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Dynamische axiale Tragfähigkeit

Zweireihige Zylinderrollenlager mit Borden am Innen- und Außenring können neben radialen auch axiale Belastungen aufnehmen. Ihre axiale Belastbarkeit wird primär von der Tragfähigkeit der Gleitflächen an der Rollen-Bord-Kontaktfläche bestimmt. Die diesbezüglich wichtigsten Einflussfaktoren sind Schmierstoff, Betriebstemperatur und Wärmeableitung.

Berechnung der dynamischen axialen Tragfähigkeit

Bei normalen Betriebsbedingungen kann die axiale Tragfähigkeit mit den nachstehenden Gleichungen näherungsweise bestimmt werden. Folgende Bedingungen gelten als typisch für den normalen Lagerbetrieb:
  • Bestimmte Temperatur
    Zwischen der Lagerbetriebstemperatur und der Umgebungstemperatur besteht eine Differenz von 60 °C.
  • Spezifischer Wärmeverlust durch das Lager
    Der Wärmefluss beträgt 0,5 mW/mm2 °C (Bezugsgröße ist die Außendurchmesserfläche des Lagers; A = π D B).
  • Angemessene Schmierung
    Ein Viskositätsverhältnis κ ≥ 2 ist erforderlich (vgl. Abschnitt Schmierbedingungen – Viskositätsverhältnis κ). Bei Fettschmierung ist die Viskosität des Grundöls einzusetzen. Bei κ < 2 erhöhen sich Reibung und Verschleiß. Bei niedrigen Drehzahlen können diese Effekte reduziert werden, zum Beispiel durch einen Schmierstoff mit verschleißhemmenden Zusätzen (AW) oder mit Hochdruckzusätzen (EP). Im Falle von Fettschmierung und länger wirkenden Axialbelastungen empfiehlt es sich, die Lager häufig zu schmieren und ein Schmierfett zu wählen, das eine Ölabscheidung von mehr als 3 % bei normaler Betriebstemperatur aufweist (entsprechend DIN 51817).
  • Ausreichende Radialbelastung
    Die Radialbelastung sollte mindestens das Doppelte der Axialbelastung betragen. Ein niedrigeres Verhältnis von Axial- zu Radialbelastung ist möglich, sollte aber mit dem Technischen SKF Beratungsservice abgeklärt werden.
  • Begrenzte Schiefstellungen
    Bei Schiefstellungen zwischen Innen- und Außenring von mehr als 1 Winkelminute verändert sich die Wirkung der Belastung am Bord wesentlich. Die Sicherheitsfaktoren in den Grenzwerten könnten sich dann als unzureichend erweisen. In solchen Fällen empfiehlt es sich jedoch, den Technischen SKF Beratungsservice einzuschalten.
Für Lager mit einer Wärmeabgabefläche Ar ≤ 50 000 mm2 lässt sich die zulässige Axialbelastung mit ausreichender Genauigkeit wie folgt bestimmen:

Für Lager mit einer Wärmeabgabefläche von Ar > 50 000 mm2 lässt sich die zulässige Axialbelastung mit ausreichender Genauigkeit wie folgt bestimmen:

Wenn eine Ölumlaufschmierung eine ausreichende Kühlung gewährleistet, erhöht sich die zulässige Axialbelastung wie folgt:

ΔFap = k1 ΔTs Vs 15 × 104 / (n (d + D))

Hierin sind

Ar=Wärmeabgabefläche nach ISO 15312:2003
=π B (D + d) [mm2]
Fap=zulässige Axialbelastung [kN]
ΔFap=Erhöhung der zulässigen Axialbelastung durch Kühlung [kN]
C0=statische Tragzahl [kN]
Fr=tatsächliche radiale Lagerbelastung [kN]
n=Drehzahl [min-1]
d=Lagerbohrungsdurchmesser [mm]
D=Außendurchmesser des Lagers [mm]
B=Lagerbreite [mm]
ΔTs=Temperaturdifferenz zwischen Öleinlass und Auslass [°C]
Vs
Öldurchfluss durch das Lager [l/min]
k1=ein Faktor
= 0,5 für Ölschmierung
= 0,3 für Fettschmierung
k2=ein Faktor
= 0,05 für Ölschmierung
= 0,03 für Fettschmierung
Die aus den Gleichungen ermittelte zulässige Belastung Fap gilt für eine dauernd wirkende konstante Axialbelastung bei ausreichender Schmierstoffversorgung der Rollen-Bord-Berührungsstellen. Bei kurzzeitig wirkender Axialbelastung sind doppelte Werte und bei stoßartig wirkender Axialbelastung sind dreifache Werte zulässig, wenn die nachstehenden Grenzwerte für die Bordfestigkeit nicht überschritten werden. Eine kurze Belastung kann einige Sekunden, aber auch mehrere Minuten dauern. Sie ist durch eine Temperaturspitze von max. 5 °C und anschließender Rückkehr zur normalen Betriebstemperatur gekennzeichnet. Als Faustregel gilt, dass eine kurze Belastung nicht länger als 1 000 Umdrehungen dauern sollte. Die nach den vorstehenden Gleichungen ermittelten Werte sind keine allgemeinverbindlichen Grenzwerte. Sollte eine axiale Tragfähigkeit gefordert sein, die über dem rechnerisch bestimmtem Wert liegt, wenden Sie sich bitte an den Technischen SKF Beratungsservice.

Axialbelastungsgrenzwert als Funktion der Bordfestigkeit

Um das Risiko von Bordbruch zu vermeiden, darf die konstant wirkende Axialbelastung folgenden Wert nicht überschreiten:

Famax = 0,0023 D1,7

Hierin sind

Famax=maximal konstant wirkende Axialbelastung [kN]
D=Außendurchmesser des Lagers [mm]
Bei kurzzeitig wirkender Axialbelastung kann Famax verdoppelt und bei stoßartig wirkender Axialbelastung verdreifacht werden.

Anforderungen für Anlaufflächen

Wenn zweireihige Zylinderrollenlager hohen Axiallasten ausgesetzt sind, können Axialschlag und die Größe der Anlaufflächen von Nachbarkomponenten die Bordbelastung und Laufgenauigkeit beeinflussen. Die Werte in der Tabelleerlauben eine gleichmäßige Bordbelastung und eine ausreichende Laufgenauigkeit. Für den Durchmesser der Anlaufflächen empfiehlt SKF eine Abstützung des Innenrings entsprechend halber Bordhöhe (Bild 1).
das = 0,5 (d1 + F)

Hierin sind

das=Durchmesser der Wellenanlauffläche [mm]
d1=Durchmesser des Innenringbords [mm]
F=Durchmesser der Innenringlaufbahn [mm]
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