Wälzlagerpassung: Darauf kommt es an

Dass sich eine falsche Wälzlagerpassung negativ auswirken kann, zeigt sich an einem Praxisbeispiel: Ein auf Antriebstechnik spezialisiertes Unternehmen hatte Rillenkugellager eines Premium-Markenherstellers bezogen, die allerdings frühzeitig einen Wälzlagerschaden erlitten. Im vorliegenden Anwendungsfall war die Passung vom Wälzlager ungünstig gewählt worden.

Wälzlagerpassung: Folgenschwere Fehler

Im Gehäuse des Getriebes waren an den Passflächen Passungsrost und Schleifspuren zu erkennen. Die Verschleißpartikel hatten sich sogar schon im Lagerinneren angereichert und zu weiterem Verschleiß bzw. Materialabtrag auf den Laufbahnen geführt, wobei es im Endstadium zu Laufgeräuschen und schließlich zu Ausbrüchen an Kugeln sowie Laufbahnen gekommen war.

Der sogenannte Reib- und Passungsrost entsteht, wenn durch die falsche Passung eine Relativbewegung zwischen dem Lagerring und Gegenstück auftritt. Auch schon winzige Mikrobewegungen zwischen Welle und Innenring bzw. Außenring und Gehäuse stellen ein Problem dar. Durch den Passungsrost kann wie im Praxisbeispiel Abrieb in das Wälzlager gelangen, was die Funktionsfähigkeit des Schmierfetts reduziert und die Laufbahnen angreift; die Lebensdauererwartung ist folglich stark verkürzt. Zum anderen kann Passungsrost die Demontage des Wälzlagers erheblich erschweren oder gar verhindern und Folgeschädigungen verursachen. Nicht zuletzt leidet die Genauigkeit der Lagersitze.

Wahl der Wälzlagerpassung

Doch was gilt es bei der Wahl der richtigen Passung zu beachten? Die einfachste Regel ist, dass sich die Lager mit minimal möglichem Aufwand ein- und ausbauen lassen müssen. Ansonsten sollte sich die Passungswahl immer nach der Drehrichtung und der Belastungssituation der Ringe richten. Die Lagerringe mit Umfangslast benötigen also einen Festsitz, um beim Abwälzen des Lagers Schlupf und somit Abrieb an der Passung zu verhindern. Wenn die Belastungsrichtung unbestimmt bzw. wechselnd ist, wird ein Festsitz für beide Lagerringe empfohlen. Die Lagerringe müssen ganzumfänglich abgestützt werden, um die volle Tragfähigkeit zu erreichen. Zudem dürfen sie auf ihren Gegenstücken in Umfangsrichtung nicht wandern – sonst läuft man Gefahr, die Sitzflächen zu beschädigen.

Je größer die Belastung ist, desto größer sollte das Passungsübermaß gewählt werden, wobei dabei zu beachten ist, dass eine Übermaßpassung die Lagerluft verringert. „Der Hintergrund ist, dass Übermaßpassungen beim Innenring eine Aufweitung, beim Außenring eine Einschnürung der Laufbahn zur Folge haben“, erläutert Klaus Findling. „Dabei entstehen in den Ringen Spannungen und die radiale Lagerluft und damit auch das Betriebsspiel werden reduziert.“ Anwender sollten nicht zuletzt eine axiale Verschiebbarkeit des Loslagers sicherstellen, um eine mögliche Längenänderungen der Welle und des Gehäuses auszugleichen. Temperaturveränderungen und -unterschiede in den Bauteilen müssen zwingend berücksichtigt werden.

Hilfsmittel zur ersten Orientierung

Auch bei der Passungswahl gilt jedoch: Konstrukteure müssen das Rad nicht neu erfinden, sondern können sich an den Praxiserfahrungen anderer Anwender orientieren. Im ersten Schritt ist es wichtig, sich über die Umlaufverhältnisse der Lagerung klar zu werden: Dreht sich der Innenring oder Außenring? Liegt eine Umfanglast oder eine Punktlast vor? Ist die Lastrichtung veränderlich oder nicht? Welcher Wellendurchmesser wird gehandhabt? Ist die Belastung gering, normal oder hoch oder treten Stöße auf? Kritische Merkmale sind exzentrisch wirkende Kräfte, starke Drehzahländerungen bzw. Beschleunigungen, Temperaturwechsel und Stoßbeanspruchungen. Anhand der Antworten auf diese Fragen lässt sich eine Passungswahl treffen.

Viele Hersteller stellen auf Basis dieser Faktoren auch Tabellen bereit, die sich zur Orientierung nutzen lassen. Manchmal kann es aber vorkommen, dass durch Einbauverhältnisse oder wirtschaftliche Überlegungen eine Abweichung davon notwendig wird. Wer sich bezüglich der Auswahl von Passungen unsicher ist, sollte sich an einen Experten wenden. Bei einer professionellen Anwendungsberatung von Findling Wälzlager werden die Anforderungen der Applikation genau analysiert. Findling arbeitet mit Computersimulationen und mit dem ABEG-basierten Berechnungsprogrammen. Der Kunde erhält auf Wunsch eine genaue Spezifikation der benötigten Lagertechnik inklusive Bemusterungen.

Für Anwender, die lieber selbst Expertenwissen aufbauen wollen, bietet Findling Wälzlager ein modular aufgebautes Weiterbildungsprogramm an.

Nützliche Tools für die Wälzlagerauslegung

Das Online-Tool ABEG-Quickfinder von Findling Wälzlager funktioniert wie eine Datenbankabfrage über alle Bauformen und ABEG-Produktlinien hinweg. Wälzlager, die den konstruktionsseitig definierten technischen Anforderungen entsprechen, lassen sich damit schnell und herstellerunabhängig finden. Der kostenlose ABEG-Quickfinder basic ist unter www.findling.com/quickfinder zugänglich.

Einen Schritt weiter geht der ABEG-Quickfinder professional: Die CAE-Software (Computer-Aided Engineering) dient der Berechnung und Auslegung nicht nur von Wälzlagern nach ISO 281, sondern auch von vielen anderen gängigen Maschinenelementen – zum Beispiel von Wellen, Stirnrädern, Planetenstufen, Federn und Passungen.

Sie ist komplett webbasiert, sodass Anwender jederzeit automatisch mit den aktuellen Berechnungsmethoden und Parametern arbeiten. Auf Knopfdruck lassen sich Dokumentationen für die Qualitätssicherung und die Nachweispflicht nach DIN EN ISO 9001:2008 erstellen, durch Simulationen in 2D und 3D ist zudem eine schnelle Identifizierung und Anpassung von kritischen Punkten möglich. Eine intuitive Oberfläche und die sofortige Berechnung aller Werte bei Änderungen bringen dem Nutzer zusätzlich einen entscheidenden Zeitvorteil.

Von Klaus Findling.

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