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Drehzahlbegrenzungen

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Die Drehzahlfestigkeit eines Lagers hängt in der Regel von der Lagerbetriebstemperatur ab. Bei bestimmten Lagerarten und -anordnungen jedoch können die mechanischen Grenzen der Lagerkomponenten erheblichen Einfluss haben.

In den Produkttabellen sind üblicherweise zwei Drehzahlen angegeben: 

  • die Referenzdrehzahl, die auf den thermischen Bedingungen basiert 
  • die Grenzdrehzahl, die auf den mechanischen Grenzen basiert 
Beide Drehzahlen sind eher Vorsichtsgrenzwerte als strenge Verbotsgrenzwerte, jedoch ist eine Annäherung an einen der beiden ein Zeichen dafür, dass eine gründlichere Analyse der Betriebsbedingungen erforderlich ist.
Für Lager mit Berührungsdichtungen sind in den Produkttabellen keine Referenzdrehzahlen angegeben. In der Regel bestimmt die Grenzdrehzahl die maximale Drehzahl für diese Lager.

Ungefähre thermische Grenzdrehzahl nach Bedingungen der ISO-Norm

Die in den Produkttabellen angegebenen Referenzdrehzahlen basieren auf dem SKF Reibungsmodell und leiten sich ab von der Beharrungstemperatur nach den in der Norm ISO 15312 festgelegten Betriebs- und Kühlungsbedingungen. Die Referenzdrehzahl ermöglicht in erster Linie die schnelle Ermittlung der zulässigen Drehzahl eines Lagers. Außerdem kann sie zur annähernden Ermittlung einer thermischen Grenzdrehzahl herangezogen werden.

Die Referenzdrehzahlen nach ISO bzw. DIN ISO für offene Lager basieren auf den folgenden Betriebsbedingungen:

  • vordefinierte Referenz-Wärmeableitung
  • sehr leichten Belastungen
    • konstante radiale Belastung von P = 0,05 C0 bei Radiallagern
    • konstante axiale Belastung von P = 0,02 C0 bei Axiallagern
  • nomineller Temperaturanstieg von 50 °C über die Bezugstemperatur der Umgebung von 20 °C
  • Ölschmierung mit Mineralöl ohne EP-Zusätze
    • ISO VG32 für Radiallager
    • ISO VG68 für Axiallager
  • saubere Bedingungen
  • ausreichende Betriebslagerluft (→ Wahl der Anfangslagerluft)
  • waagerechte Welle, rotierender Innenring und fester Außenring
Die ISO-Norm nennt keine Bezugsbedingungen für abgedichtete Lager.
Die ISO-Norm wurde für Ölschmierung festgelegt, gilt aber auch für Fettschmierung, sofern Schmierfett auf Lithiumbasis und mit einem Mineralgrundöl mit einer Ölviskosität von 100 bis 200 mm²/s verwendet wird. In fettgeschmierten Lagern ist jedoch ein Anstieg der Betriebstemperaturen nach der Inbetriebnahme normal, bis sich am Ende der Einlaufphase die deutlich niedrigere Beharrungstemperatur einstellt.

Angepasste Referenzdrehzahl

Die ISO Referenzdrehzahlen gelten für eine standardisierte Kombination aus Betriebsbedingungen einschließlich einer standardisierten Wärmeableitung. SKF empfiehlt daher die Berechnung der angepassten Referenzdrehzahl unter Berücksichtigung der tatsächlichen Belastung und Schmierstoffviskosität im jeweiligen Anwendungsfall. Hierfür empfehlen wir die Verwendung des SKF Bearing Calculator. Die Anpassung der Referenzdrehzahl beinhaltet allerdings keine Daten über die tatsächliche Wärmeableitung für die jeweilige Anwendung, weshalb für das Ergebnis eine konservative Herangehensweise empfohlen wird. Um die Effekte der Wärmeableitung miteinzubeziehen, ist eine detaillierte thermische Analyse erforderlich.

Mechanische Grenzdrehzahl

Die in den Produkttabellen angegebenen Grenzdrehzahlen sind maximale Drehzahlen für Lager der Standardausführung und sollten nicht überschritten werden, es sei denn, die Lagerausführung und die Anwendung sind für höhere Drehzahlen ausgelegt.

Grenzdrehzahlen sind abhängig von folgenden Kriterien:

  • Formstabilität und Festigkeit des Käfigs
  • Schmierung der Käfigführungsflächen
  • von den Wälzkörpern verursachte Zentrifugal- und Massenkräfte
  • weitere Faktoren, wie die Ausführung der Dichtung oder die Art des Schmierstoffs

HINWEIS

Bei nicht abgedichteten Radial-Kugellagern übersteigen die Referenzdrehzahlen im Normalfall die Grenzdrehzahlen. Die mechanische Grenzdrehzahl allein sollte nicht verwendet werden. Auch die angepasste Referenzdrehzahl ist zu berechnen. Der jeweils niedrigere Wert ist maßgebend für die Grenzdrehzahl.

Drehzahlen oberhalb der Referenz- oder Grenzdrehzahl

Ein Lager kann bei Drehzahlen oberhalb seiner Referenzdrehzahl, seiner angepassten Referenzdrehzahl oder sogar der Grenzdrehzahl eingesetzt werden. Hierfür müssen im Vorfeld zunächst eine detaillierte thermische Analyse durchgeführt und die erforderlichen Maßnahmen ergriffen werden, z. B. die Verwendung spezieller Käfigausführungen, oder der Einsatz von Hochgenauigkeitslagern erwogen werden. In Bezug auf die Handhabung der Effekte erhöhter Drehzahlen sind folgende Optionen in Erwägung zu ziehen:
  • Der daraus resultierende Anstieg der Lagertemperatur ist durch zusätzliche Kühlung zu regulieren.
  • Für die reduzierte Lagerluft infolge der erhöhten Lagertemperatur muss ein Ausgleich getroffen werden.
  • Mittels einer Überprüfung der Einbautoleranz für das Gehäuse ist sicherzustellen, dass die axiale Verschiebbarkeit von Loslager-Außenringen nicht durch die Auswirkungen der erhöhten Lagertemperatur beeinträchtigt wird.
  • Durch Prüfung der Toleranzklasse des Lagers und der geometrischen Präzision von Wellen- und Gehäusesitzen wird sichergestellt, dass diese so dimensioniert sind, um übermäßige Schwingungen zu vermeiden.
  • Eine andere, für den Betrieb mit höheren Drehzahlen geeignete Käfigausführung ist besonders dann in Erwägung zu ziehen, wenn die Grenzdrehzahl nahezu erreicht oder überschritten wird.
  • Schmierstoff und Schmierverfahren müssen auf die höheren Betriebstemperaturen und die Käfigausführung abgestimmt sein.
  • Auch die Schmierfristen sind ggf. anzupassen, besonders bei fettgeschmierten Lagern. Möglicherweise ist die Schmierung mit Öl erforderlich.
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