Wahl der Vorspannung

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

Je nach Anwendungsfall kann es erforderlich sein, eine Lagerung vorzuspannen. Wenn beispielsweise eine hohe Steifigkeit oder Positionskontrolle erwünscht ist, können die Lager mit einer Vorspannung eingebaut werden. Eine Vorspannung kann auch dann vorteilhaft sein, wenn Lager im Betrieb ohne oder mit nur kleiner Last umlaufen, um eine Mindestbelastung sicherzustellen.
Die Anwendung der Vorspannung erfolgt in der Regel durch Messen einer Kraft, mitunter einer Verschiebung über einen Weg, oder durch Messen des Reibungsmoments beim Einbau.
Erfahrungswerte für die optimale Vorspannung können aus bewährten Lageranordnungen übernommen und für andere Lageranordnungen ähnlicher Bauart vorgesehen werden. Bei Neukonstruktionen empfiehlt SKF, die geeignete Vorspannkraft rechnerisch mithilfe von SKF SimPro Quick oder SKF SimPro Expert zu ermitteln und durch Versuche zu überprüfen. Wie zuverlässig die Berechnung für die jeweilige Anwendung ist, hängt vor allem davon ab, wie weit die getroffenen Annahmen über die Temperaturverhältnisse im Betrieb und das elastische Verhalten der Gegenstücke – vor allem der Gehäuse – mit den tatsächlichen Verhältnissen übereinstimmen. In diesem Zusammenhang müssen die Auswirkungen des Anlaufens bei niedrigen Umgebungstemperaturen in die Tests miteinbezogen werden.

Arten der Vorspannung

Je nach Lagerart wird zwischen radialer und axialer Vorspannung unterschieden. Hochgenauigkeits-Zylinderrollenlager beispielsweise können aufgrund ihrer Konstruktion nur radial, Schrägkugellager und Kegelrollenlager dagegen nur axial vorgespannt werden.
Einreihige Kegelrollenlager oder Schrägkugellager kommen meist zusammen mit einem zweiten Lager des gleichen Typs zum Einsatz, entweder in O-Anordnung (Berührungslinien laufen auseinander, Bild 1) oder in X-Anordnung (die Berührungslinien laufen zusammen, Bild 2). Das gleiche gilt für einreihige Schrägkugellager.
Der Abstand L zwischen den Druckmittelpunkten ist bei O-Anordnung größer (Bild 1), bei X-Anordnung dagegen kleiner (Bild 2). Lager in O-Anordnung können größere Kippmomente aufnehmen.
Wird die Welle im Betrieb wärmer als das Gehäuse, so ändert sich im Allgemeinen die während des Einbaus bei Umgebungstemperatur eingestellte Lagervorspannung. Da sich eine Welle infolge der thermischen Ausdehnung in axialer und radialer Richtung vergrößert, sind Lager in O-Anordnung nicht so empfindlich gegenüber thermischen Effekten wie Lager in X-Anordnung.
Wichtig ist auch, beim Anstellen einer Lagerung mit Vorspannung durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen, dass der festgelegte Wert für die Vorspannkraft mit möglichst geringer Schwankung eingehalten wird. Dazu gehört bei Lagerungen mit Kegelrollenlagern, dass die Lager während des Anstellens mehrmals gedreht werden, damit die Rollen gut am Innenring-Führungsbord anliegen.

Vorspannung durch Federn

Durch vorgespannte Lager ist es möglich, z. B. bei kleinen Elektromotoren und ähnlichen Anwendungen das Laufgeräusch zu reduzieren. In diesem Beispiel besteht die Lagerung aus einem vorgespannten einreihigen Rillenkugellager an jedem Wellenende (Bild 3). Die Vorspannung wird in einfacher Weise durch eine Wellenfeder aufgebracht. Die Feder wirkt auf den Außenring eines der beiden Lager, der in axialer Richtung verschiebbar sein muss.
Die Vorspannkraft bleibt auch bei axialen Verschiebungen des Lagers aufgrund thermischer Längenänderungen praktisch konstant.
Die erforderliche Vorspannkraft lässt sich näherungsweise wie folgt bestimmen

F = k d

wobei
Vorspannungskraft [kN]

ein Faktor, nachstehend beschrieben
Lagerbohrung [mm]

Für den Beiwert k werden bei kleinen Elektromotoren Werte von 0,005 bzw. 0,01 eingesetzt. Wenn die Vorspannung vor allem das Lager vor Schäden durch externe Schwingungen im Stillstand schützen soll, ist eine größere Vorspannung mit k = 0,02 erforderlich.
Das Vorspannen durch Federn ist auch in schnell laufenden und in Hochgenauigkeits-Schrägkugellagern gelagerten Schleifspindeln gebräuchlich. Diese Methode ist für Lageranwendungen nicht geeignet, bei denen eine hohe Steifigkeit erforderlich ist, bei denen sich die Richtung der axialen Belastung ändert oder bei denen nicht definierte Spitzenbelastungen eintreten können.
Weiterführende Informationen enthält der Abschnitt Lagervorspannung [PDF].
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