsteht eine Fehlausrichtung, die die Pendelrolleigenschaft des Lagers zunächst noch eine Zeit lang kompensieren kann, bis dies nicht mehr möglich ist.
Die Kontrolle der Lagerluft vollständig auslassen und die Montage „nach Gefühl“ vornehmen — dies ist die häufigste Ursache für frühzeitige Lagerausfälle bei Ausführungen mit Kegelbohrung.
Eine Fühlerlehre an einem abgedichteten Lager verwenden — eine exakte Messung ist dabei physikalisch nicht möglich; verwenden Sie stattdessen die Anzugwegmethode.
FAQ
Ist die radiale Lagerluft dasselbe wie die Vorspannung des Lagers?
Nein — die Lagerluft bezeichnet das Spiel, das vor dem Einwirken einer äußeren Kraft vorhanden ist; Vorspannung hingegen ist eine gezielt eingestellte negative Lagerluft, die bei bestimmten Präzisionslagerpaarungen eingesetzt wird. Ein fachgerecht montiertes Pendelrollenlager behält nach der Montage eine positive Restlagerluft (siehe das Mindestmaß von 0.07 mm im Rechenbeispiel); es ist nicht vorgespannt.
Wie oft sollte die montierte Lagerluft nach der Installation erneut geprüft werden?
Das ist keine laufende Wartungsprüfung — die Verringerung der Lagerluft wird einmalig während der Montage verifiziert. Danach wird die thermische Ausdehnung im Betrieb berücksichtigt; sie ist bereits durch die im Vorfeld gewählte Lagerluftklasse eingeplant.
Bedeutet eine engere Wellenpassung immer, dass ich direkt auf C3 oder C4 gehen sollte?
Nur dann, wenn der daraus resultierende Verlust an Lagerluft das Lager unter Betriebsbedingungen in Richtung Null-Lagerluft drückt. Bei mittleren Übermaßpassungen und normalen Betriebstemperaturen ist die normale Lagerluft in Verbindung mit einem korrekt gemessenen Anzugweg häufig ausreichend — ein vorschneller Wechsel auf C4 ohne Prüfung der Werte kann dagegen zu zu großem Spiel führen; die Folge sind Geräusche und Rollenschlupf statt Überhitzung.
Die dargestellten Lagerluftwerte und Anzugwegverhältnisse entsprechen ISO 5753-1 und der üblichen 1:12-/1:30-Kegeligeometrie. Die Angaben sind repräsentativ für die genannte Bohrungs- und Kegel-Kombination; prüfen Sie die exakten Werte vor der Montage anhand der Montaganweisung Ihres Lieferanten für das jeweilige Lager.
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