Länger leben

Maschinenelemente

Wälzlager – Mit einer korrekten Vorspannung und einer cleveren Bearbeitung ist es möglich, die Lebensdauer von Wälzlagern zu verlängern. Das freut die Anwender und verbessert den Nutzwert.

10. November 2015

Wälzlager lassen sich als Maschinenelemente in einer Vielzahl von Anwendungen stark beanspruchen. Damit das so sein kann, besitzen deren einzelne Bestandteile jeweils eine hohe Präzision. Um diese potenziell hohe Leistungsfähigkeit voll nutzen zu können, muss der Konstrukteur einerseits die richtige Lagerbauart und Ausführung wählen und andererseits die Eigenschaften von Lagern und Umgebungsteilen sachgerecht aufeinander abstimmen.

Der Einsatz geeigneter Hilfsmittel beim Ein- und Ausbau von Wälzlagern sowie Sorgfalt und Sauberkeit am Montageplatz sind wesentliche Voraussetzungen dafür, dass die Wälzlager eine lange Gebrauchsdauer erreichen. Mit Hilfe der richtigen Vorspannung unter Berücksichtigung des Toleranzausgleichs in der Anwendung lässt sich die Lebensdauer eines Lagers erheblich verlängern.

Große Anstrengungen in diese Richtung unternimmt unter anderem der britische Anbieter TFC mit seiner Marke Smalley. Ein Hauptkriterium, um dieses Ziel zu erreichen, und von großer Bedeutung in Entwicklung und Herstellung ist die korrekte Vorspannung der Lager. Die Hauptgründe, hierauf besonders zu achten, liegen vor allem in einer präziseren Wellenführung, geringerem Laufgeräusch sowie einer langen Gebrauchsdauer. Vorgespannte Lager erlauben eine exaktere Wellenführung, weil die Vorspannung die Möglichkeit der Welle beeinträchtigt, sich unter Belastung durchzubiegen. Eine präzise dimensionierte Vorspannung kann sich günstig auf die Belastungsverteilung sowie auf die Verringerung des Laufgeräuschs auswirken.

Vorspannen durch Wellenfedern

Die weltweit am weitesten verbreitete Vorspannung von Lagern wird durch Wellenfedern realisiert. Dabei ist aber eine bestimmte Einschränkung zu erkennen: Manche Entwicklungsingenieure haben – obwohl sie regelmäßig mit Federn arbeiten – bislang noch keine Erfahrung mit Wellenfedern aus Flachdraht gesammelt und kennen daher deren Vorzüge noch nicht, die sie in einer ganzen Reihe von Einsatzgebieten ausspielen können. 

Dabei liegen diese laut TFC auf der Hand und helfen bei der Lösung einer ganzen Reihe von Konstruktionsproblemen: Die einlagigen Standard-Wellenfedern der YSSB-Serie vom Typ Smalley zum Beispiel nehmen zuverlässig Spiel auf und gleichen Änderungen der Abmessungen in einer Baugruppe aus. Sie üben konstanten moderaten Druck aus, der das Spiel zwischen Kugellagern und Innen- und Außenlaufring entfernt. Die Temperaturen im laufenden Betrieb lassen sich senken und Vibrationen reduzieren, so dass sich der Lagerverschleiß minimiert und damit ein ruhiges, leichtgängiges Betriebsverhalten realisiert werden kann. Auf diese Weise ist es zudem möglich, Lagergeräusche zu eliminieren.

Vergrößern ohne Verklemmen

Die zwei Arten von TFC Wellenfedern Typ Smalley, mit Spalt und mit überlappenden Enden, erlauben eine radiale Ausdehnung beziehungsweise auch ein Vergrößern des Durchmessers im Bauraum, ohne dass sich diese verklemmen, wie es bei gestanzten Federn zu beobachten ist. Je nach Durchmesser der Feder wird entweder ein Spalt zwischen den Drahtenden frei gelassen oder die Enden überlappen sich. Dadurch sind die Enden frei und können sich zusammen- oder übereinander schieben, wenn sich der äußere Durchmesser der Feder beim Stauchen vergrößert.

Der Außendurchmesser einer Wellenfeder mit Spalt lässt ein Spiel von 0,5 Millimeter an jeder Seite der Bohrung. Ihr Innendurchmesser hat einen Abstand von 0,25 Millimeter zur Welle. Wenn die Feder gestaucht wird, vergrößern sich beide Durchmesser, bis der Außendurchmesser an der Bohrung anliegt. Bei einer weiteren Stauchung bewegen sich die Spaltenden zueinander, während der Außendurchmesser gegen die Bohrung drückt. Federn mit überlappenden Enden funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Jede Feder erhält eine besondere Leistungscharakteristik, um präzise Betriebsbedingungen zu erfüllen.

Das zur Wellenfederherstellung genutzte Kantenwindungsverfahren, auch bekannt als das Smalley No-Tooling-Cost-Verfahren, hat laut Hersteller die Branche revolutioniert. Beim Kantenwindungsverfahren wird ein vorgehärteter Flachdraht über die hohe Kante gewunden, sodass er einen fast perfekten Kreis bildet. Im Vergleich zu herkömmlichen Stanzverfahren bei Ringen und Federn gewährleistet das Circulair-Grain-Verfahren eine viel höhere Härte und dimensionale Stabilität. Die kantengewundenen Produkte können je nach geforderter Spezifizierung auf jeden Durchmesser und eine beliebige Anzahl von Windungen gewickelt werden.

In der Regel besetzen Wellenfedern für die von ihnen geleistete Arbeit einen relativ kleinen Bauraum. Die daraus resultierenden Wälzlager sind für einen sehr engen radialen und axialen Bauraum ausgelegt, jedoch nicht darauf beschränkt. TFC ist in der Lage, Federn mit unendlich vielen verschiedenen Federkräften zu fertigen, mit entweder einer graduellen oder abrupten Kraftentwicklung, um eine bestimmte Arbeitshöhe zu erreichen. Dadurch erhalten sie eine genaue Federkonstante, bei der sich die Kraft proportional zum Federweg verhält. mk

Erschienen in Ausgabe: 08/2015