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Gehäuselager-Einheiten - Die robuste Lagerung für Jedermann Teil 1

 

Zum 2. Teil Gehäuselager - Einheiten

 

Wälzlager sind absolute Präzisionsteile, die eine hohe Anforderung an die Einbausituation verlangen. Man denke alleine an die notwendige Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit der Lagersitze auf der Welle und im Gehäuse. Aber auch die erforderliche penible Genauigkeit bei der Ausrichtung der Lagerung, da Lager schon bei einer geringsten Schiefstellung der Welle verspannt werden. Bei normalen Rillenkugellagern zum Beispiel sind Fluchtungsfehler von gerade mal 2 bis 10 Winkelminuten tolerabel. Eine Winkelminute ist der sechzigste Teil eines Winkelgrads.
Eine gut gestaltete Lagerung ermöglicht erstaunliche Leistungen bei Umdrehungszahlen, Tragzahlen oder Rundlaufgenauigkeiten. Problem ist nur, dass in sehr vielen Anwendungsfällen eine so hohe Leistung gar nicht gefordert ist, die einen derartigen Aufwand rechtfertigen würde.

In diesen Fällen eignet sich häufig die Verwendung von Gehäuselager-Einheiten, deren Hauptvorteile in ihrer einfachen Befestigungsmöglichkeit und in ihrer Fähigkeit, Fluchtungsfehler auszugleichen liegen. Durch die besonders gute Abdichtung dieser Lager, sind sie auch für schwierige Umgebungsbedingungen hervorragend geeignet.

Gehäuselager-Einheiten bestehen aus Spannlagern, die in passende Standard-Gehäuse verbaut werden. Eine große Vielfalt an Gehäusevarianten ermöglicht trotz standardisierter Einzelteile eine ähnlich große Anwendungsvielfalt wie normale Rillenkugellager.

Spannlager Gehäuse Gehäuselager-Einheiten typische Anwendungsfälle
Lüfteranwendungen
  Förderrollen
  Förderrollen
  Endlagerrollen von Riementrieben

 

Aufbau und Eigenschaften von Gehäuselager-Einheiten

Spannlager basieren auf Rillenkugellagern mit balligem Außenring. Durch die entsprechend hohlkugelige Aufnahmebohrung des Spannlager-Gehäuses, können Gehäuselager-Einheiten fertigungs- oder montagebedingte Fluchtungsfehler der Welle sehr gut kompensieren.
Der Ausgleich von Achsversatz- und Winkelfehler von bis zu 5° ist möglich, wenn die Gehäuselager-Einheit später im Betrieb nicht nachgeschmiert werden muss.


 
Soll eine Nachschmierung im Betrieb möglich sein, können immerhin noch Fluchtungsfehler bis zu 2° ausgeglichen werden.

Konkret bedeutet das, dass die Umgebungskonstruktion und das Ausrichten der Lager bei der Montage weniger exakt sein müssen, wie bei normalen Rillenkugellagern.
Der Ausgleich einer betriebsbedingten Wellendurchbiegung ist wie bei normalen Rillenkugellagern im Bereich von wenigen Winkelminuten ebenfalls möglich. Gehäuselager-Einheiten lassen keine axiale Verschiebung zu und können daher im Normalfall keine wärmebedingten Längenänderungen der Welle ausgleichen.

Befestigung der Spannlager auf der Welle

Spannlager können bei der Montage sehr einfach auf die Welle aufgeschoben werden. Das liegt daran, dass die Innenringe von Spannlagern anders als metrische Standardlager mit einer Plus-Toleranz gefertigt sind. Das heißt, der Innendurchmesser ist innerhalb der zulässigen Maßabweichung immer größer als das angegebene Nennmaß. Daraus ergeben sich für Einheitswellen mit h-Toleranzen (die Wellen sind nach minus toleriert) Übergangs- bzw. Schiebesitze.


  
Im Gegensatz dazu sind normale metrische Lager immer nach minus toleriert. Mit entsprechender Welle als Gegenstück entsteht so eine feste Passung, die sich positiv auf die Tragfähigkeit des Lagers auswirkt. Es ist daher meist nötig, die Lager auf die Welle aufzuschlagen, oder sie vor der Montage thermisch aufzuweiten. 

Um Spannlager auf der der Welle zu fixieren gibt es verschiedene Befestigungsarten.

Gewindestift-Befestigung

Am gebräuchlichsten ist die Gewindestift-Befestigung, bei der das Lager mittels zwei Gewindestiften auf der Welle fixiert wird. Die zwei Gewindestifte haben ein Feingewinde und sind durch die Ringschneide an ihrer Spitze selbsthaltend. Eine Verbesserung der Haltefähigkeit erhält man durch Abflachen der Welle. Diese Befestigungsart für Spannlager ist bei nicht allzu hohen Lasten auch für wechselnde Drehrichtungen geeignet.

Exzenterring-Befestigung

Die zweite sehr gebräuchliche Variante ist die Exzenterring-Befestigung. Hier wird der Exzenterring über den Innenringbund geschoben und in Drehrichtung der Welle gedreht, bis er sich festklemmt. Anschließend wird der Exzenterring mit Madenschrauben gesichert.
 
Da der Ring mit einem Kreisabschnitt auf der Welle klemmt, schont er die Welle. Bei höheren Drehzahlen ist der Exzenterring nur bei gleichbleibender Drehrichtung geeignet.
 

Weitere Befestigungsarten

Eher selten finden sich Spannhülsen-Befestigungen oder Lager mit zylindrischem Sitz.
Diese Befestigungsarten halten die Welle konzentrisch im Lager. Daraus ergeben sich ein ruhigerer Lauf der Lagerung, ein möglicher Drehrichtungswechsel und wesentlich höhere mögliche Drehzahlen. Die  Eigenschaften der Lagerung (Drehzahl, Drehrichtung etc.) sind dann identisch mit denen von Standardlagern. Allerdings muss dann auch Die Umgebungskonstruktion wie bei Standardrillenkugellagern ausgeführt sein. Als Hauptnutzen dieser Lager gegenüber normaler Lagerungen ist demnach nur noch der Ausgleich von Fluchtungsfehler über den balligen Außenring zu nennen, nicht mehr die einfache Befestigungsmöglichkeit.

Gehäusematerialien

Als Werkstoffe stehen Stahlblechgehäuse, Gussgehäuse  sowie Kunststoffgehäuse zur Verfügung.

Stahlblechgehäuse

Stahlblechgehäuse sind die günstigste Variante und lassen sich sehr einfach montieren. Sie sind allerdings nicht hoch belastbar und lassen nur moderate Drehzahlen zu. Außerdem können Stahlblechgehäuse nicht nachgeschmiert werden. Sie sind deshalb nur für einfachste Anwendungen gebräuchlich. In Kombination mit Gummidämmringen, die zwischen der Gehäuse-Aufnahmebohrung und dem Spannlager-Außenring montiert werden können, lassen sich Vibrationen gut abdämpfen. Das vermindert das Laufgeräusch der Lagerung. Zudem ermöglicht der Gummiring einen gewissen Spielraum, um Wellenausdehnungen auszugleichen.

Gussgehäuse

Gussgehäuse sind der „Klassiker“. Sie sind sehr robust und können wesentlich höhere radiale und axiale Belastungen aufnehmen. Sie können auch für höhere Drehzahlen verwendet werden und haben eine Vorrichtung für die Nachschmierung. Gussgehäuse bieten daher das breiteste Anwendungsfeld.

Kunststoffgehäuse

Kunststoffgehäuse findet man hauptsächlich im Bereich der Lebensmittelindustrie. Sie werden mit Spannlagern aus nichtrostendem Stahl oder Lagern mit verzinkten Lagerringen kombiniert. Dadurch sind sie korrosionsfest und gegenüber der häufig in der Lebensmittelindustrie auftretenden Medien chemisch beständig. Eine glatte Oberfläche der Gehäuse sowie hochwirksame Mehrfachdichtungen der Spannlager, ermöglichen eine regelmäßige, ordentliche Reinigung der Gehäuselager-Einheiten. Um eine zusätzliche Abdichtung vor starker Verschmutzung zu schaffen, gibt es Spannlager-Einheiten auch mit zusätzlichen Enddeckeln. Diese können sowohl geschlossen sein, wie eine Wellendurchführung haben.

 

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