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Radiale Befestigung der Lager

Die Innen- und Außenringe von Gelenklagern müssen auf der Welle und im Gehäuse radial gesichert (festgesetzt) werden, damit keine Schubbewegungen im Lager auftreten und die Gegenstücke nicht mitdrehen. Das Mitdrehen des Gegenstücks tritt auf, wenn sich ein Gegenstück bei Belastung in Umfangsrichtung in seiner Aufnahme dreht. Um ein Lager radial festzusetzen, ist in der Regel eine feste Passung erforderlich. Ist jedoch ein einfacher Ein- und Ausbau erwünscht, oder muss bei Loslagern die axiale Verschiebbarkeit sichergestellt werden, kann nicht immer eine feste Passung angewendet werden. Die geeignete Passung richtet sich nach den Betriebsbedingungen.

1. Art und Größe der Belastung

Das Passungsmaß muss auf Art und Höhe der Belastung abgestimmt werden; je höher die Belastungen und dabei vor allem die Stoßbelastungen, umso enger muss ist die benötigte Passung sein (Bild 1).

  • Bei hohen Belastungen erfolgt eine elastische Verformung der Gelenklager, was sich auf die feste Passung auswirken und zum Mitdrehen des Gegenstücks führen kann.
  • Die Festigkeit der betroffenen Komponenten muss so hoch sein, dass die Belastungen aufgenommen werden können und das Lager einwandfrei abgestützt wird.
  • Falls sich die betroffenen Komponenten verformen, besteht die Gefahr, dass die durchgehärteten Lagerringe reißen.
  • Stahl/Stahl Radial-Gelenklager benötigen eine engere Passung als vergleichbare wartungsfreie Lager, die eine niedrigere Reibungszahl aufweisen.

2. Lagerluft

Eine feste Passung auf der Welle und im Gehäuse bewirkt, dass der Innenring elastisch aufgeweitet und der Außenring elastisch zusammengedrückt wird. Das verringert die ursprüngliche Radialluft des Lagers vor der Inbetriebnahme. Hinsichtlich des Betriebsspiels (Bild 2) müssen ferner die Belastung und Betriebstemperatur berücksichtigt werden.
Die anfängliche Lagerluft ist je nach Bauform und Größe des Lagers unterschiedlich. Die Lagerluft wurde derart gewählt, dass die empfohlenen Toleranzen für Welle und Gehäuseaufnahmen angewendet werden können und bei normalen Betriebsbedingungen eine zweckentsprechende Betriebsluft (oder Vorspannung) im Lager erhalten bleibt.
Falls für beide Lagerringe eine feste Passung angewendet wird oder die Betriebstemperaturen unüblich sind, kann es erforderlich sein, eine größere ursprüngliche Lagerluft als üblich für Stahl/Stahl-Lager anzuwenden.

3. Temperaturen

Bei Betrieb erwärmen sich die Lagerringe häufig stärker als die Lagersitze. Das bedeutet:

  • Der Innenring lockert sich (Bild 3).
  • Die Passung des Außenrings nimmt zu; dadurch kann die axiale Verspannung im Gehäuse begrenzt werden.
Falls ein erheblicher Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenring besteht, kann sich das Betriebsspiel ändern. Dieser Umstand muss bei der Auswahl der Passung berücksichtigt werden, da das Lager andernfalls klemmen kann und eine Drehung der Welle erschwert oder unmöglich macht.

4. Ausführung der Gegenstücke

Die Lagersitze auf der Welle und im Gehäuse dürfen keine ungleichförmige Verwindung
(Unrundheit) der Lagerringe (Bild 4) verursachen.
Daher:

  • Geteilte Gehäuse eignen sich nicht für Presspassungen.
  • Dünnwandige Gehäuse, Gehäuse aus Leichtmetall oder Hohlwellen erfordern festere Passungen als dickwandige Stahl- oder Graugussgehäuse oder als Vollwellen und müssen daher eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
  • Für hohe Belastungen und Presspassungen sind dickwandige einteilige Gehäuse aus Stahl oder Grauguss und Vollwellen aus Stahl erforderlich.

5. Axiale Verspannung von Loslagern

Ein Loslager dient nur für als radiale Stütze und muss immer axial verschiebbar sein (Bild 5). Dies wird normalerweise dadurch erreicht, dass man für einen Lagerring - in der Regel den Innenring des Gelenklagers - eine lose Passung wählt. Die Gründe hierfür sind unter anderem: 

  • Der Wellensitz kann einfach und kostengünstig gehärtet und geschliffen werden, um eine axiale Verschiebbarkeit zu ermöglichen. Der Härtegrad der Welle muss mindestens 50 HRC betragen.
  • Die Außenringe der meisten Gelenklager sind an einer oder an zwei Stellen durch Bruchtrennen axial oder radial geteilt. Das kann eine axiale Verschiebbarkeit erschweren oder sogar unmöglich machen.
  • Die Gehäusebohrung muss vor Verschleiß geschützt werden.

Oberflächenbeschaffenheit der Lagersitze


Die empfohlene Oberflächenrauheit für
Lagersitze beträgt gemäß ISO 4288:1997.

  • für Wellensitze Rz ≤ 10 μm
  • für Lagersitzbohrungen Rz ≤ 16 μm

Passungsempfehlungen


Nur wenige ISO-Toleranzklassen eignen sich für Gelenklager. Bild 6 zeigt als Übersicht deren jeweilige Positionen bezogen auf Bohrung und Außendurchmesser der Lager. Die empfohlenen Toleranzklassen für

  • den Wellensitz sind in Tabelle 1 aufgeführt.
  • die Gehäusebohrungen sind in Tabelle 2
    aufgeführt.

Diese Empfehlungen beruhen auf den vorstehend beschriebenen Auswahlrichtlinien und haben sich für die verschiedensten Anwendungsfälle und Lagerungen bewährt. Die ISO Toleranzgrenzen sind aufgelistet in

Um die Berechnung des jeweiligen Minimal- und Maximalwertes des theoretischen Passungsübermaßes oder -spiels zu vereinfachen, wurden zusätzlich die genormten Abmaße für den Bohrungsdurchmesser (Δdmp) und den Außendurchmesser (ΔDmp) der Lager in Tabelle 3 und Tabelle 4 aufgenommen.
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