Allgemeine Grundlagen

Funktion von Wälzlagern

Wälzlager sind Maschinenelemente und dienen zur Abstützung von Wellen und Achsen, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen. Die Kraftübertragung erfolgt über kugel- oder rollenförmige Wälzkörper. Zu den Vorteilen zählen folgende Punkte:

• nutzbar über einen Drehzahlbereich

• geringer Kühlungs- und Schmierungsbedarf, Fettschmierung meist ausreichend

• radiale, axiale und kombinierte Belastbarkeit mit geringen Aufwand erzielbar

• annähernd spielfreier bzw. vorgespannter Betrieb möglich

• Wälzlager sind als einbaufertige Normteilbaureihen weltweit verfügbar

Wälzlagerbauarten

Wälzlager werden in verschiedene Lagerarten eingeteilt und existieren in unterschiedlichen Bauformen. Ausgehend vom Kugellager, das am Anfang der technischen Entwicklung der Wälzlager stand, gibt es heute eine Vielzahl von Lagerbauarten, die für ganz bestimmte Betriebsbedingungen bevorzugt eingesetzt werden. Jede Auslegung einer Wälzlagerung wird jedoch ein technischer Kompromiss sein, der von den verschiedensten Kriterien bestimmt ist. Wälzlager werden ausgewählt nach:

• den verfügbaren Einbauverhältnissen

• der Art und Größe der Belastung

• den Drehzahlen bzw. den Bewegungszyklen allgemein

• der erforderlichen Führungsgenauigkeit der Maschinen- und Anlagenteile

• der Steifigkeit der Lager

• den Umgebungsbedingungen

• den Ein- und Ausbaumöglichkeiten

Neben den technischen Parametern eines Wälzlagers, wie statische und dynamische Tragfähigkeit sowie zulässige Drehzahlen, sind bei der Wahl der Lagerbauart die Lagerluft bzw. -vorspannung, die zweckmäßige Käfigmodifikation und das erforderliche Schmierverfahren zu beachten.

Rillenkugellager

Schrägkugellager

Vierpunktlager

Zylinderrollenlager

Kegelrollenlager

Pendelrollenlager

Axial-Zylinderrollenlager

Axial-Rillenkugellager

Sonderlager

Fachbegriffe in der Wälzlagertechnik

Bezeichnung der Wälzlagerelemente

Normung und Nomenklatur

Wälzlager sind in den Abmessungen (Bohrung, Außendurchmesser, Breite) international standardisiert. Die Wälzlagerbezeichnungen bestehen aus logisch aufgebauten Kombinationen von Buchstaben und Zahlen, die exakt Bauart, Größe und Eigenschaften der Lager wiedergeben. Neben den Standardlagern existieren Sonderlager bzw. Normlager in Sonderausführung, deren Bezeichnungssystem je nach Hersteller variiert. In der DIN-Norm DIN 623 sind Grundlagen für Bezeichnung und Kennzeichnung der Wälzlager definiert.

Normung der Lagerbauarten

*)  Von jenen in der DIN 5401-1 aufgeführten Bauformen der Zylinderrollenlager können bei gleichbleibender Innenkonstruktion weitere Bauformen abgeleitet werden. Die technischen Eigenschaften wie Tragzahlen und Drehzahlen bleiben unverändert.

Bezeichnungssystem der Wälzlager

Jedes Wälzlager ist in Anwendung der DIN 623-1 durch eine Normbezeichnung eindeutig gekennzeichnet. Nachfolgend ist beispielhaft eine Lagerbezeichnung dargestellt.

Die Reihenfolge innerhalb der Vorsetzzeichen und Basiszeichen ist wie in Abschnitt I und Abschnitt II dargestellt einzuhalten. Die Reihenfolge der Nachsetzzeichen und Ergänzungszeichen kann abhängig von Lagerbauform und Ausführungsart variieren. Die in Abschnitt III abgebildete Reihenfolge sollte für Bestellungen angewendet werden, herstellerspezifische Abweichungen davon sind jedoch zulässig.
Basiszeichen müssen in jedem Fall vollständig angegeben werden. Vorsetzzeichen, Nachsetzzeichen und Ergänzungszeichen können im Kurzzeichen dann fehlen,

• wenn nach Abschnitt I.2 nur Werkstoffe für den Normalfall verwendet werden,

• wenn die durch sie bezeichneten Merkmale nicht vorhanden sind,

• wenn für den Normalfall nach Abschnitt III keine Nachsetzzeichen für besondere Ausführungsvarianten (z.B. PN, CN und SN) angegeben werden,

• wenn über diese Merkmale keine Festlegungen vereinbart werden; die Ausführung wird dann nach Wahl des Herstellers entsprechend den Normnummern festgelegt.

Vor- und Nachsetzzeichen können über die genormten Zeichenfolgen hinaus ergänzt werden. Die Aussage der genormten Zeichenfolge muss dabei erhalten bleiben, sie darf nur ergänzt werden.
Bsp.:    JP3    Fensterkäfig aus Stahlblech, Herstellervariante 3

Zum Bilden normgerechter Benennungen dienen die eingeführten Namen von Wälzlagerbauarten nach DIN ISO 5593, die die Art des Wälzkörpers und die Laufbahngeometrie erkennen lassen, z. B. Rillenkugellager, Pendelrollenlager. 
Um die Bezeichnung kurz zu halten, wird der in handelsüblichen Benennungen enthaltene Vorsatz "Radial" grundsätzlich unterdrückt. Aus dem gleichen Grund werden Abkürzungen verwendet. Die genormten Benennungen und deren Abkürzungen sind in DIN  623-1 aufgeführt.
Weiterhin sind in dieser Tabelle die Normnummern enthalten. Bei Bildung der Normbezeichnung wird nur die Norm-Hauptnummer angegeben.

Hinweis: Zusammengehörige Zeichenblöcke können gegeneinander durch Leerstellen oder die grafischen Zeichen Mittelstrich (-), Schrägstrich (/), liegendes Kreuz (x) oder Punkt (●) gegliedert werden.

I Vorsetzzeichen

I.1 Lagerteile

Durch Vorsetzzeichen werden Teile von vollständigen Wälzlagern bezeichnet:

Bei einigen Wälzlagerarten (z.B. Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager) können auch die freien Ringe oder die Rollenkränze mit den nicht abziehbaren Ringen separat bestellt werden. Diese Teile werden durch vor das Basiszeichen gesetzte Vorsetzzeichen bezeichnet.

Die mit L und R bezeichneten Teile eines bestimmten Lagertyps ergeben ein vollständiges Lager. Dessen volle Funktionstüchtigkeit ist jedoch nur dann sichergestellt, wenn die Teile vom selben Hersteller geliefert wurden. Falls der freie Ring aus mehreren Teilen besteht, z.B. aus Innenring und Bordscheibe beim Zylinderrollenlager NUP, gilt dementsprechend das Vorsetzzeichen L für den Innenring mit zugehöriger Bordscheibe.

I.2 Werkstoff

Innen-, Außenringe und Wälzkörper werden im Normalfall aus Wälzlagerstahl nach DIN EN ISO 683-17 hergestellt.

Wälzlager aus nichtrostendem Stahl erhalten üblicherweise das Vorsetzzeichen S (z. B. S 6205) oder W (z. B. W 6205). Ein Vergleich von üblichen Wälzlagerwerkstoffen ist im Punkt "Wälzlagerwerkstoffe im Vergleich" dargestellt.

II Basiszeichen

Das Basiszeichen bezeichnet Art und Größe des Lagers. Es besteht in der Regel (Ausnahmen siehe unten) aus je einem Zeichen oder einer Zeichengruppe für:

• Lagerreihe (siehe Abschnitt II.1)

• Lagerbohrung (siehe Abschnitt II.2)

Obenstehende Systematik gilt nicht für Nadel-Axialzylinderrollenlager, Nadel-Axialkugellager, Nadelhülsen, Nadelbüchsen, Radial-Nadelkränze, Axial-Nadelkränze und Axialscheiben. Hier setzt sich das Basiszeichen zusammen aus Zeichen für:
⦁    Bauart
⦁    Charakteristische Abmessung(en)

Die entsprechende Aufbausystematik ist in DIN 623 dargestellt.

II.1 Lagerreihe

Die Lagerreihe setzt sich zusammen aus der Lagerart und der Maßreihe. Jede Lagerreihe ist durch eine Gruppe von Ziffern oder Buchstaben oder durch eine Kombination von Ziffern und Buchstaben gekennzeichnet. 

Für Kegelrollenlager existieren zwei unterschiedliche Bezeichnungssysteme nach DIN 720 und nach ISO 355. DIN 720 entspricht den Regeln dieser Norm, ISO 355 enthält eine eigene Systematik.

II.2 Lagerbohrung

Das Zeichen für die Lagerbohrung besteht aus Ziffern und wird im Allgemeinen direkt, in definierten Fällen jedoch auch mit einem Schrägstrich an das Zeichen für die Lagerreihe angehängt.

Zeichen für Lagerbohrung:

III Nachsetzzeichen

Nachsetzzeichen werden im Anschluss an das Basiszeichen gesetzt und dienen zur Bezeichnung von

• NG 1: innerer Konstruktion

• NG 2: äußerer Form

• NG 3: Käfigbauform

• NG 4.1: Genauigkeiten

• NG 4.2: Lagersätze

• NG 4.3: Lagerluft

• NG 5.1: Werkstoff

• NG 5.2: Wärmebehandlung

• NG 6: Schmierung

NG 1  - Innere Konstruktion

NG 2  - Äußere Form

NG 3 - Käfigbauformen

NG 4.1 - Genauigkeit

NG 4.2 - Lagersätze

NG 4.3 - Lagerluft

NG 5.1 - Werkstoff

NG 5.2 - Wärmebehandlung

NG 6 - Schmierung

kundenspezifische Festlegung

Hier finden Sie die KRW-Nachsetzzeichenliste als PDF zum Download.

IV Ergänzungszeichen

Für Festlegungen, die über die Kurzzeichen von I bis III hinausgehen, können herstellerbezogene Ergänzungszeichen festgelegt werden. Die Zusagen der betreffenden Produktnormen müssen dabei eingehalten werden, d. h. mit Ergänzungszeichen werden Festlegungen über die Produktnorm hinaus getroffen oder Toleranzen eingeengt.
 

NG 7.1 - Technische Spezifikation

NG 7.2 - Fertigungsvorschrift

Hauptabmessungen

Wälzlager sind als einbaufertige Maschinenelemente universell verwendbar. Dies beruht vor allem darauf, dass die Hauptabmessungen der gängigen Lager genormt sind. Es gelten ISO 15 für Radiallager (außer Kegelrollenlager), ISO 355 für metrische Kegelrollenlager und ISO 104 für Axiallager. Die Maßpläne der ISO-Normen wurden übernommen in DIN 616 und DIN ISO 355 (metrische Kegelrollenlager).

In den Maßplänen der DIN 616 sind einer Lagerbohrung mehrere Außendurchmesser und Breiten zugeordnet. Gängige Durchmesserreihen sind 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4 (in dieser Reihenfolge zunehmender Außendurchmesser). Innerhalb jeder Durchmesserreihe gibt es mehrere Breitenreihen 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (mit größerer Ziffer zunehmende Breite).

Die zweistellige Zahl für die Maßreihe enthält als erste die Ziffer der Breitenreihe (bei Axiallagern der Höhenreihe), als zweite die Ziffer der Durchmesserreihe. Bei der praktischen Verwendung der Breiten- und Durchmesserreihen werden bei einigen Lagerbauarten Ziffern weggelassen, z.B. bei Zylinderrollenlagern der Breitenreihe „0“ (NU0220 -> NU220).

Bezeichnungsbeispiel

Für die Bezeichnung eines Pendelrollenlagers gilt:
 

Sprechweise

Die Basiszeichen sind zwischen der Lagerreihe und der Lagerbohrung zu trennen. Das Trennen des Zeichenblocks für die Maßreihe und das Verbinden des abgetrennten Zeichens mit dem Zeichen für die Lagerart sind beim Sprechen nicht zulässig. 

Richtige Sprechweise:

Käfigbauarten

Allgemeine Informationen

Der Lagerkäfig ist ein wichtiges Bauteil im Wälzlager und hat folgende Funktionen:

• hält die Wälzkörper auf Abstand, um gegenseitigen Kontakt zu verhindern

• gewährleistet einen gleichen Abstand zwischen den Wälzkörpern, damit eine gleichmäßige Lastverteilung

• führt die Wälzkörper

• überträgt Umfangskräfte

• hindert die Wälzkörper bei zerleg- und schwenkbaren Lagern am Herausfallen

Unterschieden werden Blechkäfige sowie einteilige und mehrteilige Massivkäfige aus verschiedenen Materialien.

Blechkäfige

Blechkäfige sind Lagerkäfige, die nahezu immer aus Stahlblech gestanzt beziehungsweise gepresst werden. Selten kommt auch Messingblech zum Einsatz. Ein geringeres Gewicht sowie eine gute Schmierstoffzuführung ins Lagerinnere sind Vorteile gegenüber Massivkäfigen.

Massivkäfige

Bei hohen Anforderungen an die Käfigfestigkeit und bei Temperaturen bis 250°C werden meist Massivkäfige eingesetzt. Messing, Stahl, Bronze, Aluminium, Sintereisen, Kunststoffe oder Hartgewebe sind angewendete Werkstoffe. Massivkäfige aus Metall oder Hartgewebe werden durch Drehen und Fräsen hergestellt, Massivkäfige aus Kunststoff durch Spritzgießen in Formen.

Für große, hochbelastete Lager und für kleine Serien sind Massivkäfige, vorrangig aus Messing und Stahl, von Vorteil. Relativ geringe Massenkräfte weisen Massivkäfige aus Leichtmetall, Kunststoff oder Hartgewebe auf und werden daher bei schnelllaufenden Anwendungen in außenbordgeführter Variante eingesetzt.

In vielen Großserienlagern werden Käfige aus glasfaserverstärkten Polyamid (PA66 GF25) verbaut, die ein geringes Gewicht, hohe Elastizität und gute Gleit- und Notlaufeigenschaften besitzen. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer des Lagers aus.

Besondere Betriebsbedingungen erfordern einen speziell dafür auszuwählenden Käfig. Die Einsatztemperaturgrenze liegt jedoch bei 120°C.

Bolzenkäfig

Bei Wälzlagern mit geschweißtem Bolzenkäfig, meist Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager und seltener Pendelrollenlager, kommen Wälzkörper mit zentrischer axialer Bohrung zum Einsatz. Durch diese Bohrung führt ein Stahlbolzen, welcher zwei seitliche Käfigscheiben miteinander verbindet und somit für eine hohe Festigkeit sorgt.

Käfigführungsarten

Käfige können je nach Anwendung unterschiedlich geführt werden, was ein Unterscheidungsmerkmal darstellt. Am häufigsten werden die Käfige von den Wälzkörpern geführt (ohne Nachsetzzeichen). Käfigführung am Lageraußenring oder auch Außenbordführung genannt, wird mit dem Nachsetzzeichen A angegeben. Käfigführung am Lagerinnenring oder auch Innenbordführung genannt, wird mit dem Nachsetzzeichen B angegeben.

Lagertoleranzen

Wälzlagertoleranzen sichern Austauschbarkeit. In DIN 620 sind die Werte der Maß- und Lauftoleranzen angegeben. Lager werden im Allgemeinen in den Toleranzklassen PN gefertigt, die übrigen Toleranzklassen sind auf Anfrage erhältlich bzw. werden je nach Anwendungsfall gewählt. 

Toleranzsymbole Bohrungsdurchmesser

Toleranzsymbole Außendurchmesser

Toleranzsymbole Breite und Höhe

Toleranzsymbole Lauftoleranz

Die Toleranzen unserer Lagerbauarten finden Sie bis auf weiteres in der Übersicht "Lagertoleranzen".

Lagerluft

Die Lagerluft ist das Maß, um das sich ein Lagerring gegenüber dem anderen radial oder axial von einer Endlage zur anderen verschieben lässt. Unterschieden wird zwischen der Luft des nicht eingebauten Lagers (Lagerluft) und der Luft des eingebauten, betriebswarmen Lagers (Betriebsluft, Betriebsspiel). Damit die Welle optimal geführt wird, soll die Betriebsluft so klein wie möglich sein. Die Lagerluft wird beim Einbau durch feste Passungen der Lagerringe vermindert. Sie muss deshalb in der Regel größer sein als die erforderliche Betriebsluft. Außerdem wird die Radialluft im Betrieb verkleinert, wenn der Innenring - wie es meistens der Fall ist - wärmer wird als der Außenring. Für die Radialluft der Wälzlager gibt die DIN 620 Normwerte an. Dabei ist die normale Luft (Luftgruppe CN) so bemessen, dass das Lager bei üblichen Einbau- und Betriebsverhältnissen eine zweckentsprechende Betriebsluft hat. Die DIN 620 definiert darüber hinaus auch Lagerluftgruppen mit größerer Lagerluft. Für Pendelrollenlager enthält die ISO 5753 zusätzlich Werte für die Luftgruppe C5. Abweichende Einbau- und Betriebsverhältnisse, z.B. feste Passungen für beide Lagerringe oder eine Temperaturdifferenz größer 10 K, erfordern weitere Radialluftgruppen, die auf Anfrage lieferbar sind. Die jeweils geeignete Luftgruppe ist anhand einer Passungsbetrachtung zu wählen. Für die wichtigsten Lagerbauarten sind Luftwerte der nicht eingebauten Lager angegeben.

Toleranzen für Lagerluft:

Die Lagerluft-Toleranzen unserer Lagerbauarten können Sie ganz einfach mit unserem Lagerluftrechner berechnen. 

Verminderung der Radialluft durch Temperaturdifferenzen

Die Verminderung der Radialluft ∆e durch Temperaturdifferenzen ∆T zwischen Innenring und Außenring beträgt bei nicht angestellten Lagerungen annäherungsweise:

Mit einer stärkeren Veränderung der Radialluft ist zu rechnen, wenn der Lagerstelle Wärme zugeführt oder entzogen wird. Die Radialluft vermindert sich, wenn Wärme über die Welle zugeführt oder über das Gehäuse abgeführt wird. Eine größere Radialluft ergibt sich bei Wärmezufuhr über das Gehäuse oder Wärmeabfuhr über die Welle. Beim raschen Hochfahren auf die Betriebsdrehzahl ergeben sich größere Temperaturdifferenzen zwischen den Lagerringen als während des Beharrungszustandes. Damit sich die Lager nicht verspannen, muss die Drehzahl entweder langsam hochgefahren oder eine größere Radialluft gewählt werden, als es für das betriebswarme Lager theoretisch notwendig wäre.

Verminderung der Radialluft durch feste Passungen

Näherungsweise kann die Aufweitung der Innenringlaufbahn mit 80% des Passungsübermaßes und die Einschnürung der Außenringlaufbahn mit 70% des Passungsübermaßes angenommen werden (Voraussetzungen: Vollwelle aus Stahl, Stahlgehäuse mit normaler Wanddicke).

Wälzlagerwerkstoffe im Vergleich

Das Leistungsvermögen der Wälzlager wird in hohem Maße von den verwendeten Werkstoffen und der Wärmebehandlung beeinflusst. Der Werkstoff für Ringe und Wälzkörper der Wälzlager ist in der Regel ein niedrig legierter durchhärtender Chromstahl, in besonderen Fällen Einsatzstahl. Es handelt sich um hochwertige Stähle von hoher Reinheit. Für die Wälzlagerringe und Wälzkörper werden Stähle nach DIN EN ISO 683-17 verwendet. Auf Grundlage von Kundenwünschen werden Wälzkörper (Kugeln und Zylinderrollen) auch aus Keramikwerkstoffen (z.B. Siliziumnitrid) verbaut. In den sogenannten Hybridlagern werden die geringe Dichte, das gute Verschleißverhalten, die geringe Wärmeausdehnung sowie die hohe elektrische Isolationsfähigkeit des Keramikwerkstoffes genutzt. Siliziumnitrid wird ebenfalls für Beschichtungen der Wälzlagerringe (stromisolierte Lager) eingesetzt.

Dimensionierung von Wälzlagern

Durch die Gesamtkonstruktion der Maschine oder des Gerätes wird der Bohrungsdurchmesser der Wälzlager in vielen Fällen bereits festgelegt. Zur endgültigen Bestimmung der Lagergröße sollte mit einer Dimensionierungsrechnung geprüft werden, ob die Forderungen an Gebrauchsdauer, an die statische Sicherheit und die erforderliche Wirtschaftlichkeit erfüllt sind. Bei dieser Rechnung wird die Beanspruchung eines Lagers mit seiner Tragfähigkeit unter den gewählten Betriebsbedingungen verglichen.

In der Wälzlagertechnik wird unterschieden zwischen statischer und dynamischer Beanspruchung. Bei statischer Beanspruchung steht das belastete Lager still, dreht sehr langsam oder führt nur eine langsame Schwenkbewegung aus. In diesen Fällen wird die Sicherheit gegen zu große plastische Verformungen der Laufbahnen und Wälzkörper geprüft. Es gilt folgende Bedingung für die statische Belastung:

Die meisten Wälzlager werden dynamisch beansprucht. In diesen Fällen drehen sich die Wälzlagerringe relativ zueinander. Die Wälzkörper dienen der Kraftübertragung und rollen dabei ab. Mit der Dimensionierungsrechnung wird die Sicherheit gegen vorzeitige Materialermüdung der Laufbahnen und Wälzkörper geprüft. Anderweitige Beanspruchungen der Werkstoffe werden dabei nicht betrachtet.

Statische Beanspruchung

Die Bestimmungsgröße für die statische Tragfähigkeit eines Wälzlagers ist die statische Tragzahl C₀. Die statische Tragzahl ist nach DIN ISO 76 definiert bei einer Hertz‘schen Pressung der Wälzkörper an den Laufbahnen von

4.200 MPa bei Kugellagern (punktförmige Belastung)
4.000 MPa bei Rollenlagern (linienförmige Belastung)

Die statische Tragzahl C₀ ist in den Maßtabellen für jedes Wälzlager angegeben.

Bei der Belastung des Wälzlagers mit C₀ tritt an der am höchsten belasteten Berührungsstelle eine plastische Gesamtverformung von Wälzkörper und Laufbahn von etwa 1/10.000 des Wälzkörperdurchmessers auf. Bei statischer Belastung wird zum Nachweis, dass ein ausreichend tragfähiges Lager gewählt wurde, die statische Kennzahl f_s errechnet.

Statisch äquivalente Belastung P₀

P₀ ist ein rechnerischer Wert, der einer radialen Belastung bei Radiallagern und einer axialen, zentrisch anliegenden Belastung bei Axiallagern entspricht. P₀ verursacht die gleiche Beanspruchung im Mittelpunkt der am höchsten belasteten Berührstelle zwischen Wälzkörper und Laufbahn, wie die tatsächlich wirkende kombinierte Belastung.

Nominelle Lebensdauerberechnung

Das genormte Berechnungsverfahren (DIN ISO 281) für dynamisch beanspruchte Wälzlager beruht auf der Werkstoffermüdung (Pittingbildung) als Ausfallursache. Die Lebensdauerformel lautet:

L₁₀ ist die nominelle Lebensdauer in Millionen Umdrehungen, die mindestens 90% einer größeren Anzahl gleicher Lager erreichen oder überschreiten.

Die dynamische Tragzahl C ist in den Tabellen für jedes Lager angegeben. Eine Belastung in dieser Höhe ergibt eine L₁₀-Lebensdauer von 10⁶ Umdrehungen. Für die Radiallager bezieht sich die radiale dynamische Tragzahl C_r auf die ständig unveränderliche, nur radiale Belastung wirkende in der Lagerachse. Für die Axiallager bezieht sich die axiale dynamische Tragzahl C_a auf die unveränderliche, nur axiale Belastung, die in der Lagerachse wirkt. Wenn die Betriebstemperatur des Lagers höher als 120°C beträgt, sinkt die Härte infolge der Änderung der Materialstruktur und dadurch auch die dynamische Tragkraft.

Die dynamisch äquivalente Belastung P ist ein rechnerischer Wert, eine in Größe und Richtung konstante Radiallast bei Radiallagern oder Axiallast bei Axiallagern. P ergibt die gleiche Lebensdauer wie die tatsächlich wirkende kombinierte Belastung.

Der Lebensdauerexponent p ist unterschiedlich für Kugellager und Rollenlager:

p = 3  für Kugellager

p = 10/3  für Rollenlager

Wenn die Drehzahl des Lagers konstant ist, kann die Lebensdauer in Stunden ausdrücken werden.

Wird z. B. in der Verkehrstechnik die Angabe der Lebensdauer in km gefordert, ist der mittlere Raddurchmesser D_R in die Lebensdauerberechnung einzufügen, sodass gilt:

Erweiterte nominelle Lebensdauerberechnung

Die nominelle Lebensdauer L_10h ist als Kriterium für Lagerleistung in vielen Fällen ausreichend. In vielen Anwendungsfällen ist jedoch eine zuverlässigere Berechnungsmethode notwendig. Hierfür wird die erweitere Lebensdauerberechnung nach DIN ISO 281 genutzt. Sie erweitert die oben genannte Lebensdauer um zwei Faktoren. Die Formel zeigt den Zusammenhang.

Der Lebensdauerbeiwert für die Zuverlässigkeit a₁ ist nach DIN ISO 281 für folgende Werte definiert:

Der Lebensdauerbeiwert für die Systembetrachtung a_ISO ist eine Funktion aus dem Verhältnis der Ermüdungsspannung zur tatsächlich auftretenden Spannung.

Verunreinigung durch Wasser oder andere Flüssigkeiten sind nicht im e_C-Wert beinhaltet.

Das Viskositätenverhältnis κ wird hier näher erläutert. Zur Berechnung wird die kinematische Betriebsviskosität ν und die kinematische Bezugsviskosität ν₁ benötigt.

Um einen entsprechenden Schmierfilm zwischen den Wälzpartnern zu bilden, muss der Schmierstoff bei Betriebstemperatur eine bestimmte Mindestviskosität aufweisen. Durch die Erhöhung der Betriebsviskosität ν kann die Lagerlebensdauer in Grenzen verlängert werden.

Die kinematische Bezugsviskosität ν₁ lässt sich mit Hilfe des Diagramms in folgender Abbildung als Funktion der Drehzahl n und des mittleren Wälzlagerdurchmessers d_m ablesen. Die Betriebsviskosität ν ist im darauffolgenden Diagramm abzulesen.

Aus den Werten des Verunreinigungsfaktors e_C, der Ermüdungsgrenzbelastung C_u und der äquivalenten dynamischen Belastung P sowie des Viskositätenverhältnisses κ lässt sich der a_ISO-Beiwert aus den jeweiligen Diagrammen in den folgenden Abbildungen ablesen.

Der a_ISO ist nach DIN ISO 281 definiert als ≤ 50. Dieser Grenzwert gilt auch für (e_C · C_u)/P > 5. Ist das Viskositätenverhältnis κ über 4, so ist mit dem Wert κ = 4 zu rechnen.

Ermüdungsgrenzbelastung

Die Ermüdungsgrenzbelastung C_u ist die Belastung, bei der im höchstbelasteten Kontakt des Lagers die Ermüdungsgrenzspannung gerade erreicht wird. Die Berechnung der Ermüdungsgrenzbelastung ist in DIN ISO 281 definiert. Die Ermüdungsgrenzbelastung C_u ist nicht als ausschließliches Kriterium bei der Auswahl der Lager anzuwenden. Wälzlager haben bei Lagerbelastungen unterhalb der Ermüdungsgrenze nicht notwendigerweise eine unendliche Lebensdauer. In praktischen Anwendungsfällen können Grenz- oder Teilschmierung und Schmierstoffverunreinigung bei Wälzlagern zu erhöhten Spannungen im Laufbahnwerkstoff führen, sodass selbst bei einer Lagerbelastung unterhalb der Ermüdungsgrenzbelastung die Ermüdungsgrenze auf der Laufbahnoberfläche örtlich überschritten werden kann. Diese Auswirkungen von Schmierung und Schmierstoffverunreinigung werden durch die Lebensdauerberechnungsverfahren berücksichtigt.