Kegelrollenlager

Einreihige Kegelrollenlager zeichnen sich durch schräg angeordnete Laufbahnen des Innen- und Außenrings und einem daraus resultierenden, kräfteübertragenden Druckwinkel aus. Aufgrund dessen wird durch eine axiale Belastung stets eine radiale Belastung hervorgerufen und umgekehrt, weshalb Kegelrollenlager immer mit einem zweiten Lager kombiniert werden. Paarweise können sie so neben radialen auch axiale und kombinierte Kräfte aufnehmen und eignen sich für mittlere bis hohe Drehzahlanforderungen. Einreihige Kegelrollenlager sind zerlegbar, wodurch Innen- und Außenring getrennt montiert werden können.

Bei kombinierten Lagersätzen wird anhand des Drucklinienverlaufes in O-, X-, oder Tandem-Anordnung unterschieden. Lagersätze in O-Anordnung sind sehr steif und eignen sich mit einer breiten Stützbasis hervorragend zur Momentenaufnahme. Die spiegelbildliche X-Anordnung wird in der Regel mit einem weiteren Radiallager in Loslagerfunktion am entgegengesetzten Wellenende verwendet. Lager in Tandem-Anordnung führen zu einer Aufteilung der Lasten und erhöhen die Tragfähigkeit. In der Praxis kommt diese Variante sehr selten vor.

Einreihige Kegelrollenlager sind zum Ausgleich von Schiefstellungen nur bedingt geeignet. Die zulässige Schiefstellung zwischen Innen- und Außenring hängt von der Lagergröße, der inneren Konstruktion des Lagers, dem Betriebsspiel und den wirkenden Kräften und Momenten ab.
Schiefstellungen führen zu einem ungünstigeren Ablaufen der Rollen und rufen im Lager Zusatzbeanspruchungen hervor, die die Gebrauchsdauer verringern.
 

KRW unterscheidet zwischen kinematischer Grenzdrehzahl n_G und thermischer Bezugsdrehzahl n_th. Die kinematische Grenzdrehzahl ist ein praxisbezogener mechanischer Grenzwert und basiert auf der mechanischen Betriebsfestigkeit des Wälzlagers in Abhängigkeit seiner Einbausituation und der Schmierung. Die Grenzdrehzahl darf auch unter optimalen Betriebsbedingungen ohne vorherige Rücksprache mit KRW nicht überschritten werden.

Die thermische Bezugsdrehzahl stellt das Gleichgewicht zwischen der im Lager durch Reibung entstehenden Wärme und dem abgeleiteten Wärmestrom dar. Sie ist in der DIN ISO 15312 (Wälzlager - Thermische Bezugsdrehzahl) genormt.

Für dynamisch beanspruchte Lager

Die Lebensdauerformel nach ISO 281 L₁₀ = (C/P)^p für dynamisch beanspruchte Lager setzt eine äquivalente Belastung (P) aus konstanter Richtung und in konstanter Größe voraus. Zur Berechnung von P sind Berechnungsfaktoren und das Verhältnis aus axialer und radialer Belastung notwendig.

Dynamisch äquivalente Lagerbelastung P

a) Einzellager und Tandem-Anordnung

b) O- und X-Anordnung

Die äquivalente Lagerlebensdauer für die Kegelrollenlager ist abhängig von dem Verhältnis F_a/F_r. Die dynamisch äquivalente Lagerbelastung lässt sich durch nachstehende Formel ermitteln:

Resultierende Axialkraft bei O- und X-angeordneten Wälzlagern

Aufgrund der geneigten Laufbahnen erzeugen Kegelrollenlager beim Auftreten einer radialen Kraft eine axiale Reaktionskraft, die für die Dimensionierung der Lagerung von Bedeutung ist. Wird eine Welle von zwei gleichen oder unterschiedlich großen einreihigen Kegelrollenlagern unterstützt, erzeugt die radiale Belastung des einen Lagers eine axiale Belastung für das Gegenlager. Diese innere resultierende Kraft ist bei der Ermittlung der Gesamtaxiallast zu berücksichtigen. Die Größe der auf ein Einzellager wirkenden Gesamtaxiallast wird nachfolgenden Formeln ermittelt:

c) Abminderung der dynamischen Tragzahl in einem Lagerpaket

Bei direkt nebeneinander verbauten gleichen Kegelrollenlagern in X-, O- oder Tandem-Anordnung muss die Tragzahl des Lagerpakets rechnerisch abgemindert werden. Für die dynamische Tragzahl gilt folgender Zusammenhang:

Für statisch beanspruchte Lager

Bei sehr langsam drehenden Lagern (n x d_m ≤ 4000 mm/min) verliert die dynamische Dimensionierung ihre Gültigkeit. Die statische Tragsicherheit S₀ errechnet sich nach:

Statische Tragfähigkeit

a) Einzellager und Tandem-Anordnung

Für statisch beanspruchte einreihige oder tandemangeordnete Kegelrollenlager gelten folgende Zusammenhänge:

b) O- und X-Anordnung

Für statisch beanspruchte Kegelrollenlager in X- oder O-Anordnung gelten folgende Zusammenhänge:

c) Abminderung der statischen Tragzahl in einem Lagerpaket

Bei direkt nebeneinander verbauten gleichen Kegelrollenlagern in X-, O- oder Tandem-Anordnung muss die Tragzahl des Lagerpakets berechnet werden. Für die statische Tragzahl gilt folgender Zusammenhang:

Für den zuverlässigen Betrieb eines Wälzlagers wird eine Mindestbelastung benötigt. Wenn die Mindestbelastung unterschritten wird, kann Schlupf auftreten. Die radiale Mindestbelastung für Kegelrollenlager kann überschlägig mit 2% der statischen Tragzahl C₀ des Lagers angenommen werden. Sollte dieser Wert unterschritten werden, ist Rücksprache mit der KRW Anwendungstechnik zu halten.