Inhaltsverzeichnis
Radial-Nadelkränze:
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Radial-Nadelkranz – radialer Bauraumvergleich mit Nadelhülse und Massiv-Nadellager
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Ausführungsvarianten
Radial-Nadelkränze gibt es:
Lager kleinster radialer Bauhöhe
Nadelkränze gehören zur Gruppe der Radial-Nadellager. Diese einbaufertigen Lagerungselemente bestehen aus Nadelkäfigen, die mit Nadelrollen bestückt sind ➤ Bild und ➤ Tabelle. Sie sind Wälzlager kleinster radialer Bauhöhe und neben den vollnadeligen Lagerungen die konstruktiv einfachste Bauform eines Radial-Nadellagers. Während jedoch bei vollnadeligen Lagerungen der Bauraum vollständig mit losen Nadelrollen ausgefüllt ist – und sich dadurch die Wälzkörper beim Abwälzen je nach Stellung gegenseitig berühren – werden diese bei den Nadelkränzen in Käfigtaschen geführt. Die Taschen, durch Stege voneinander getrennt und gleichmäßig am Käfigumfang verteilt, halten die Wälzkörper auf Abstand zueinander. Käfig und Wälzkörper bilden so eine montagefertige Einheit.
Die Nadeln werden achsparallel geführt
Zusätzlich verhindern die Stege die Gleitreibung aneinanderliegender Wälzkörper und führen die Wälzkörper in der lastfreien Zone parallel zur Lagerachse. Die achsparallele Führung stellt sicher, dass die Nadeln in der lastfreien Zone nicht schränken. Gegenüber vollnadeligen Lagerungen eignen sich die Nadelkränze für höhere Drehzahlen. Damit kompensiert der Käfig Nachteile einer vollnadeligen Lagerung.
Für radial besonders bauraumkleine Lagerungen
Als Nadelrollen werden Standard-Nadelrollensorten eingesetzt ➤ Tabelle. Aufgrund des fehlenden Innen- und Außenrings entspricht die radiale Bauhöhe der Lager lediglich dem Durchmesser der Nadelrollen. Dadurch eignen sich Nadelkränze besonders gut für Anwendungen mit geringstem radialem Bauraum. Der überwiegende Teil der Lager ist einreihig ➤ Bild. Diese Variante hat das Vorsetzzeichen K.
Nadelkränze sind erst nach dem Einbau zwischen Gehäuse und Welle funktionsfähig. Dazu müssen die Laufbahnen als Wälzlagerlaufbahn ausgeführt werden ➤ Abschnitt.
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Einreihiger Nadelkranz Fr = Radiale Belastung |
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Radial besonders tragfähig
Zweireihige Nadelkränze sind höher belastbar als einreihige, sie bauen jedoch entsprechend breiter ➤ Bild. Diese Lager haben das Vorsetzzeichen K und das Nachsetzzeichen ZW und werden nur in bestimmten Hüllkreisdurchmessern Fw geliefert ➤ Abschnitt.
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Zweireihiger Nadelkranz Fr = Radiale Belastung |
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Als Nadelrollen werden Standard-Nadelrollensorten verwendet
Die Nadelkränze werden mit den Standard-Nadelrollensorten der Güteklasse G2 nach Tabelle geliefert ➤ Tabelle. Für einen Nadelkranz werden immer nur Nadelrollen einer Sorte verwendet. Die Sorte ist auf der Verpackung aufgedruckt und farblich ausgezeichnet ➤ Tabelle. Die Sorten sind durch das obere und untere Abmaß (in μm) gekennzeichnet, die Durchmessertoleranz ist maximal 2 μm. Jeweils zwei benachbarte Nadelrollensorten sind zu Sortenpaaren zusammengefasst.
Maß- und Formgenauigkeit von Nadelrollen der Güteklasse G2
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Güteklasse |
Abmaße und Toleranzen für Durchmesser Dw1) |
Längentoleranz |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Abmaß |
Schwankung des |
Sortenpaar |
Sorten |
Rundheit |
Rauheit |
|||||
|
VDwL |
tDw |
Ra |
||||||||
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μm |
μm |
μm |
μm |
μm |
||||||
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max. |
max. |
max. |
||||||||
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G2 |
0 – 7 |
2 |
rot |
0 |
-2 |
-1 |
-3 |
1 |
0,1 |
h13 |
| G2 | 0 – 7 | 2 |
blau |
-2 |
-4 |
-3 |
-5 |
1 | 0,1 | h13 |
| G2 | 0 – 7 | 2 |
weiß (grau) |
-4 |
-6 |
-5 |
-7 |
1 | 0,1 | h13 |
Ausgelegt für Kolbenbolzen- und Kurbelzapfenlagerungen
Nadelkränze für Pleuellagerungen werden in Kurbeltrieben von Zwei- und Viertakt-Verbrennungsmotoren sowie in Kompressoren zur Lagerung von Kurbelzapfen und Kolbenbolzen eingesetzt ➤ Bild. Diese Käfige nehmen hohe Flieh- und Beschleunigungskräfte auf und eignen sich für hohe Drehzahlen.
Für Pleuellagerungen dürfen nur Nadelkränze mit der Bezeichnung KZK und KBK verwendet werden TPI 94. Wird das nicht beachtet, kann es zu Ausfällen kommen, denn Katalognadelkränze der Bauart K sind nicht für Belastungen durch Zentrifugalkräfte und hohe Beschleunigungskräfte ausgelegt.
Die Nadelkränze für Kolbenbolzen- und Kurbelzapfenlagerungen sind in der Technischen Produktinformation TPI 94 ausführlich beschrieben. Diese Publikation kann bei Schaeffler angefordert werden.
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Kurbelzapfen- und Kolbenbolzenlagerung
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Nadelkränze für Kurbelzapfen (KZK)
Nadelkränze für Kurbelzapfen (Baureihe KZK) sind außengeführt, das heißt, die Pleuelbohrung führt den Käfig radial mit kleinem Spiel ➤ Bild. Die radiale Bewegung des Käfigs gegenüber der Pleuelbohrung und den Wälzkörpern ist möglichst gering. Die Käfige sind aus vergütetem Stahl, verschleißarm, von hoher Festigkeit und haben große schmiertechnisch günstig gestaltete Führungsflächen.
Nadelkränze für Kolbenbolzen (KBK)
Die Nadelkränze für Kolbenbolzen (Baureihe KBK) sind innengeführt, das heißt, der Kolbenbolzen führt den Käfig radial mit engem Spiel ➤ Bild. Durch die geringe Radialluft reduziert sich das Verkippen des Pleuels auf ein Minimum. Die Lager nehmen oszillierende Belastungen hoher Frequenz auf und sind – entsprechend dem Abstand der Kolbenaugen – für die Mehrzahl der Kolbenbolzendurchmesser in unterschiedlicher Breite lieferbar. Die verschleißarmen Stahlkäfige sind einsatzgehärtet bzw. vergütet und von hoher Festigkeit.
Nadelkränze für Planetenradlagerungen
Nadelkränze werden ebenso für Anwendungen in Planetenradlagerungen beispielsweise in Automatikgetrieben verwendet ➤ Bild. Da in Planetenradlagerungen sehr hohe Drehzahlen, sowie Zentrifugal- und Beschleunigungskräfte auftreten können und hierdurch hohe Anforderungen an den Käfig gestellt werden, sollte die Auswahl bzw. Auslegung des passenden Nadelkranzes durch die verantwortliche Anwendungstechnik und Konstruktion erfolgen. Bitte hierzu bei Schaeffler rückfragen.
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Planetenradlagerung |
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Anforderungsspezifisch konfektionierte Radial-Nadelkränze
Diese Radial-Nadelkränze werden aus Flachkäfigen BF gebogen und nach dem Umformen mit Nadelrollen bestückt ➤ Bild. Damit lassen sich konstruktiv einfach spielfreie Lagerungen mit hoher Laufgenauigkeit und Tragfähigkeit sowie guter Drehzahleignung bei gleichzeitig geringster radialer und axialer Bauhöhe realisieren. Aufgrund ihrer hohen Rundlaufgenauigkeit eignen sich die Lager auch für Präzisionsanwendungen. Da die Nadelkränze nicht an festgelegte Maßreihen gebunden sind, sondern genau auf viele Durchmesser-Anforderungen der Anwendung gefertigt werden können (Wellendurchmesser von 105 mm bis 1 000 mm), sind sie eine wirtschaftliche Alternative zu Katalog-Standardlagern. Sie werden üblicherweise fertig gebogen geliefert, können aber auch vom Kunden aus den BF-Flachkäfigen umgeformt werden. Nach dem Umformen entsteht eine offene Stoßstelle ➤ Bild. Dadurch lassen sich die Radial-Nadelkränze leicht in vertiefte Laufbahnen montieren. Die Funktion der Käfige wird durch die Öffnung nicht beeinträchtigt.
BF-Flachkäfige und Radial-Nadelkränze aus BF-Flachkäfigen sind in der Technischen Produktinformation TPI 203 ausführlich beschrieben. Diese Publikation kann bei Schaeffler angefordert werden.
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Radial-Nadelkranz aus einem Flachkäfig BF gebogen
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Radial hoch, axial nicht belastbar
Durch den Linienkontakt der Nadelrollen eignen sich Nadelkränze für hohe radiale Belastungen. Im Gegensatz zur Kugel hat die Nadel senkrecht zu ihrer Achse eine größere Kontaktfläche. Dadurch kann sie höhere Kräfte übertragen, ist steifer und gleiche Belastungen können von Wälzkörpern mit kleineren Durchmessern aufgenommen werden. Zweireihige Lager sind aufgrund des Nadelsatzes radial besonders tragfähig. Sie werden eingesetzt, wenn die Belastbarkeit der einreihigen Lager nicht mehr ausreicht.
Nadelkränze können keine axialen Kräfte aufnehmen ➤ Abschnitt. Bei axialen Belastungen sind sie mit einem axial belastbaren Lager kombinierbar, beispielsweise mit einem Rillenkugellager oder einem axial belastbaren Zylinderrollenlager. Das Axiallager wird dann neben dem Nadelkranz angeordnet ➤ Bild.
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PKW-Getriebe: Lagerung der Hauptwelle A – E = Lagerstellen
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Die Lager eignen sich nicht zum Ausgleich von Schiefstellungen der Welle gegenüber der Gehäusebohrung
Nadelkränze sind nicht zum Ausgleich von Winkelfehlern geeignet. Inwieweit eine Schiefstellung der Welle gegenüber der Gehäusebohrung toleriert werden kann, hängt von Faktoren wie der Konstruktion der Lagerung, der Lagergröße, dem Betriebsspiel, der Belastung ab. Deshalb kann hier kein Richtwert für eine mögliche Schiefstellung angegeben werden.
Schiefstellungen verursachen auf jeden Fall höhere Laufgeräusche, beanspruchen die Käfige stärker und wirken sich nachteilig auf die Gebrauchsdauer der Lager aus.
Möglich ist Öl- oder Fettschmierung
Nadelkränze sind nicht befettet. Um die unmittelbare metallische Berührung zwischen Wälzkörpern, Laufbahnen und Käfigen zu vermeiden, müssen sie geschmiert werden. Geeignet ist Öl- oder Fettschmierung. Der Schmierstoff verringert den Verschleiß und schützt die Oberflächen zusätzlich vor Korrosion. Die Wahl des Schmierstoffs hängt im Wesentlichen von den Betriebstemperaturen und den Drehzahlen ab, sie wird aber auch von weiteren Faktoren beeinflusst.
Ölschmierung wird bevorzugt
Für die meisten Anwendungen mit Nadelkränzen ist Öl als Schmiermittel zu bevorzugen.
Verträglichkeit mit Kunststoffkäfigen
Werden Lager mit Kunststoffkäfig verwendet, ist sicherzustellen, dass beim Einsatz von Syntheseölen oder Schmierfetten auf Syntheseölbasis sowie bei Schmierstoffen mit einem hohen Anteil an EP‑Zusätzen die Verträglichkeit des Schmierstoffs mit dem Käfigmaterial gegeben ist.
Ölwechselfristen einhalten
Gealtertes Öl und im Öl enthaltene Additive können bei höheren Temperaturen die Gebrauchsdauer der Kunststoffe beeinträchtigen. Vorgegebene Ölwechselfristen müssen deshalb unbedingt eingehalten werden.
Bestehen Unsicherheiten darüber, ob der gewählte Schmierstoff für die Anwendung geeignet ist, bitte bei Schaeffler bzw. beim Schmierstoffhersteller rückfragen.
Die Lager sind offen
Nadelkränze werden ohne Abdichtung geliefert. Die Abdichtung der Lagerstelle muss deshalb in der Anschlusskonstruktion erfolgen. Sie muss zuverlässig verhindern, dass:
Grenz- und Bezugsdrehzahlen in den Produkttabellen
In den Produkttabellen sind für die Lager zwei Drehzahlen angegeben:
Die Grenzdrehzahl nG ist die kinematisch zulässige Drehzahl eines Lagers. Sie darf auch bei günstigen Einbau- und Betriebsbedingungen nicht ohne vorherige Rücksprache mit Schaeffler überschritten werden ➤ Link. Die Werte in den Produkttabellen gelten für Ölschmierung.
Werte bei Fettschmierung
Bei Fettschmierung sind jeweils 60% des in den Produkttabellen angegebenen Wertes zulässig.
nϑr dient zur Berechnung von nϑ
Die thermische Bezugsdrehzahl nϑr ist keine anwendungsbezogene Drehzahlgrenze, sondern eine rechnerische Hilfsgröße zur Ermittlung der thermisch zulässigen Betriebsdrehzahl nϑ ➤ Link.
Der Schaeffler Geräuschindex (SGI) ist für diese Lagerart noch nicht verfügbar ➤ Link. Die Einführung und Aktualisierung der Daten für diese Baureihen erfolgt sukzessiv.
Limitierende Größen
Die Betriebstemperatur der Lager ist begrenzt durch:
Mögliche Betriebstemperaturen der Nadelkränze ➤ Tabelle.
Zulässige Temperaturbereiche
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Betriebstemperatur |
Nadelkränze |
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|---|---|---|
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mit Kunststoffkäfig |
mit Stahlblechkäfig und mit |
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–20 °C bis +120 °C |
–30 °C bis +140 °C |
Sind Temperaturen zu erwarten, die außerhalb der angegebenen Werte liegen, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Die Standardkäfige sind aus Stahlblech
Die Standardkäfige sind aus Stahlblech, ab dem Hüllkreisdurchmesser Fw ≧ 195 mm aus einer Kupfer-Zink-Legierung. Lager mit Kunststoffkäfig sind nur in bestimmten Baugrößen lieferbar und haben das Nachsetzzeichen TV ➤ Tabelle. Andere Käfige sind auf Anfrage lieferbar. Bei solchen Käfigen können jedoch die Eignung für hohe Drehzahlen und hohe Temperaturen sowie die Tragzahlen von den Angaben für die Lager mit den Standardkäfigen abweichen.
Bei hohen Dauertemperaturen und Anwendungen mit schwierigen Betriebsbedingungen sollten Lager mit Stahlblechkäfig eingesetzt werden. Bestehen Unsicherheiten bezüglich der Käfigeignung, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Einflussgrößen auf die radiale Lagerluft
Die radiale Lagerluft ist durch die Nadelrollensorte sowie die Wellen- und Gehäusetoleranz beeinflussbar. Mit den Standard-Nadelsorten wird eine radiale Lagerluft von C2 bis CN erzielt (radiale Lagerluft für Nadel- und Zylinderrollenlager nach DIN 620-4), wenn die Wellen- und Gehäusetoleranzen eingehalten werden ➤ Tabelle und normale Betriebsbedingungen herrschen. Liegen die Ist-Maße auf der Gutseite, kann eine radiale Lagerluft von 0 erreicht werden.
Fw ist nur im eingebauten Zustand prüfbar
Die äußeren und inneren Hüllkreisdurchmesser Ew und Fw sind im losen Zustand nicht messbar. Die Funktion der Lager wird deshalb mit Lehrdornen und Aufnahmeringen nach dem in DIN 620-1/ISO 1132-2 angegebenen Verfahren geprüft. Zur Prüfung werden die Nadelkränze in einen Aufnahmering gelegt, der dem jeweiligen Nennmaß Ew des Nadelkranzes entspricht. Die Funktion des Nadelkranzes ist sichergestellt, wenn sich der dem Nennmaß Fw entsprechende Lehrdorn einführen und ohne zu klemmen drehen lässt.
Die Hauptabmessungen der einreihigen Nadelkränze entsprechen DIN 5405-1:2016 bzw. ISO 3030:2011, soweit genormt.
Nadelrollen
Die Nadelrollen entsprechen DIN 5402-3:2012 bzw. ISO 3096:1996. Die Durchmesser aller Nadelrollen in einem Nadelkranz liegen innerhalb der Toleranz von 2 μm ➤ Tabelle.
Breite Bc
Die Abmaße für die Käfigbreite Bc betragen für alle Nadelkränze: Bc –0,2/–0,8.
Die Bedeutung der in diesem Kapitel verwendeten Nachsetzzeichen zeigt ➤ Tabelle sowie medias interchange http://www.schaeffler.de/std/1B69.
Nachsetzzeichen und ihre Bedeutung
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Nachsetzzeichen |
Bedeutung der Nachsetzzeichen |
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|---|---|---|
|
TV |
Käfig aus glasfaserverstärktem Polyamid PA66 |
Standard |
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ZW |
zweireihige Ausführung |
Standard |
Die Bezeichnung der Lager folgt einem festgelegten Schema. Beispiele ➤ Bild und ➤ Bild. Für die Bildung der Kurzzeichen gilt DIN 623-1 ➤ Bild.
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Einreihiger Nadelkranz: Aufbau des Kurzzeichens |
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Zweireihiger Nadelkranz: Aufbau des Kurzzeichens |
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P = Fr bei rein radialer Belastung konstanter Größe und Richtung
Die zur Dimensionierung dynamisch beanspruchter Lager verwendete Lebensdauer-Grundgleichung L = (Cr/P)p setzt eine Belastung konstanter Größe und Richtung voraus. Bei Radiallagern ist das eine rein radiale Belastung Fr. Ist dies gegeben, wird in die Lebensdauergleichung für P die Lagerbelastung Fr eingesetzt (P = Fr).
Nadellkränze können nur radiale Belastungen aufnehmen. Für diese Lager gilt damit ➤ Formel.
Dynamische äquivalente Belastung
Legende
| P | N |
Dynamische äquivalente Lagerbelastung |
| Fr | N |
Radiale Belastung |
Werden Nadelkränze statisch belastet, gilt ➤ Formel.
Statische äquivalente Belastung
Legende
| P0 | N |
Statische äquivalente Lagerbelastung |
| F0r | N |
Größte auftretende radiale Belastung (Maximalbelastung) |
S0 = C0/P0
Neben der nominellen Lebensdauer L (L10h) ist immer auch die statische Tragsicherheit S0 zu überprüfen ➤ Formel.
Statische Tragsicherheit
Legende
| S0 | - |
Statische Tragsicherheit |
| C0 | N |
Statische Tragzahl |
| P0 | N |
Statische äquivalente Lagerbelastung |
Um Schlupfschäden zu vermeiden, ist eine radiale Mindestbelastung von P ＞ C0r/60 notwendig
Damit zwischen den Kontaktpartnern kein Schlupf auftritt, müssen die Nadelkränze stets ausreichend hoch belastet sein. Erfahrungsgemäß ist dazu eine radiale Mindestbelastung in der Größenordnung von P ＞ C0r/60 erforderlich. In den meisten Fällen ist die Radiallast allerdings durch das Gewicht der gelagerten Teile und die äußeren Kräfte schon höher als die erforderliche Mindestbelastung.
Ist die radiale Mindestbelastung niedriger als oben angegeben, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Die korrekte Funktion der Nadelkränze hängt entscheidend von der Wellen- und Gehäuseausführung und der seitlichen Begrenzung (axialen Sicherung) der Lagerstelle ab ➤ Tabelle, ➤ Bild und ➤ Bild.
Laufbahn als Wälzlagerlaufbahn ausführen
Laufen die Nadelkränze direkt auf der Welle und/oder in der Gehäusebohrung (sog. Direktlagerung), muss die Laufbahn für die Wälzkörper auf der Welle und im Gehäuse als Wälzlagerlaufbahn ausgeführt (gehärtet und geschliffen) sein. Gestaltung der Laufbahnen ➤ Tabelle. Die Oberflächenhärte der Laufbahnen muss 670 HV bis 840 HV betragen, die Härtetiefe CHD oder SHD ausreichend tief sein. Die Angaben in der Tabelle beziehen sich auf allgemein übliche Anwendungsfälle. Ist die Welle nicht als Laufbahn ausführbar, können die Nadelkränze mit Schaeffler-Laufringen kombiniert werden. Hier erhöht sich dann jedoch die Bauhöhe der Lager um die Dicke der Ringe.
Toleranzklassen und Oberflächenausführung der Laufbahnen für Nadelkränze (Direktlagerung)
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Wellendurchmesser |
Bohrungstoleranz1) |
Wellentoleranz1) |
Gestaltung der Laufbahn |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
empfohlener Mittenrauwert |
Rundheitstoleranz |
Parallelitätstoleranz |
||||||
|
Nennmaß |
Betriebsspiel |
Ramax (Rzmax) |
||||||
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mm |
||||||||
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über |
bis |
klein |
normal |
groß |
μm |
max. |
max. |
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| - | 80 | G6 | j5 | h5 | g6 | 0,2 (1) | IT3 | IT3 |
| - | 80 | H6 | h5 | g5 | f6 | 0,2 (1) | ||
| 80 | 120 | G6 | h5 | g5 | f6 | 0,3 (1,6) | ||
| 120 | - | G6 | h5 | g5 | f6 | 0,4 (2,5) | ||
| 120 | - | H6 | - | f5 | e6 | 0,4 (2,5) | ||
Anschlussmaße für Nadelkränze und Oberflächenbeschaffenheit der Anlaufflächen
Die Laufbahnbreite muss mindestens der Nennbreite Bc entsprechen (Bc ist nach (–) toleriert); Werte für Bc und ➤ Bild. Der Abstand zwischen den seitlichen Anlaufflächen des Käfigs muss genügend groß sein. Als Abstandsmaß der Anlaufflächen gilt: Bc H12 Ⓔ, damit sich die Nadelkränze nicht verklemmen (H12 nach ISO 286-2). Die seitlichen Anlaufflächen für die Nadelkränze müssen feinbearbeitet (Ramax 2 empfohlen) und verschleißfest ausgeführt werden ➤ Bild. Unterbrechungen in den Anlaufflächen sollen vermieden werden.
Beispiel
Bei einem Bauraum von Bc = 10 mm ist ein Nadelkranz mit der Nennbreite Bc = 10 mm geeignet, da der Käfig maximal 9,8 (0/–0,6) mm breit ist.
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Laufbahnbreite und seitliche Anlaufflächen für die Nadelkränze Bc H12 = Nennbreite Bc –0,2/–0,8 = Käfigbreite Ramax = Maximale Rauheit der Anlaufflächen
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Die Führung kann durch die Welle oder am Gehäuse erfolgen
Nadelkränze müssen axial geführt bzw. gesichert werden. Die Führung ist durch die Welle oder am Gehäuse möglich ➤ Bild und ➤ Bild. Geeignet sind Sprengringe oder eine entsprechend gestaltete Anschlusskonstruktion. Bei der Fixierung mit Spreng- oder Sicherungsringen muss vor den Ringen eine Scheibe angeordnet werden ➤ Bild. Die Überdeckung von Ring und Scheibe ist ausreichend groß zu wählen.
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Axiale Sicherung durch Gehäuseteile (seitliche Führung am Gehäuse) |
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Als Werkstoffe für die Wälzlagerlaufbahn bei Direktlagerung sind durchhärtende Stähle nach ISO 683-17 (wie 100Cr6) geeignet. Diese Stähle können auch randschichtgehärtet werden.
Einsatzstähle müssen DIN EN ISO 683-17 (wie 17MnCr5, 18CrNiMo7-6) oder EN 10084 (wie 16MnCr5) entsprechen.
Für Flamm- und Induktionshärtung sind Stähle nach DIN EN ISO 683-17 (wie C56E2, 43CrMo4) oder DIN 17212 (wie Cf53) zu verwenden.
Wenn die Laufbahn zwar den Anforderungen an Wälzlagerwerkstoffe entspricht, die Laufbahnhärte jedoch geringer als 670 HV ist, dann darf die Lagerung nicht mit der vollen Tragfähigkeit des Lagers belastet werden. Zur Ermittlung der dynamischen und statischen Belastbarkeit der Lagerung ist die dynamische Tragzahl C der Lager mit dem Minderungsfaktor fH (dynamischer Härtefaktor) und die statische Tragzahl C0r mit dem Minderungsfaktor fH0 (statischer Härtefaktor) zu multiplizieren ➤ Bild und ➤ Bild.
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Dynamischer Härtefaktor bei Minderhärte der Laufbahnen/Wälzkörper fH = Dynamischer Härtefaktor HV, HRC = Oberflächenhärte |
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Statischer Härtefaktor bei Minderhärte der Laufbahnen/Wälzkörper fH0 = Statischer Härtefaktor HV, HRC = Oberflächenhärte |
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Näherungswert zur Einsatzhärtungs-Härtetiefe
Einen Näherungswert zur Festlegung der Mindesthärtetiefe liefert ➤ Formel. Als Bezugsgröße für die vorliegende Beanspruchung dient die vom Wälzkörperdurchmesser Dw und von der Beanspruchungshöhe abhängige Vergleichsspannung nach der Gestaltänderungsenergiehypothese (GEH).
Einsatzhärtungs-Härtetiefe
Legende
| CHD | mm |
Einsatzhärtungs-Härtetiefe (Case Hardening Depth) |
| Dw | mm |
Wälzkörperduchmesser |
Die lokale Härte muss stets über der lokal erforderlichen Härte liegen, die aus der Vergleichsspannung berechnet werden kann.
Bei diesen Oberflächen-Härteverfahren sind zur Festlegung der erforderlichen Härtetiefe die Belastung und die Kontaktgeometrie zu berücksichtigen.
Für die Berechnung der Einhärtungs-Härtetiefe SHD gilt ➤ Formel.
Legende
| SHD | mm |
Einhärtungs-Härtetiefe (Surface Hardening Depth) |
| Dw | mm |
Wälzkörperduchmesser |
| Rp0,2 | N/mm2 |
Streckgrenze des Grundwerkstoffs |
Die Nadelrollen müssen der gleichen Toleranzsorte entsprechen
Werden zwei Nadelkränze unmittelbar nebeneinander angeordnet, ist zu beachten, dass die Lager gleichmäßig belastet werden. Dazu müssen die Nadelrollen dieser Nadelkränze der gleichen Durchmessersorte (Toleranzsorte) angehören. Die Abmaße der Nadelrollen, mit denen die Lager bestückt sind, sind auf der jeweiligen Lagerverpackung angegeben.
Lager beim Einbau nicht beschädigen
Nadelkränze werden entweder auf die Welle geschoben und gemeinsam mit dieser in das Gehäuse eingeführt, oder der Nadelkranz wird in das Gehäuse montiert und anschließend die Welle eingeführt. Der Einbau der Lager erfolgt ohne Last und mit einer schraubenden Bewegung.
Wälzlager sehr sorgfältig behandeln
Wälzlager sind vielfach bewährte Präzisions-Maschinenelemente zur Gestaltung wirtschaftlicher, zuverlässiger und betriebssicherer Lagerungen. Damit diese Produkte ihre Funktion einwandfrei erfüllen und die vorgesehene Gebrauchsdauer ohne Beeinträchtigung erreichen, müssen sie sorgfältig behandelt werden.
Das Schaeffler-Montagehandbuch MH 1 informiert umfassend über die sachgemäße Lagerung, Montage, Demontage und Wartung rotatorischer Wälzlager http://www.schaeffler.de/std/1B68. Daneben enthält es Angaben, die der Konstrukteur für den Ein‑ und Ausbau und die Wartung der Lager schon bei der Gestaltung der Lagerstelle beachten muss. Das Buch liefert Schaeffler auf Anfrage.
Die Weiterentwicklung der Produkte kann auch zu technischen Änderungen an Katalogprodukten führen
Im Mittelpunkt des Interesses von Schaeffler stehen die Optimierung und die Weiterentwicklung seiner Produkte und die Zufriedenheit seiner Kunden. Damit Sie sich als Kunde bestmöglich über diesen Fortschritt und den aktuellen technischen Stand der Produkte informieren können, veröffentlichen wir Produktänderungen gegenüber der gedruckten Ausgabe in unserem elektronischen Produktkatalog.
Änderungen der Angaben und Darstellungen dieses Katalogs behalten wir uns daher vor. Dieser Katalog gibt den Stand bei Drucklegung wieder. Neuere Veröffentlichungen unsererseits (in Printmedien oder digital) gehen automatisch diesem Katalog vor, soweit sie dasselbe Thema betreffen. Bitte prüfen Sie daher stets über unseren elektronischen Produktkatalog, ob aktuellere Informationen oder Änderungshinweise für Ihr gewünschtes Produkt verfügbar sind.
Bei der Auslegung einer Lagerung sind neben den Angaben in diesem Kapitel auch folgende Kapitel in den technischen Grundlagen zu beachten:
Radial-Nadelkränze:
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Radial-Nadelkranz – radialer Bauraumvergleich mit Nadelhülse und Massiv-Nadellager
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Ausführungsvarianten
Radial-Nadelkränze gibt es:
Lager kleinster radialer Bauhöhe
Nadelkränze gehören zur Gruppe der Radial-Nadellager. Diese einbaufertigen Lagerungselemente bestehen aus Nadelkäfigen, die mit Nadelrollen bestückt sind ➤ Bild und ➤ Tabelle. Sie sind Wälzlager kleinster radialer Bauhöhe und neben den vollnadeligen Lagerungen die konstruktiv einfachste Bauform eines Radial-Nadellagers. Während jedoch bei vollnadeligen Lagerungen der Bauraum vollständig mit losen Nadelrollen ausgefüllt ist – und sich dadurch die Wälzkörper beim Abwälzen je nach Stellung gegenseitig berühren – werden diese bei den Nadelkränzen in Käfigtaschen geführt. Die Taschen, durch Stege voneinander getrennt und gleichmäßig am Käfigumfang verteilt, halten die Wälzkörper auf Abstand zueinander. Käfig und Wälzkörper bilden so eine montagefertige Einheit.
Die Nadeln werden achsparallel geführt
Zusätzlich verhindern die Stege die Gleitreibung aneinanderliegender Wälzkörper und führen die Wälzkörper in der lastfreien Zone parallel zur Lagerachse. Die achsparallele Führung stellt sicher, dass die Nadeln in der lastfreien Zone nicht schränken. Gegenüber vollnadeligen Lagerungen eignen sich die Nadelkränze für höhere Drehzahlen. Damit kompensiert der Käfig Nachteile einer vollnadeligen Lagerung.
Für radial besonders bauraumkleine Lagerungen
Als Nadelrollen werden Standard-Nadelrollensorten eingesetzt ➤ Tabelle. Aufgrund des fehlenden Innen- und Außenrings entspricht die radiale Bauhöhe der Lager lediglich dem Durchmesser der Nadelrollen. Dadurch eignen sich Nadelkränze besonders gut für Anwendungen mit geringstem radialem Bauraum. Der überwiegende Teil der Lager ist einreihig ➤ Bild. Diese Variante hat das Vorsetzzeichen K.
Nadelkränze sind erst nach dem Einbau zwischen Gehäuse und Welle funktionsfähig. Dazu müssen die Laufbahnen als Wälzlagerlaufbahn ausgeführt werden ➤ Abschnitt.
|
Einreihiger Nadelkranz Fr = Radiale Belastung |
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Radial besonders tragfähig
Zweireihige Nadelkränze sind höher belastbar als einreihige, sie bauen jedoch entsprechend breiter ➤ Bild. Diese Lager haben das Vorsetzzeichen K und das Nachsetzzeichen ZW und werden nur in bestimmten Hüllkreisdurchmessern Fw geliefert ➤ Abschnitt.
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Zweireihiger Nadelkranz Fr = Radiale Belastung |
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Als Nadelrollen werden Standard-Nadelrollensorten verwendet
Die Nadelkränze werden mit den Standard-Nadelrollensorten der Güteklasse G2 nach Tabelle geliefert ➤ Tabelle. Für einen Nadelkranz werden immer nur Nadelrollen einer Sorte verwendet. Die Sorte ist auf der Verpackung aufgedruckt und farblich ausgezeichnet ➤ Tabelle. Die Sorten sind durch das obere und untere Abmaß (in μm) gekennzeichnet, die Durchmessertoleranz ist maximal 2 μm. Jeweils zwei benachbarte Nadelrollensorten sind zu Sortenpaaren zusammengefasst.
Maß- und Formgenauigkeit von Nadelrollen der Güteklasse G2
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Güteklasse |
Abmaße und Toleranzen für Durchmesser Dw1) |
Längentoleranz |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Abmaß |
Schwankung des |
Sortenpaar |
Sorten |
Rundheit |
Rauheit |
|||||
|
VDwL |
tDw |
Ra |
||||||||
|
μm |
μm |
μm |
μm |
μm |
||||||
|
max. |
max. |
max. |
||||||||
|
G2 |
0 – 7 |
2 |
rot |
0 |
-2 |
-1 |
-3 |
1 |
0,1 |
h13 |
| G2 | 0 – 7 | 2 |
blau |
-2 |
-4 |
-3 |
-5 |
1 | 0,1 | h13 |
| G2 | 0 – 7 | 2 |
weiß (grau) |
-4 |
-6 |
-5 |
-7 |
1 | 0,1 | h13 |
Ausgelegt für Kolbenbolzen- und Kurbelzapfenlagerungen
Nadelkränze für Pleuellagerungen werden in Kurbeltrieben von Zwei- und Viertakt-Verbrennungsmotoren sowie in Kompressoren zur Lagerung von Kurbelzapfen und Kolbenbolzen eingesetzt ➤ Bild. Diese Käfige nehmen hohe Flieh- und Beschleunigungskräfte auf und eignen sich für hohe Drehzahlen.
Für Pleuellagerungen dürfen nur Nadelkränze mit der Bezeichnung KZK und KBK verwendet werden TPI 94. Wird das nicht beachtet, kann es zu Ausfällen kommen, denn Katalognadelkränze der Bauart K sind nicht für Belastungen durch Zentrifugalkräfte und hohe Beschleunigungskräfte ausgelegt.
Die Nadelkränze für Kolbenbolzen- und Kurbelzapfenlagerungen sind in der Technischen Produktinformation TPI 94 ausführlich beschrieben. Diese Publikation kann bei Schaeffler angefordert werden.
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Kurbelzapfen- und Kolbenbolzenlagerung
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Nadelkränze für Kurbelzapfen (KZK)
Nadelkränze für Kurbelzapfen (Baureihe KZK) sind außengeführt, das heißt, die Pleuelbohrung führt den Käfig radial mit kleinem Spiel ➤ Bild. Die radiale Bewegung des Käfigs gegenüber der Pleuelbohrung und den Wälzkörpern ist möglichst gering. Die Käfige sind aus vergütetem Stahl, verschleißarm, von hoher Festigkeit und haben große schmiertechnisch günstig gestaltete Führungsflächen.
Nadelkränze für Kolbenbolzen (KBK)
Die Nadelkränze für Kolbenbolzen (Baureihe KBK) sind innengeführt, das heißt, der Kolbenbolzen führt den Käfig radial mit engem Spiel ➤ Bild. Durch die geringe Radialluft reduziert sich das Verkippen des Pleuels auf ein Minimum. Die Lager nehmen oszillierende Belastungen hoher Frequenz auf und sind – entsprechend dem Abstand der Kolbenaugen – für die Mehrzahl der Kolbenbolzendurchmesser in unterschiedlicher Breite lieferbar. Die verschleißarmen Stahlkäfige sind einsatzgehärtet bzw. vergütet und von hoher Festigkeit.
Nadelkränze für Planetenradlagerungen
Nadelkränze werden ebenso für Anwendungen in Planetenradlagerungen beispielsweise in Automatikgetrieben verwendet ➤ Bild. Da in Planetenradlagerungen sehr hohe Drehzahlen, sowie Zentrifugal- und Beschleunigungskräfte auftreten können und hierdurch hohe Anforderungen an den Käfig gestellt werden, sollte die Auswahl bzw. Auslegung des passenden Nadelkranzes durch die verantwortliche Anwendungstechnik und Konstruktion erfolgen. Bitte hierzu bei Schaeffler rückfragen.
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Planetenradlagerung |
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Anforderungsspezifisch konfektionierte Radial-Nadelkränze
Diese Radial-Nadelkränze werden aus Flachkäfigen BF gebogen und nach dem Umformen mit Nadelrollen bestückt ➤ Bild. Damit lassen sich konstruktiv einfach spielfreie Lagerungen mit hoher Laufgenauigkeit und Tragfähigkeit sowie guter Drehzahleignung bei gleichzeitig geringster radialer und axialer Bauhöhe realisieren. Aufgrund ihrer hohen Rundlaufgenauigkeit eignen sich die Lager auch für Präzisionsanwendungen. Da die Nadelkränze nicht an festgelegte Maßreihen gebunden sind, sondern genau auf viele Durchmesser-Anforderungen der Anwendung gefertigt werden können (Wellendurchmesser von 105 mm bis 1 000 mm), sind sie eine wirtschaftliche Alternative zu Katalog-Standardlagern. Sie werden üblicherweise fertig gebogen geliefert, können aber auch vom Kunden aus den BF-Flachkäfigen umgeformt werden. Nach dem Umformen entsteht eine offene Stoßstelle ➤ Bild. Dadurch lassen sich die Radial-Nadelkränze leicht in vertiefte Laufbahnen montieren. Die Funktion der Käfige wird durch die Öffnung nicht beeinträchtigt.
BF-Flachkäfige und Radial-Nadelkränze aus BF-Flachkäfigen sind in der Technischen Produktinformation TPI 203 ausführlich beschrieben. Diese Publikation kann bei Schaeffler angefordert werden.
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Radial-Nadelkranz aus einem Flachkäfig BF gebogen
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Radial hoch, axial nicht belastbar
Durch den Linienkontakt der Nadelrollen eignen sich Nadelkränze für hohe radiale Belastungen. Im Gegensatz zur Kugel hat die Nadel senkrecht zu ihrer Achse eine größere Kontaktfläche. Dadurch kann sie höhere Kräfte übertragen, ist steifer und gleiche Belastungen können von Wälzkörpern mit kleineren Durchmessern aufgenommen werden. Zweireihige Lager sind aufgrund des Nadelsatzes radial besonders tragfähig. Sie werden eingesetzt, wenn die Belastbarkeit der einreihigen Lager nicht mehr ausreicht.
Nadelkränze können keine axialen Kräfte aufnehmen ➤ Abschnitt. Bei axialen Belastungen sind sie mit einem axial belastbaren Lager kombinierbar, beispielsweise mit einem Rillenkugellager oder einem axial belastbaren Zylinderrollenlager. Das Axiallager wird dann neben dem Nadelkranz angeordnet ➤ Bild.
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PKW-Getriebe: Lagerung der Hauptwelle A – E = Lagerstellen
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Die Lager eignen sich nicht zum Ausgleich von Schiefstellungen der Welle gegenüber der Gehäusebohrung
Nadelkränze sind nicht zum Ausgleich von Winkelfehlern geeignet. Inwieweit eine Schiefstellung der Welle gegenüber der Gehäusebohrung toleriert werden kann, hängt von Faktoren wie der Konstruktion der Lagerung, der Lagergröße, dem Betriebsspiel, der Belastung ab. Deshalb kann hier kein Richtwert für eine mögliche Schiefstellung angegeben werden.
Schiefstellungen verursachen auf jeden Fall höhere Laufgeräusche, beanspruchen die Käfige stärker und wirken sich nachteilig auf die Gebrauchsdauer der Lager aus.
Möglich ist Öl- oder Fettschmierung
Nadelkränze sind nicht befettet. Um die unmittelbare metallische Berührung zwischen Wälzkörpern, Laufbahnen und Käfigen zu vermeiden, müssen sie geschmiert werden. Geeignet ist Öl- oder Fettschmierung. Der Schmierstoff verringert den Verschleiß und schützt die Oberflächen zusätzlich vor Korrosion. Die Wahl des Schmierstoffs hängt im Wesentlichen von den Betriebstemperaturen und den Drehzahlen ab, sie wird aber auch von weiteren Faktoren beeinflusst.
Ölschmierung wird bevorzugt
Für die meisten Anwendungen mit Nadelkränzen ist Öl als Schmiermittel zu bevorzugen.
Verträglichkeit mit Kunststoffkäfigen
Werden Lager mit Kunststoffkäfig verwendet, ist sicherzustellen, dass beim Einsatz von Syntheseölen oder Schmierfetten auf Syntheseölbasis sowie bei Schmierstoffen mit einem hohen Anteil an EP‑Zusätzen die Verträglichkeit des Schmierstoffs mit dem Käfigmaterial gegeben ist.
Ölwechselfristen einhalten
Gealtertes Öl und im Öl enthaltene Additive können bei höheren Temperaturen die Gebrauchsdauer der Kunststoffe beeinträchtigen. Vorgegebene Ölwechselfristen müssen deshalb unbedingt eingehalten werden.
Bestehen Unsicherheiten darüber, ob der gewählte Schmierstoff für die Anwendung geeignet ist, bitte bei Schaeffler bzw. beim Schmierstoffhersteller rückfragen.
Die Lager sind offen
Nadelkränze werden ohne Abdichtung geliefert. Die Abdichtung der Lagerstelle muss deshalb in der Anschlusskonstruktion erfolgen. Sie muss zuverlässig verhindern, dass:
Grenz- und Bezugsdrehzahlen in den Produkttabellen
In den Produkttabellen sind für die Lager zwei Drehzahlen angegeben:
Die Grenzdrehzahl nG ist die kinematisch zulässige Drehzahl eines Lagers. Sie darf auch bei günstigen Einbau- und Betriebsbedingungen nicht ohne vorherige Rücksprache mit Schaeffler überschritten werden ➤ Link. Die Werte in den Produkttabellen gelten für Ölschmierung.
Werte bei Fettschmierung
Bei Fettschmierung sind jeweils 60% des in den Produkttabellen angegebenen Wertes zulässig.
nϑr dient zur Berechnung von nϑ
Die thermische Bezugsdrehzahl nϑr ist keine anwendungsbezogene Drehzahlgrenze, sondern eine rechnerische Hilfsgröße zur Ermittlung der thermisch zulässigen Betriebsdrehzahl nϑ ➤ Link.
Der Schaeffler Geräuschindex (SGI) ist für diese Lagerart noch nicht verfügbar ➤ Link. Die Einführung und Aktualisierung der Daten für diese Baureihen erfolgt sukzessiv.
Limitierende Größen
Die Betriebstemperatur der Lager ist begrenzt durch:
Mögliche Betriebstemperaturen der Nadelkränze ➤ Tabelle.
Zulässige Temperaturbereiche
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Betriebstemperatur |
Nadelkränze |
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|---|---|---|
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mit Kunststoffkäfig |
mit Stahlblechkäfig und mit |
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–20 °C bis +120 °C |
–30 °C bis +140 °C |
Sind Temperaturen zu erwarten, die außerhalb der angegebenen Werte liegen, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Die Standardkäfige sind aus Stahlblech
Die Standardkäfige sind aus Stahlblech, ab dem Hüllkreisdurchmesser Fw ≧ 195 mm aus einer Kupfer-Zink-Legierung. Lager mit Kunststoffkäfig sind nur in bestimmten Baugrößen lieferbar und haben das Nachsetzzeichen TV ➤ Tabelle. Andere Käfige sind auf Anfrage lieferbar. Bei solchen Käfigen können jedoch die Eignung für hohe Drehzahlen und hohe Temperaturen sowie die Tragzahlen von den Angaben für die Lager mit den Standardkäfigen abweichen.
Bei hohen Dauertemperaturen und Anwendungen mit schwierigen Betriebsbedingungen sollten Lager mit Stahlblechkäfig eingesetzt werden. Bestehen Unsicherheiten bezüglich der Käfigeignung, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Einflussgrößen auf die radiale Lagerluft
Die radiale Lagerluft ist durch die Nadelrollensorte sowie die Wellen- und Gehäusetoleranz beeinflussbar. Mit den Standard-Nadelsorten wird eine radiale Lagerluft von C2 bis CN erzielt (radiale Lagerluft für Nadel- und Zylinderrollenlager nach DIN 620-4), wenn die Wellen- und Gehäusetoleranzen eingehalten werden ➤ Tabelle und normale Betriebsbedingungen herrschen. Liegen die Ist-Maße auf der Gutseite, kann eine radiale Lagerluft von 0 erreicht werden.
Fw ist nur im eingebauten Zustand prüfbar
Die äußeren und inneren Hüllkreisdurchmesser Ew und Fw sind im losen Zustand nicht messbar. Die Funktion der Lager wird deshalb mit Lehrdornen und Aufnahmeringen nach dem in DIN 620-1/ISO 1132-2 angegebenen Verfahren geprüft. Zur Prüfung werden die Nadelkränze in einen Aufnahmering gelegt, der dem jeweiligen Nennmaß Ew des Nadelkranzes entspricht. Die Funktion des Nadelkranzes ist sichergestellt, wenn sich der dem Nennmaß Fw entsprechende Lehrdorn einführen und ohne zu klemmen drehen lässt.
Die Hauptabmessungen der einreihigen Nadelkränze entsprechen DIN 5405-1:2016 bzw. ISO 3030:2011, soweit genormt.
Nadelrollen
Die Nadelrollen entsprechen DIN 5402-3:2012 bzw. ISO 3096:1996. Die Durchmesser aller Nadelrollen in einem Nadelkranz liegen innerhalb der Toleranz von 2 μm ➤ Tabelle.
Breite Bc
Die Abmaße für die Käfigbreite Bc betragen für alle Nadelkränze: Bc –0,2/–0,8.
Die Bedeutung der in diesem Kapitel verwendeten Nachsetzzeichen zeigt ➤ Tabelle sowie medias interchange http://www.schaeffler.de/std/1B69.
Nachsetzzeichen und ihre Bedeutung
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Nachsetzzeichen |
Bedeutung der Nachsetzzeichen |
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|---|---|---|
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TV |
Käfig aus glasfaserverstärktem Polyamid PA66 |
Standard |
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ZW |
zweireihige Ausführung |
Standard |
Die Bezeichnung der Lager folgt einem festgelegten Schema. Beispiele ➤ Bild und ➤ Bild. Für die Bildung der Kurzzeichen gilt DIN 623-1 ➤ Bild.
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Einreihiger Nadelkranz: Aufbau des Kurzzeichens |
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Zweireihiger Nadelkranz: Aufbau des Kurzzeichens |
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P = Fr bei rein radialer Belastung konstanter Größe und Richtung
Die zur Dimensionierung dynamisch beanspruchter Lager verwendete Lebensdauer-Grundgleichung L = (Cr/P)p setzt eine Belastung konstanter Größe und Richtung voraus. Bei Radiallagern ist das eine rein radiale Belastung Fr. Ist dies gegeben, wird in die Lebensdauergleichung für P die Lagerbelastung Fr eingesetzt (P = Fr).
Nadellkränze können nur radiale Belastungen aufnehmen. Für diese Lager gilt damit ➤ Formel.
Dynamische äquivalente Belastung
Legende
| P | N |
Dynamische äquivalente Lagerbelastung |
| Fr | N |
Radiale Belastung |
Werden Nadelkränze statisch belastet, gilt ➤ Formel.
Statische äquivalente Belastung
Legende
| P0 | N |
Statische äquivalente Lagerbelastung |
| F0r | N |
Größte auftretende radiale Belastung (Maximalbelastung) |
S0 = C0/P0
Neben der nominellen Lebensdauer L (L10h) ist immer auch die statische Tragsicherheit S0 zu überprüfen ➤ Formel.
Statische Tragsicherheit
Legende
| S0 | - |
Statische Tragsicherheit |
| C0 | N |
Statische Tragzahl |
| P0 | N |
Statische äquivalente Lagerbelastung |
Um Schlupfschäden zu vermeiden, ist eine radiale Mindestbelastung von P ＞ C0r/60 notwendig
Damit zwischen den Kontaktpartnern kein Schlupf auftritt, müssen die Nadelkränze stets ausreichend hoch belastet sein. Erfahrungsgemäß ist dazu eine radiale Mindestbelastung in der Größenordnung von P ＞ C0r/60 erforderlich. In den meisten Fällen ist die Radiallast allerdings durch das Gewicht der gelagerten Teile und die äußeren Kräfte schon höher als die erforderliche Mindestbelastung.
Ist die radiale Mindestbelastung niedriger als oben angegeben, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Die korrekte Funktion der Nadelkränze hängt entscheidend von der Wellen- und Gehäuseausführung und der seitlichen Begrenzung (axialen Sicherung) der Lagerstelle ab ➤ Tabelle, ➤ Bild und ➤ Bild.
Laufbahn als Wälzlagerlaufbahn ausführen
Laufen die Nadelkränze direkt auf der Welle und/oder in der Gehäusebohrung (sog. Direktlagerung), muss die Laufbahn für die Wälzkörper auf der Welle und im Gehäuse als Wälzlagerlaufbahn ausgeführt (gehärtet und geschliffen) sein. Gestaltung der Laufbahnen ➤ Tabelle. Die Oberflächenhärte der Laufbahnen muss 670 HV bis 840 HV betragen, die Härtetiefe CHD oder SHD ausreichend tief sein. Die Angaben in der Tabelle beziehen sich auf allgemein übliche Anwendungsfälle. Ist die Welle nicht als Laufbahn ausführbar, können die Nadelkränze mit Schaeffler-Laufringen kombiniert werden. Hier erhöht sich dann jedoch die Bauhöhe der Lager um die Dicke der Ringe.
Toleranzklassen und Oberflächenausführung der Laufbahnen für Nadelkränze (Direktlagerung)
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Wellendurchmesser |
Bohrungstoleranz1) |
Wellentoleranz1) |
Gestaltung der Laufbahn |
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empfohlener Mittenrauwert |
Rundheitstoleranz |
Parallelitätstoleranz |
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Nennmaß |
Betriebsspiel |
Ramax (Rzmax) |
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mm |
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über |
bis |
klein |
normal |
groß |
μm |
max. |
max. |
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| - | 80 | G6 | j5 | h5 | g6 | 0,2 (1) | IT3 | IT3 |
| - | 80 | H6 | h5 | g5 | f6 | 0,2 (1) | ||
| 80 | 120 | G6 | h5 | g5 | f6 | 0,3 (1,6) | ||
| 120 | - | G6 | h5 | g5 | f6 | 0,4 (2,5) | ||
| 120 | - | H6 | - | f5 | e6 | 0,4 (2,5) | ||
Anschlussmaße für Nadelkränze und Oberflächenbeschaffenheit der Anlaufflächen
Die Laufbahnbreite muss mindestens der Nennbreite Bc entsprechen (Bc ist nach (–) toleriert); Werte für Bc und ➤ Bild. Der Abstand zwischen den seitlichen Anlaufflächen des Käfigs muss genügend groß sein. Als Abstandsmaß der Anlaufflächen gilt: Bc H12 Ⓔ, damit sich die Nadelkränze nicht verklemmen (H12 nach ISO 286-2). Die seitlichen Anlaufflächen für die Nadelkränze müssen feinbearbeitet (Ramax 2 empfohlen) und verschleißfest ausgeführt werden ➤ Bild. Unterbrechungen in den Anlaufflächen sollen vermieden werden.
Beispiel
Bei einem Bauraum von Bc = 10 mm ist ein Nadelkranz mit der Nennbreite Bc = 10 mm geeignet, da der Käfig maximal 9,8 (0/–0,6) mm breit ist.
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Laufbahnbreite und seitliche Anlaufflächen für die Nadelkränze Bc H12 = Nennbreite Bc –0,2/–0,8 = Käfigbreite Ramax = Maximale Rauheit der Anlaufflächen
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Die Führung kann durch die Welle oder am Gehäuse erfolgen
Nadelkränze müssen axial geführt bzw. gesichert werden. Die Führung ist durch die Welle oder am Gehäuse möglich ➤ Bild und ➤ Bild. Geeignet sind Sprengringe oder eine entsprechend gestaltete Anschlusskonstruktion. Bei der Fixierung mit Spreng- oder Sicherungsringen muss vor den Ringen eine Scheibe angeordnet werden ➤ Bild. Die Überdeckung von Ring und Scheibe ist ausreichend groß zu wählen.
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Axiale Sicherung durch Gehäuseteile (seitliche Führung am Gehäuse) |
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Als Werkstoffe für die Wälzlagerlaufbahn bei Direktlagerung sind durchhärtende Stähle nach ISO 683-17 (wie 100Cr6) geeignet. Diese Stähle können auch randschichtgehärtet werden.
Einsatzstähle müssen DIN EN ISO 683-17 (wie 17MnCr5, 18CrNiMo7-6) oder EN 10084 (wie 16MnCr5) entsprechen.
Für Flamm- und Induktionshärtung sind Stähle nach DIN EN ISO 683-17 (wie C56E2, 43CrMo4) oder DIN 17212 (wie Cf53) zu verwenden.
Wenn die Laufbahn zwar den Anforderungen an Wälzlagerwerkstoffe entspricht, die Laufbahnhärte jedoch geringer als 670 HV ist, dann darf die Lagerung nicht mit der vollen Tragfähigkeit des Lagers belastet werden. Zur Ermittlung der dynamischen und statischen Belastbarkeit der Lagerung ist die dynamische Tragzahl C der Lager mit dem Minderungsfaktor fH (dynamischer Härtefaktor) und die statische Tragzahl C0r mit dem Minderungsfaktor fH0 (statischer Härtefaktor) zu multiplizieren ➤ Bild und ➤ Bild.
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Dynamischer Härtefaktor bei Minderhärte der Laufbahnen/Wälzkörper fH = Dynamischer Härtefaktor HV, HRC = Oberflächenhärte |
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Statischer Härtefaktor bei Minderhärte der Laufbahnen/Wälzkörper fH0 = Statischer Härtefaktor HV, HRC = Oberflächenhärte |
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Näherungswert zur Einsatzhärtungs-Härtetiefe
Einen Näherungswert zur Festlegung der Mindesthärtetiefe liefert ➤ Formel. Als Bezugsgröße für die vorliegende Beanspruchung dient die vom Wälzkörperdurchmesser Dw und von der Beanspruchungshöhe abhängige Vergleichsspannung nach der Gestaltänderungsenergiehypothese (GEH).
Einsatzhärtungs-Härtetiefe
Legende
| CHD | mm |
Einsatzhärtungs-Härtetiefe (Case Hardening Depth) |
| Dw | mm |
Wälzkörperduchmesser |
Die lokale Härte muss stets über der lokal erforderlichen Härte liegen, die aus der Vergleichsspannung berechnet werden kann.
Bei diesen Oberflächen-Härteverfahren sind zur Festlegung der erforderlichen Härtetiefe die Belastung und die Kontaktgeometrie zu berücksichtigen.
Für die Berechnung der Einhärtungs-Härtetiefe SHD gilt ➤ Formel.
Legende
| SHD | mm |
Einhärtungs-Härtetiefe (Surface Hardening Depth) |
| Dw | mm |
Wälzkörperduchmesser |
| Rp0,2 | N/mm2 |
Streckgrenze des Grundwerkstoffs |
Die Nadelrollen müssen der gleichen Toleranzsorte entsprechen
Werden zwei Nadelkränze unmittelbar nebeneinander angeordnet, ist zu beachten, dass die Lager gleichmäßig belastet werden. Dazu müssen die Nadelrollen dieser Nadelkränze der gleichen Durchmessersorte (Toleranzsorte) angehören. Die Abmaße der Nadelrollen, mit denen die Lager bestückt sind, sind auf der jeweiligen Lagerverpackung angegeben.
Lager beim Einbau nicht beschädigen
Nadelkränze werden entweder auf die Welle geschoben und gemeinsam mit dieser in das Gehäuse eingeführt, oder der Nadelkranz wird in das Gehäuse montiert und anschließend die Welle eingeführt. Der Einbau der Lager erfolgt ohne Last und mit einer schraubenden Bewegung.
Wälzlager sehr sorgfältig behandeln
Wälzlager sind vielfach bewährte Präzisions-Maschinenelemente zur Gestaltung wirtschaftlicher, zuverlässiger und betriebssicherer Lagerungen. Damit diese Produkte ihre Funktion einwandfrei erfüllen und die vorgesehene Gebrauchsdauer ohne Beeinträchtigung erreichen, müssen sie sorgfältig behandelt werden.
Das Schaeffler-Montagehandbuch MH 1 informiert umfassend über die sachgemäße Lagerung, Montage, Demontage und Wartung rotatorischer Wälzlager http://www.schaeffler.de/std/1B68. Daneben enthält es Angaben, die der Konstrukteur für den Ein‑ und Ausbau und die Wartung der Lager schon bei der Gestaltung der Lagerstelle beachten muss. Das Buch liefert Schaeffler auf Anfrage.
Die Weiterentwicklung der Produkte kann auch zu technischen Änderungen an Katalogprodukten führen
Im Mittelpunkt des Interesses von Schaeffler stehen die Optimierung und die Weiterentwicklung seiner Produkte und die Zufriedenheit seiner Kunden. Damit Sie sich als Kunde bestmöglich über diesen Fortschritt und den aktuellen technischen Stand der Produkte informieren können, veröffentlichen wir Produktänderungen gegenüber der gedruckten Ausgabe in unserem elektronischen Produktkatalog.
Änderungen der Angaben und Darstellungen dieses Katalogs behalten wir uns daher vor. Dieser Katalog gibt den Stand bei Drucklegung wieder. Neuere Veröffentlichungen unsererseits (in Printmedien oder digital) gehen automatisch diesem Katalog vor, soweit sie dasselbe Thema betreffen. Bitte prüfen Sie daher stets über unseren elektronischen Produktkatalog, ob aktuellere Informationen oder Änderungshinweise für Ihr gewünschtes Produkt verfügbar sind.
Bei der Auslegung einer Lagerung sind neben den Angaben in diesem Kapitel auch folgende Kapitel in den technischen Grundlagen zu beachten:
