FAG Wälzlager in Walzgerüsten

Ein Unternehmen der Schaeffler Gruppe

Vorwort

FAG Kugelfischer, die Begründerin der Kugel- und Kugellagerindustrie, fertigt seit mehr als 100 Jahren Wälzlager aller Bauarten. FAG hat sich schon frühzeitig mit der Konstruktion und Fertigung von Lagern für Walzgerüste beschäftigt und umfangreiche Erfahrungen gesammelt. Über sie wird in dieser Publikation berichtet. Der Walzwerkskonstrukteur findet hier die Grundlagen für Auswahl und Berechnung der Walzenlager. Auch ihre Montage und Wartung wird ausführlich behandelt. Für alle über diese Grundlagen hinausgehenden Fragen steht der FAG-Beratungsdienst zur Verfügung. Abmessungen und Leistungsdaten der Wälzlager für Walzgerüste enthält die FAG-Publ.-Nr. WL 41 140. Eine Auswahl von FAG-Veröffentlichungen über Walzwerkslagerungen sowie über grundlegende Themen der Lagerungstechnik, zum Beispiel Dimensionierung, Ein- und Ausbau, Schmierung und Wartung, gibt die Liste auf Seite 68 der vorliegenden Publikation.

Inhalt

Walzenlager Konstruktionsbedingungen Zylinderrollenlager Axiallager Kegelrollenlager Pendelrollenlager Axial-Kegelrollenlager für Druckspindeln

4 4 5 6 7 9 9

Berechnung der Lagerbelastung Einstellbare Einbaustücke Bandwalzung Kaliberwalzung Starr geführte Einbaustücke Fliegende Lagerungen Berechnung der Walzenbiegung

10 10 10 11 12 13 14

Dimensionierung Statisch beanspruchte Lager Dynamisch beanspruchte Lager Erweiterte Lebensdauerberechnung

18 18 18 22

Schmierung Die Schmierung von Walzenlagern Fettschmierung Beanspruchung durch Drehzahl und Belastung Sonstige Betriebsbedingungen Ölschmierung Erforderliche Viskosität Sonstige erforderliche Eigenschaften Verfahren der Ölschmierung Gestaltung der Schmierung Füllmenge bei Fettschmierung Nachschmierintervalle bei Fettschmierung Schmierstoffführung Fettschmierung Ölnebelschmierung Öl-Luft-Schmierung Ölumlaufschmierung, Öleinspritzschmierung

29 29 29 30 30 31 31 31 32 32 32 32 33 33 34 34 35

Toleranzen der Walzenlager

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Anschlussteile Richtlinien für die Passungen Radiallager Axiallager Bearbeitungstoleranzen zylindrischer Lagersitze

37 37 37 37 40

Toleranzen der Walzenzapfen und Einbaustücke Maßnahmen bei losem Sitz der Innenringe Einbaustücke Anlageflächen der Ständerfenster und Einbaustücke Gestaltung der Dichtungen

42 44 44 45 46

Montage und Wartung Vorbereitungen zum Einbau Kontrolle zylindrischer Walzenzapfen Kontrolle kegeliger Walzenzapfen Kontrolle der Einbaustücke Oberflächenrauheit Behandlung der Lagersitzflächen Vorbereitung der Lager zum Einbau Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern Montage der Innenringe Montage der Außenringe Montage der Axiallager Montage der vormontierten Einbaustücke auf den Walzenzapfen Ausbau der Lagerung Lossitz der Innenringe Montage von vierreihigen Kegelrollenlagern Einbau Ausbau Wartung Montage von Pendelrollenlagern Einbau von Pendelrollenlagern mit kegeliger Bohrung Ausbau von Pendelrollenlagern mit kegeliger Bohrung Methoden für den Ein- und Ausbau von Zylinderrollenlager-Innenringen (feste Passung) Induktive Erwärmung Erwärmung mit Gasbrennern Montagehilfen für Kupplungen und Labyrinthringe Induktive Erwärmung der Walzenkupplungen Induktive Anwärmvorrichtung für Labyrinthringe Reservehaltung Statistische Erfassung Aufbewahrung

48 48 48 49 49 50 51 51 51 52 53 54

59 59 60 61 61 62 62 62 64

Beispiel für die Berechnung und Gestaltung einer Walzenlagerung

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Auswahl weiterer FAG-Publikationen

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54 55 55 56 56 58 58 58 58 58

Walzenlager Konstruktionsbedingungen

Konstruktionsbedingungen Die Wälzlager, in denen die Walzen von Walzgerüsten abgestützt werden, sind hoch belastet; auch die spezifische Belastung ist hoch. Damit die Lager die Walzkräfte sicher aufnehmen, müssen sie eine hohe Tragfähigkeit haben. Andererseits ist der für die Lager zur Verfügung stehende Einbauraum beschränkt, insbesondere, was die Bauhöhe der Lager betrifft, Bild 1. Der Durchmesser des Walzenballens, abzüglich eines bestimmten Abschliffs und der Wanddicke des Einbaustücks, bestimmt den Außendurchmesser des Lagers. Seine Bohrung entspricht dem Durchmesser des Walzenzapfens. Ist die Belastung sehr hoch, so muss ein Kompromiss zwischen dem Durchmesser des Zapfens und seiner Festigkeit einerseits und der Bauhöhe des Lagers und seiner Tragfähigkeit andererseits geschlossen werden. Da die Walzenlager in radialer Richtung sehr hoch, in axialer Richtung aber nur gering beansprucht sind, nutzt man bei der Konstruktion der Lager den vorhandenen Einbauraum so weit wie möglich für die Aufnahme der Radialkräfte aus. Rollenlager haben eine höhere Tragfähigkeit als Kugellager. Deshalb werden zur Aufnahme der Radialkräfte ausschließlich Rollenlager eingebaut, und zwar Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder Pendelrollenlager. Das Material für Lagerringe und Rollkörper ist durchhärtender Wälzlagerstahl oder in manchen Fällen Einsatzstahl. Ein häufiger Walzenwechsel wirkt sich auf die Wahl der Lagerbauart aus. In der Regel werden beim Nacharbeiten der Walzenballen die

4

Einbaustücke abgezogen. Das ist bei nicht zerlegbaren Lagern – z. B. Pendelrollenlagern –, deren Innenring fest auf dem Zapfen gepasst ist, aufwendig. Bei Zylinderrollenlagern kann dagegen das Einbaustück mit Außenring und Rollenkranz von dem auf dem Zapfen montierten Innenring abgezogen werden. Vierreihige Kegelrollenlager oder zwei nebeneinander angeordnete Pendelrollenlager erhalten auf

einem zylindrischen Zapfen in der Regel einen losen Sitz. Dadurch ist das Abziehen der Einbaustücke auf einfache Weise möglich; der Einsatzbereich ist aber wegen des losen Sitzes eingeengt. Werden als Radiallager Zylinderrollenlager eingebaut, so müssen die Walzen in einem zusätzlichen Axiallager axial geführt werden. Die getrennte Aufnahme der radialen und der axialen Kräfte ist besonders dort vorteilhaft, wo sich

Bauhöhe des Lagers Abschliff Ballendurchmesser Abschliff Wanddicke des Einbaustücks

1: Der zur Verfügung stehende Einbauraum

α

α

a 2 2: Die Axialluft a in Abhängigkeit von der Radialluft und vom Druckwinkel α

a 2

Walzenlager Konstruktionsbedingungen · Zylinderrollenlager

die axiale Führungsgenauigkeit auf die Maßhaltigkeit des Walzguts auswirkt, z. B. bei Gerüsten, auf denen Profile gewalzt werden. Mit Axiallagern erzielt man eine sehr hohe axiale Führungsgenauigkeit, weil sie mit sehr kleiner Axialluft

oder auch spielfrei eingebaut werden können. Radiallager hingegen, die die axiale und radiale Führung zugleich übernehmen, haben immer eine größere Axialluft. Bild 2 (Seite 4) zeigt, wie die Axialluft a bei gegebener Radialluft

von dem Druckwinkel α abhängt. Das Verhältnis Axialluft/Radialluft ist bei Pendelrollenlagern am größten. Bei vierreihigen Kegelrollenlagern sind die Werte kleiner. Noch kleiner ist das Verhältnis bei Schrägkugellagern.

Zylinderrollenlager

Käfigscheiben, in denen die durch die Rollen gehenden Bolzen befestigt sind. Dieser Käfig hat eine sehr hohe Festigkeit. Das ist besonders bei Lagern wichtig, die in großen Gerüsten einer starken Beschleunigung und Verzögerung – z. B. beim Reversieren – ausgesetzt sind. Um eine besonders hohe Laufgenauigkeit zu erhalten, wählt man Zylinderrollenlager mit vorgeschliffener Innenringlaufbahn und schleift diese zusammen mit der Walzenoberfläche fertig, wenn der Innenring fest auf dem Walzenzapfen sitzt. In Bild 4 sind zweireihige Zylinderrollenlager der Maßreihe 49 dargestellt. Sie werden vorzugsweise für die Lagerung von Arbeitswalzen verwendet. Damit die aus etwaigen Momenten resultierenden Beanspruchungen kleiner werden, rückt man die Lager auseinander

und setzt innen und außen Ringe zwischen die Lagerringe. Bei diesen Lagern kommt es weniger auf eine hohe Tragfähigkeit an als vielmehr darauf, dass sie für hohe Drehzahlen geeignet sind. Zylinderrollenlager nach Bild 5 werden überwiegend in Feineisenund Drahtstraßen eingesetzt. Sie haben Massivkäfige aus Messing oder Stahl. Im Verhältnis zu ihrer Eignung für hohe Walzgeschwindigkeiten – bis zu 40 m/s – haben sie eine hohe Tragfähigkeit. In den Fertigstaffeln solcher Straßen mit Walzgeschwindigkeiten bis zu 100 m/s und mehr wird einadrig gewalzt. Es werden meist einreihige Zylinderrollenlager verwendet. Die Gebrauchsdauer, die sich mit diesen Lagern in der Praxis erreichen lässt, reicht aus.

4: Zweireihige Zylinderrollenlager der Maßreihe 49 mit innerem und äußerem Ring zwischen den Lagerringen

5: Vierreihiges Zylinderrollenlager mit Massivkäfig für hohe Walzgeschwindigkeit

Bei gegebenem Einbauraum lässt sich mit einem Zylinderrollenlager die höchste Tragfähigkeit erreichen. Das Zylinderrollenlager ist somit für höchste radiale Belastungen und außerdem – wegen seines niedrigen Reibwerts – für höchste Drehzahlen geeignet. In Walzgerüsten werden Zylinderrollenlager verschiedener Ausführung eingebaut. Welche Ausführung im einzelnen Fall in Betracht kommt, hängt von der Art des Walzgerüsts ab. Damit, vor allem bei größeren Lagern, möglichst viele Rollen in dem Lager untergebracht werden und die Tragfähigkeit hoch wird, werden die Lager mit durchbohrten Rollen und so genannten Bolzenkäfigen ausgerüstet, Bild 3. Der Bolzenkäfig besteht aus seitlichen

3: Vierreihiges Zylinderrollenlager mit durchbohrten Rollen und Bolzenkäfig

5

Walzenlager Axiallager

Axiallager In der Regel wird das Einbaustück auf der Ausbauseite im Walzenständer festgelegt. Dieses Einbaustück überträgt die axialen Kräfte auf den Walzenständer. Als Axiallager werden Lager verschiedener Bauarten verwendet. Bei hohen Axialkräften und mittleren Drehzahlen setzt man Axial-Kegelrollenlager (Bild 6), zweireihige Kegelrollenlager mit großem

6: Zweiseitig wirkendes Axial-Kegelrollenlager mit Zwischenring

7: Zweireihiges Kegelrollenlager mit großem Druckwinkel und axial mit Federn angestellten Außenringen

8: Axial-Pendelrollenlagerpaar zur Axiallastaufnahme in beiden Richtungen

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Druckwinkel (Bild 7) oder AxialPendelrollenlager (Bild 8) ein. Beim Axial-Kegelrollenlager ist zwischen den Gehäusescheiben ein Ring eingepasst, dessen Länge auf die erforderliche Axialluft abgestimmt ist. Axial-Kegelrollenlager, zweireihige Kegelrollenlager und Axial-Pendelrollenlager werden vor allem in Blockgerüsten, Grobblechgerüsten und Warmbandstraßen eingebaut, also dort, wo beträchtliche axiale Kräfte bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen auftreten. Im Betrieb wird aus der Axialbelastung immer nur eine Lagerreihe rein axial belastet. Die andere Reihe ist unbelastet. Damit die Abrollverhältnisse nicht gestört sind, werden die Außenringe der zweireihigen Kegelrollenlager und die Gehäusescheiben der AxialPendelrollenlager auf beiden Seiten über Federn mit der Mindestlast vorgespannt (Bilder 7 und 8). Bei Bandgerüsten und den Gerüsten von Feineisen- und Drahtstraßen sind die Walzgeschwindigkeiten aber in vielen Fällen so hoch, dass Axial-Kegelrollenlager und AxialPendelrollenlager nicht mehr verwendet werden können. Man baut daher als Axiallager Schrägkugellager oder Rillenkugellager ein. Bei den Stützwalzen großer Quarto-Bandgerüste und -Foliengerüste genügt als Axiallager oft ein Rillenkugellager, Bild 9. Es erhält meistens die gleiche Bauhöhe wie das Radial-Zylinderrollenlager, dem es zugeordnet ist. Statt des Rillenkugellagers kann man ein zweireihiges Kegelrollenlager mit großem Druckwinkel verwenden. Die erforderlichen Tragzahlen lassen sich dann mit einem wesentlich kleineren Lager erreichen. Zusammen

mit erheblich kleineren Umbauteilen ermöglichen die zweireihigen Kegelrollenlager kostengünstigere Konstruktionen. Bei den Arbeitswalzen von Quarto-Bandgerüsten und bei den Walzen von Duo-Gerüsten in Feineisen- und Drahtstraßen werden als Axiallager überwiegend Schrägkugellager (Bild 10) eingebaut. Das auf der Antriebsseite angeordnete Einbaustück wird im Walzenständer nicht festgelegt; es wird von dem Axiallager auf dem Walzenzapfen geführt. Da die Führungskräfte nicht hoch sind, baut man hier ein Rillenkugellager ein. Dadurch wird die Breite der Lagerung nur wenig vergrößert. Zweckmäßigerweise erhält das Rillenkugellager die gleiche Bauhöhe wie das Radiallager. Bei einigen Walzenlagerungen wird auf der Antriebsseite das gleiche Axiallager wie auf der Ausbauseite eingebaut. Dadurch wird die Reservehaltung einfacher. Die bei diesen Lagerungen verwendeten Rillenkugellager und Schrägkugellager sollen nur axiale Kräfte aufnehmen. Damit die Außenringe keine radialen Kräfte übertragen, werden die Einbaustücke an den Sitzstellen der Lageraußenringe bis zu einigen Millimetern ausgedreht (siehe auch Tabelle 50, Seite 39).

9

10

9: Rillenkugellager 10: Zweireihiges Schrägkugellager

Walzenlager Kegelrollenlager

Kegelrollenlager Wegen der schrägen Lage der Rollen nehmen Kegelrollenlager Radialkräfte und Axialkräfte auf. In den Walzgerüsten werden vierreihige und zweireihige Kegelrollenlager eingesetzt, Bild 11 a und b. Kegelrollenlager sind zerlegbar; trotzdem ist es aber nicht – wie bei Zylinderrollenlagern – möglich, zunächst die Innenringe auf dem Zapfen, die Außenringe im Einbaustück zu montieren und dann das Einbaustück auf den Walzenzapfen zu schieben. Man muss vielmehr das komplette Lager im Einbaustück montieren und dann das Einbaustück mit dem Lager auf den Zapfen schieben. Das hat zur Folge, dass der Lagerinnenring auf dem Zapfen lose gepasst werden muss, obwohl er – wegen der Umfangslast – eigentlich einen strammen Sitz erhalten müsste. Bei losem Sitz läuft der Innenring zwangsläufig auf dem Zapfen ab.

Hierbei treten Erwärmung und Verschleiß des Zapfens auf. Der Verschleiß lässt sich in Grenzen halten mit einer guten Schmierung der Passfuge zwischen Innenring und Walzenzapfen, siehe auch Seite 44. Um einen Fettvorrat zu schaffen und dadurch die Zapfenschmierung zu verbessern, dreht man in manchen Fällen eine schraubenförmige Nut in die Innenringbohrung ein, Bild 12. In der Nut können sich auch Abriebteilchen absetzen. Aus dem gleichen Grund werden auch an den Seitenflächen der Innenringe radial verlaufende Nuten vorgesehen. Bei den Arbeitswalzen, die in vierreihigen Kegelrollenlagern abgestützt sind, ist der Verschleiß wegen der niedrigen Belastung gering. Hinzu kommt, dass Arbeitswalzen in den meisten Fällen verbraucht sind und ersetzt werden müssen, bevor sich der Zapfenverschleiß störend auswirkt. Große Kegelrollenlager werden ebenso wie große Zylinderrollenlager mit durchbohrten Rollen und Bolzenkäfigen ausgerüstet. Diese Ausführung ist bei Reversiergerüsten wegen der hohen Massenkräfte notwendig.

Aus den geschilderten Gründen lässt sich das vierreihige Kegelrollenlager mit zylindrischer Bohrung nicht für alle Walzenlagerungen verwenden. Vor allem bei hohen Drehzahlen und hohen Belastungen ist für die Innenringe ein fester Sitz erforderlich. Meistens werden dann Lager mit kegeliger Bohrung gewählt und auf dem kegeligen Walzenzapfen montiert, Bild 13. Damit wird der erforderliche feste Sitz auf einfache Weise erreicht. Bei der Ausführung nach Bild 13a besteht der Innenring aus einem Doppelring und zwei Einzelringen, der Außenring aus zwei Doppelringen. Bild 13b zeigt eine andere Ausführung mit einem Außenring aus vier Einzelringen, die durch drei Distanzringe getrennt sind. FAG fertigt vierreihige Kegelrollenlager in metrischen Abmessungen und mit metrischen Toleranzen ebenso wie in Zoll-Abmessungen und mit Zoll-Toleranzen.

a

a

b

b

11: Kegelrollenlager a: vierreihig; b: zweireihig

12: Vierreihiges Kegelrollenlager mit schraubenförmiger Nut in der Innenringbohrung

13: Vierreihiges Kegelrollenlager mit konischer Bohrung und Bolzenkäfig. a: Außenring aus zwei Doppelringen; b: Außenring aus vier Einzelringen

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Walzenlager Kegelrollenlager

Abgedichtete mehrreihige Kegelrollenlager Arbeitswalzenlagerungen in Warmund Kaltbandstraßen müssen besonders gut abgedichtet sein gegen große Mengen von Wasser oder Walzenkühlmittel, die mit Schmutz versetzt sind. Meistens werden die Arbeitswalzenlagerungen mit Fett geschmiert. Zur Einsparung der Kosten und aus Umweltschutzgründen bemühen sich die Betreiber, den Fettverbrauch zu verringern. Durch bessere Schmierung und Sauberkeit in den Wälzkontakten können die Lagerstandzeiten erhöht werden. Um diese Ziele zu erreichen, hat FAG vierreihige Kegelrollenlager mit integrierten Dichtungen entwickelt, Bild 14. Die Lager haben die gleichen

14: Abgedichtetes vierreihiges Kegelrollenlager

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Hauptabmessungen wie die nicht abgedichteten Lager. Es wird ein hochwertiges Wälzlagerfett verwendet, das aus den Lagern nicht austritt und von dem nur geringe Mengen benötigt werden. Die Gehäusedichtungen selbst werden mit einfachem und billigem Dichtfett versehen. Obwohl die integrierten Dichtungen den Einbauraum für die Rollen verkleinern, wodurch sich die Tragzahl verringert, haben die abgedichteten Lager meist wegen der höheren Sauberkeit im Schmierspalt eine höhere Lebensdauer als die nicht abgedichteten Lager. Zweireihige abgedichtete Kegelrollenlager werden als Axiallager für Arbeitswalzen eingesetzt, Bild 15.

15: Abgedichtetes zweireihiges Kegelrollenlager

Walzenlager Pendelrollenlager · Axial-Kegelrollenlager für Druckspindeln

Pendelrollenlager Pendelrollenlager werden als Walzenlager hauptsächlich dort benutzt, wo an die axiale Führungsgenauigkeit keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden und die Drehzahl niedrig ist. Da der Einbauraum in der Höhe beschränkt ist, werden meistens Pendelrollenlager der Maßreihen 240 und 241 verwendet. Diese Lager haben eine geringe Bauhöhe, Bild 16. Pendelrollenlager sind winkeleinstellbar; sie nehmen radiale und axiale Kräfte auf. Da die Axialluft vier- bis sechsmal so groß ist wie die Radialluft, ist ihre axiale Führungsgenauigkeit gering. Pendelrollenlager können bei niedrigen und mittleren Drehzahlen eingesetzt werden. Die Walzgeschwindigkeit soll höchstens etwa 12 m/s betragen. Wegen der Winkeleinstellbarkeit der Lager kann die Abstützung des Einbaustücks im Walzenständer vereinfacht werden: die Ungenauigkeit des Walzenständers sowie die Biegung des Walzenzapfens werden im Lager ausgeglichen. Auch ständerlose Gerüste, bei denen die Einbaustücke mit Zugankern

verspannt werden und die sich deshalb nicht einstellen können, erhalten Pendelrollenlager. Wenn ein einfaches, schnelles Abziehen der Pendelrollenlager vom Zapfen gefordert wird und die Walzgeschwindigkeit gering ist, erhalten die Innenringe einen losen Sitz. Ebenso wie bei Kegelrollenlagern (siehe Bild 12) kann auch bei Pendelrollenlagern in die Lagerbohrung eine schraubenförmige Nut gedreht werden, mit der eine bessere Schmierung der Passflächen erreicht werden soll, Bild 17. Erhalten PendelrollenlagerInnenringe einen festen Sitz auf dem Walzenzapfen, dann wird der Ein- und Ausbau am einfachsten, wenn man Lager mit kegeliger Bohrung verwendet. Die Montage wird dabei durch das Hydraulikverfahren erleichtert. Pendelrollenlager werden auch für fliegend gelagerte Walzen verwendet, weil sie sich auf die dort auftretenden größeren Durchbiegungen der Walzen einstellen. Wegen der relativ großen Axialluft muss man allerdings bei Gerüsten, in denen Profile gewalzt werden, zusätzlich ein Axiallager anordnen.

Axial-Kegelrollenlager für Druckspindeln Zwischen der Anstellspindel und dem oberen Einbaustück baut man oft einseitig wirkende Axial-Kegelrollenlager ein, Bild 18. Wegen ihrer geringen Reibung reduzieren diese Lager die Verstellkräfte. Dies ist besonders bei großen Gerüsten und häufig wechselnder Walzgutdicke vorteilhaft.

a

b

16: Pendelrollenlager

17: Pendelrollenlager mit schraubenförmiger Nut in der Innenringbohrung

18: Axial-Kegelrollenlager für Druckspindeln a: Ausführung ohne Druckscheibe b: Ausführung mit Druckscheibe

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Berechnung der Lagerbelastung Einstellbare Einbaustücke

Die Berechnung der Walzkraft erfolgt heute im Allgemeinen mit Hilfe von Rechenprogrammen. Entscheidenden Einfluss haben dabei die Art des Walzguts und der Walzung (Band- oder Kaliberwalzung) sowie das vorgesehene Walzprogramm. Die tatsächlich auftretenden Walzkräfte weichen mitunter stark von den Rechenergebnissen ab, wenn das Walzprogramm nicht dem projektierten Programm entspricht. Zudem werden Stöße beim Einlauf des Walzguts in der Rechnung nur überschlägig erfasst. Die Walzkraft beim Anstich kann mehr als das Doppelte der Walzkraft betragen. Die Höhe dieser Anstichspitze hängt ab von der Form des Walzguts und von der Auskühlung der Walzgutenden. Die Anstichspitze der Walzkraft tritt nur kurzzeitig auf. Sie wird im Allgemeinen bei der Lebensdauerberechnung nicht berücksichtigt. Dennoch darf nicht übersehen werden, dass die Ermüdungslebensdauer der Wälzlager gerade durch solche Beanspruchungen oft beträchtlich verkürzt wird. Die Aufteilung der Walzkraft auf die beiden Lagerstellen hängt von der Bauart des Walzgerüsts und von der Art des Walzguts ab.

ungleichmäßige Walzenanstellung usw. hervorgerufen wird. So ist sichergestellt, dass alle Rollenreihen der mehrreihigen Lager gleichmäßig belastet werden, Bild 19.

19: Einstellbares Einbaustück

Fr

Pw

Einstellbare Einbaustücke Die Einbaustücke sind voneinander unabhängig in den Walzenständern abgestützt. Die Walzkräfte werden über Drucklager (Axial-Kegelrollenlager) mit balligen Auflageflächen in die Ständer geleitet. Dadurch können sich die Einbaustücke der jeweiligen Lage des Walzenzapfens anpassen, wie sie durch Walzenbiegung,

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Das Walzgut läuft symmetrisch zwischen den Lagerstellen, jedes Walzenlager wird dabei mit 1 / 2 ~ P w belastet. F r = 1/2 ~ P w

20: Einstellbare Einbaustücke bei Bandwalzung

Berechnung der Lagerbelastung Einstellbare Einbaustücke

Kaliberwalzung Es ist zu unterscheiden zwischen Walzen mit verschiedenen Kalibern (z. B. Block-Knüppelgerüste) und Walzen mit gleichen Kalibrierungen (z. B. Drahtstraßen). Bei Walzen mit verschiedenen Kalibrierungen sollten anhand des Stichplans die Zeitanteile und die Walzkräfte in den einzelnen Kalibern errechnet werden. Daraus kann dann die Belastung der beiden Zapfen ermittelt werden. In die Lebensdauerberechnung wird die mittlere Belastung des am höchsten belasteten Zapfens eingesetzt.

Fr

Bei Walzen mit gleichen Kalibern können die einzelnen Zapfenbelastungen aus dem Stichplan errechnet werden.

Vieradrige Walzung: max. Zapfenbelastung F r = 2,0 ~ P w

Man kann auch folgende Richtwerte für den am höchsten belasteten Zapfen ansetzen:

Die Berechnung der Lagerbelastung bei veränderlicher Drehzahl und veränderlicher Belastung ist auf Seite 22 beschrieben.

P w = Walzkraft, bezogen auf eine Walzader.

Einadrige Walzung: max. Zapfenbelastung F r = 0,67 ~ P w Zweiadrige Walzung: max. Zapfenbelastung F r = 1,1 ~ P w

Fr

Pw

21: Einstellbare Einbaustücke: Walzen mit unterschiedlicher Kalibrierung

Pw

22: Einstellbare Einbaustücke: Walzen mit gleicher Kalibrierung

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Berechnung der Lagerbelastung Starr geführte Einbaustücke

Starr geführte Einbaustücke Die beiden Walzenlager sitzen in Gehäusen, die starr miteinander verbunden sind. Walzendurchbiegungen, Zapfenversatz oder Winkelfehler wirken sich in einer gegenseitigen Verkippung der beiden Lagerringe aus. Das hat auf die Lager und ihre Berechnung keinen Einfluss, wenn die Zapfen in Pendelrollenlagern abgestützt sind. Bei zwei- oder mehrreihigen Zylinderrollenlagern muss man damit rechnen, dass die Rollenreihen

Fr

ungleichmäßig belastet werden. Mit dem von FAG entwickelten Rechenverfahren für die Walzenbiegung kann die Belastung der einzelnen Rollenreihen ermittelt werden. Es ist dann zu prüfen, ob die höher belastete Rollenreihe eine ausreichende Ermüdungslebensdauer hat. Starr geführte Einbaustücke werden überwiegend bei Profilwalzen vorgesehen. Die Aufteilung der Walzkraft auf die beiden Zapfen kann entsprechend Seite 11 berechnet werden.

Fr Pw

23: Starr geführte Einbaustücke

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Das obere und das untere Einbaustück werden durch die Vorspannkraft gegeneinander gepresst, so dass sie sich nicht einstellen können. Außer der Walzendurchbiegung kann hier ein Versatz der beiden Einbaustücke zur Walzenachse auftreten. Bei diesen Gerüsten werden überwiegend Pendelrollenlager verwendet. Wenn kein Axiallager vorgesehen ist, muss beim Festlager die Axialkraft berücksichtigt werden.

Pw

24: Ständerlose Gerüste

Berechnung der Lagerbelastung Fliegende Lagerungen

Fliegende Lagerungen Bei Gerüsten, auf denen Profile und Drähte mit sehr kleinem Querschnitt gewalzt werden, wählt man den Walzendurchmesser so klein wie möglich. In manchen Fällen verwendet man Walzscheiben, die fliegend gelagert sind, Bild 25. Bei Verwendung mehrreihiger Lager sollten die Auflagerkräfte aus der Walzenbiegelinie errechnet werden: damit kann die Ermüdungslebensdauer für die am höchsten belastete Rollenreihe abgeschätzt werden. Die Walzkraft verteilt sich auf die beiden Lagerstellen wie folgt:

FrA = Pw ~

a+b b

FrA

Pw

FrB

25: Fliegend gelagerte Walzscheiben

F rB = F rA } P w Pw a

b FrA

FrB

26: Belastungsschema zu Bild 25

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Berechnung der Lagerbelastung Berechnung der Walzenbiegung und der Lastverhältnisse in den Wälzlagern

Berechnung der Walzenbiegung und der Lastverhältnisse in den Wälzlagern Mit Hilfe des EDV-Programms Bearinx ® kann das Biegeverhalten beliebig belasteter und federnd gelagerter elastischer Walzen berechnet werden. Dabei werden die Auflagerreaktionen, die inneren Beanspruchungen der Wälzlager, die Vergleichsspannungen der Wellen sowie die wichtigsten Rechenergebnisse zahlenmäßig und graphisch ausgegeben.

An Einflüssen können berücksichtigt werden: • Elastizität von glatten und abgesetzten Voll- und Hohlwalzen aus beliebigen Werkstoffen, Querkraftverformung. • Wellenbelastungen aus den Walzkräften und Biegemomenten oder aus den äußeren auf die Lager wirkenden Kräften.

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• Wellenabstützung in Form nichtlinear federnder Wälzlager, wobei die Lagergeometrie, das Lagerspiel, die Wälzkörper- und Laufbahnprofile sowie Sonderbedingungen der Lastaufnahme berücksichtigt werden. • Es kann eine beliebige Anzahl an Lastfällen (Last-Drehzahlkombinationen) angelegt und berechnet werden.

Als Rechenergebnisse werden ausgegeben: Die Auslenkung und Neigung der Walzenachse an beliebigen Stellen, der Querkraft- und Biegemomentenverlauf, die Spannungen, die Lagerreaktionskräfte, die Lagerfederung, die inneren Lastverhältnisse in den Wälzlagern und die Druckverteilung in den Wälzkontakten einzelner Wälzkörper. Anhand der errechneten Beanspruchung der einzelnen Wälzkontakte ermittelt Bearinx ® die Lebensdauer der Lager mit höherer Genauigkeit.

Beispiel zur Berechnung der Walzenbiegung und der Lastverhältnisse in den Wälzlagern Gegenstand der Berechnung sind die Arbeits- und Stützwalze eines Quarto-Kaltwalzgerüsts. Belastung: Walzkraft

P w = 8000 kN

Bei der Eingabe wird die Walze in ihrer äußeren Form beschrieben. Die Walzkraft kann sowohl als Streckenlast eingegeben werden als auch in Einzellasten zerlegt werden, die beliebig über die Breite des Walzguts verteilt am Walzenballen angreifen. Die Einbaustücke werden als Systeme betrachtet, in die Kräfte und/ oder Momente eingeleitet werden. Die Einstellmöglichkeit der Einbaustücke wird berücksichtigt. Als Walzenlager sind FAG Zylinderrollenlager und Kegelrollenlager vorgesehen. Ihre Federlinien sind nichtlinear.

Berechnung der Lagerbelastung Berechnung der Walzenbiegung

27a: Arbeits- und Stützwalzenlagerung

27b: Resultierende Auslenkung der Stützwalze in YZ-Richtung

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Berechnung der Lagerbelastung Berechnung der Lastverhältnisse und Pressungen (Druckverteilung)

28a: Visualisierung der Pressungen des vierreihigen Zylinderrollenlagers auf der Stützwalze

28b: Lastverteilung des vierreihigen Zylinderrollenlagers auf der Stützwalze

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Berechnung der Lagerbelastung Berechnung der Lastverhältnisse und Pressungen (Druckverteilung)

29a: Visualisierung der Pressungen des vierreihigen Kegelrollenlagers auf der Arbeitswalze

29b: Lastverteilung des vierreihigen Kegelrollenlagers auf der Arbeitswalze

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Dimensionierung Statisch beanspruchte Lager · Dynamisch beanspruchte Lager

Bei der Dimensionierungsrechnung vergleicht man die Beanspruchung eines Lagers mit seiner Tragfähigkeit. Dabei wird unterschieden zwischen einer dynamischen und einer statischen Beanspruchung. Bei statischer Beanspruchung steht das belastete Lager still (keine Relativbewegung zwischen den Ringen) oder dreht langsam. In diesen Fällen prüft man die Sicherheit gegen zu große plastische Verformungen der Laufbahnen und Rollkörper. Die meisten Lager werden dynamisch beansprucht. Bei ihnen drehen sich die Lagerringe relativ zueinander. Mit der Dimensionierungsrechnung wird die Sicherheit gegen vorzeitige Materialermüdung der Laufbahnen und Rollkörper geprüft.

Statisch beanspruchte Lager Bei statischer Belastung errechnet man zum Nachweis, dass ein ausreichend tragfähiges Lager gewählt wurde, die statische Kennzahl fs. fs =

C0 P0

wobei fs statische Kennzahl C0 statische Tragzahl [kN] P0 statisch äquivalente Belastung [kN] Die statische Kennzahl f s ist ein Maß für die Sicherheit gegen zu große plastische Verformungen an den Berührstellen der Rollkörper. Walzenlager überprüft man normalerweise nicht auf statische Sicherheit. Eine Ausnahme sind die Lager für Druckspindeln. Hierfür strebt man an: fs = 1,8...2 Die statische Tragzahl C 0 [kN] ist in den Tabellen der FAG-Kataloge für jedes Lager angegeben. Eine Belastung

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in dieser Höhe (bei Radiallagern eine radiale, bei Axiallagern eine axiale und zentrische) erzeugt im Mittelpunkt der am höchsten belasteten Berührstelle zwischen Rollkörper und Laufbahn eine rechnerische Flächenpressung p0 = 4200 N/mm2 bei Kugellagern außer Pendelkugellagern p0 = 4000 N/mm2 bei allen Rollenlagern Bei Belastung mit C0 (entspricht fs = 1) tritt an der am höchsten belasteten Berührstelle eine plastische Gesamtverformung von Rollkörper und Laufbahn von etwa 1/10 000 des Rollkörperdurchmessers auf. Die statisch äquivalente Belastung P0 [kN] ist ein rechnerischer Wert, und zwar eine radiale Belastung bei Radiallagern und eine axiale und zentrische Belastung bei Axiallagern. P0 verursacht die gleiche Beanspruchung im Mittelpunkt der am höchsten belasteten Berührstelle zwischen Rollkörper und Laufbahn wie die tatsächlich wirkende kombinierte Belastung. Zur Ermittlung von P0 siehe FAG-Kataloge.

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

L10 = L = wobei L10 = L C P p

  C P

[106 Umdrehungen]

nominelle Lebensdauer [106 Umdrehungen] dynamische Tragzahl [kN] dynamisch äquivalente Belastung [kN] Lebensdauerexponent

L10 ist die nominelle Lebensdauer in Millionen Umdrehungen, die mindestens 90 % einer größeren Anzahl gleicher Lager erreichen oder überschreiten. Die dynamische Tragzahl C [kN] ist in den Tabellen der FAG-Kataloge für jedes Lager angegeben. Eine Belastung in dieser Höhe ergibt eine L10-Lebensdauer von 106 Umdrehungen. Die dynamisch äquivalente Belastung P [kN] ist ein rechnerischer Wert, und zwar eine in Größe und Richtung konstante Radiallast bei Radiallagern oder Axiallast bei Axiallagern. P ergibt die gleiche Lebensdauer wie die tatsächlich wirkende kombinierte Belastung. P = X ~ Fr + Y ~ Fa

[kN]

wobei P dynamisch äquivalente Belastung [kN] Fr Radialbelastung [kN] Fa Axialbelastung [kN] X Radialfaktor Y Axialfaktor Die Werte für X und Y sowie Hinweise zur Berechnung der dynamisch äquivalenten Belastung sind für die verschiedenen Wälzlager in den FAG-Katalogen und in der Publ.-Nr. WL 41 140 „FAG Wälzlager für Walzgerüste“ angegeben. Während bei Walzenlagerungen die radiale Belastung der Lager hinreichend genau ermittelt werden kann, ist über die Größe der Axialkräfte in der Regel nur sehr wenig bekannt, so dass man auf Schätzungen angewiesen ist. Die Praxis hat gezeigt, dass folgende Annahmen eine ausreichende Sicherheit einschließen:

Dimensionierung Dynamisch beanspruchte Lager

bei glatten Walzen (in Duo- und Quarto-Bandwalzgerüsten) Axialkraft = 1...2 % der Walzkraft bei kalibrierten Walzen Axialkraft = 5...10 % der Walzkraft

Durch Umstellung der Formel erhält man L ~ 500 ~ 331/3 ~ 60 n ~ 60

Lh =

Lh = 500

  C P

331/3 ~ n

oder Bei Axial-Kegelrollenlagern, die aufgrund ihrer Bauart nur axiale Kräfte aufnehmen, ist P = F a. Bei vierreihigen Kegelrollenlagern betrachtet man üblicherweise nur eine Rollenreihe. Für rein radiale Belastung oder für F a /F r  e gilt P = F r (für eine Reihe). Für F a /F r  e gilt P = 0,4 ~ F r + Y ~ F a (für eine Reihe). e ist ein Rechenhilfswert, vgl. FAG-Kataloge.

 p

Lh = 500

p=

10 3

für Rollenlager

Wenn die Drehzahl des Lagers konstant ist, kann man die Lebensdauer in Stunden ausdrücken Lh10 = Lh =

L ~ 106 [h] n ~ 60

wobei L h10 = L nominelle Lebensdauer [h] L nominelle Lebensdauer [10 6 Umdrehungen] n Drehzahl (Umdrehungsfrequenz) [min-1].

p

331/3 C ~ n P

Darin bezeichnen

fL =

 p

Lh 500

dynamische Kennzahl,

d. h. f L = 1 bei einer Lebensdauer von 500 Std.

fn = Der Lebensdauerexponent p ist unterschiedlich für Kugellager und Rollenlager. p = 3 für Kugellager



 p

331/3 n

fL =

C ~ fn P

wobei f L dynamische Kennzahl C dynamische Tragzahl [kN] P dynamisch äquivalente Belastung [kN] f n Drehzahlfaktor

p

Bei Radiallagern, die nur radiale Kräfte aufnehmen, ist P = F r.

Die Lebensdauergleichung erhält damit die vereinfachte Form

Drehzahlfaktor,

d. h. f n = 1 bei einer Drehzahl von 33 1 / 3 min -1 . f n-Werte für Kugellager siehe Tabelle, Bild 32, für Rollenlager siehe Tabelle, Bild 34.

Dynamische Kennzahl f L Der Wert f L , der für eine richtig dimensionierte Lagerung erreicht werden soll, ergibt sich aus Erfahrung mit gleichen oder ähnlichen Lagerungen, die sich in der Praxis bewährt haben. Beim Vergleich mit einer bewährten Lagerung muss man die Beanspruchung selbstverständlich nach derselben Methode wie bisher bestimmen. In der Tabelle, Bild 30, sind außer den anzustrebenden f L -Werten auch die üblichen Daten für die Berechnung aufgeführt. Zur Umwandlung von f L in die nominelle Lebensdauer L h dient für Kugellager die Tabelle, Bild 31, für Rollenlager die Tabelle, Bild 33.

30: Richtwerte für f L und Daten für die Berechnung Einbaustelle

anzustrebender fL-Wert

Daten für die Berechnung

Walzgerüste

1...3

mittlere Walzkraft; Walzgeschwindigkeit (fL-Wert je nach Walzgerüst und Walzprogramm)

Walzwerksgetriebe

3...4

Nennmoment; Nenndrehzahl

Rollgänge

2,5...3,5

Gewicht des Walzguts, Stöße; Walzgeschwindigkeit

19

Dimensionierung Dynamische Kennzahl f L und Drehzahlfaktor f n für Kugellager

31: f L-Werte für Kugellager Lh

fL

h

Lh

fL

h

Lh

fL

h

Lh

fL

h

Lh

fL

h

100 110 120 130 140

0,585 0,604 0,621 0,638 0,654

420 440 460 480 500

0,944 0,958 0,973 0,986 1

1700 1800 1900 2000 2200

1,5 1,53 1,56 1,59 1,64

6500 7000 7500 8000 8500

2,35 2,41 2,47 2,52 2,57

28000 30000 32000 34000 36000

3,83 3,91 4 4,08 4,16

150 160 170 180 190

0,669 0,684 0,698 0,711 0,724

550 600 650 700 750

1,03 1,06 1,09 1,12 1,14

2400 2600 2800 3000 3200

1,69 1,73 1,78 1,82 1,86

9000 9500 10000 11000 12000

2,62 2,67 2,71 2,8 2,88

38000 40000 42000 44000 46000

4,24 4,31 4,38 4,45 4,51

200 220 240 260 280

0,737 0,761 0,783 0,804 0,824

800 850 900 950 1000

1,17 1,19 1,22 1,24 1,26

3400 3600 3800 4000 4200

1,89 1,93 1,97 2 2,03

13000 14000 15000 16000 17000

2,96 3,04 3,11 3,17 3,24

48000 50000 55000 60000 65000

4,58 4,64 4,79 4,93 5,07

300 320 340 360 380

0,843 0,862 0,879 0,896 0,913

1100 1200 1300 1400 1500

1,3 1,34 1,38 1,41 1,44

4400 4600 4800 5000 5500

2,06 2,1 2,13 2,15 2,22

18000 19000 20000 22000 24000

3,3 3,36 3,42 3,53 3,63

70000 75000 80000 85000 90000

5,19 5,31 5,43 5,54 5,65

400

0,928

1600

1,47

6000

2,29

26000

3,73

100000

5,85

fn

n

fn

32: f n-Werte für Kugellager n

fn

min -1

20

n min -1

min -1

n

fn

min -1

n

fn

min -1

10 11 12 13 14

1,49 1,45 1,41 1,37 1,34

55 60 65 70 75

0,846 0,822 0,8 0,781 0,763

340 360 380 400 420

0,461 0,452 0,444 0,437 0,43

1800 1900 2000 2200 2400

0,265 0,26 0,255 0,247 0,24

9500 10000 11000 12000 13000

0,152 0,149 0,145 0,141 0,137

15 16 17 18 19

1,3 1,28 1,25 1,23 1,21

80 85 90 95 100

0,747 0,732 0,718 0,705 0,693

440 460 480 500 550

0,423 0,417 0,411 0,405 0,393

2600 2800 3000 3200 3400

0,234 0,228 0,223 0,218 0,214

14000 15000 16000 17000 18000

0,134 0,131 0,128 0,125 0,123

20 22 24 26 28

1,19 1,15 1,12 1,09 1,06

110 120 130 140 150

0,672 0,652 0,635 0,62 0,606

600 650 700 750 800

0,382 0,372 0,362 0,354 0,347

3600 3800 4000 4200 4400

0,21 0,206 0,203 0,199 0,196

19000 20000 22000 24000 26000

0,121 0,119 0,115 0,112 0,109

30 32 34 36 38

1,04 1,01 0,993 0,975 0,957

160 170 180 190 200

0,593 0,581 0,57 0,56 0,55

850 900 950 1000 1100

0,34 0,333 0,327 0,322 0,312

4600 4800 5000 5500 6000

0,194 0,191 0,188 0,182 0,177

28000 30000 32000 34000 36000

0,106 0,104 0,101 0,0993 0,0975

40 42 44 46 48

0,941 0,926 0,912 0,898 0,886

220 240 260 280 300

0,533 0,518 0,504 0,492 0,481

1200 1300 1400 1500 1600

0,303 0,295 0,288 0,281 0,275

6500 7000 7500 8000 8500

0,172 0,168 0,164 0,161 0,158

38000 40000 42000 44000 46000

0,0957 0,0941 0,0926 0,0912 0,0898

50

0,874

320

0,471

1700

0,27

9000

0,155

50000

0,0874

Dimensionierung Dynamische Kennzahl f L und Drehzahlfaktor f n für Rollenlager

33: f L-Werte für Rollenlager Lh

fL

h

Lh

fL

h

Lh

fL

h

Lh

fL

h

Lh

fL

h

100 110 120 130 140

0,617 0,635 0,652 0,668 0,683

420 440 460 480 500

0,949 0,962 0,975 0,988 1

1700 1800 1900 2000 2200

1,44 1,47 1,49 1,52 1,56

6500 7000 7500 8000 8500

2,16 2,21 2,25 2,3 2,34

28000 30000 32000 34000 36000

3,35 3,42 3,48 3,55 3,61

150 160 170 180 190

0,697 0,71 0,724 0,736 0,748

550 600 650 700 750

1,03 1,06 1,08 1,11 1,13

2400 2600 2800 3000 3200

1,6 1,64 1,68 1,71 1,75

9000 9500 10000 11000 12000

2,38 2,42 2,46 2,53 2,59

38000 40000 42000 44000 46000

3,67 3,72 3,78 3,83 3,88

200 220 240 260 280

0,76 0,782 0,802 0,822 0,84

800 850 900 950 1000

1,15 1,17 1,19 1,21 1,23

3400 3600 3800 4000 4200

1,78 1,81 1,84 1,87 1,89

13000 14000 15000 16000 17000

2,66 2,72 2,77 2,83 2,88

48000 50000 55000 60000 65000

3,93 3,98 4,1 4,2 4,31

300 320 340 360 380

0,858 0,875 0,891 0,906 0,921

1100 1200 1300 1400 1500

1,27 1,3 1,33 1,36 1,39

4400 4600 4800 5000 5500

1,92 1,95 1,97 2 2,05

18000 19000 20000 22000 24000

2,93 2,98 3,02 3,11 3,19

70000 80000 90000 100000 150000

4,4 4,58 4,75 4,9 5,54

400

0,935

1600

1,42

6000

2,11

26000

3,27

200000

6,03

fn

n

fn

34: f n-Werte für Rollenlager n

fn

min -1

n min -1

min -1

n

fn

min -1

n

fn

min -1

10 11 12 13 14

1,44 1,39 1,36 1,33 1,3

55 60 65 70 75

0,861 0,838 0,818 0,8 0,784

340 360 380 400 420

0,498 0,49 0,482 0,475 0,468

1800 1900 2000 2200 2400

0,302 0,297 0,293 0,285 0,277

9500 10000 11000 12000 13000

0,183 0,181 0,176 0,171 0,167

15 16 17 18 19

1,27 1,25 1,22 1,2 1,18

80 85 90 95 100

0,769 0,755 0,742 0,73 0,719

440 460 480 500 550

0,461 0,455 0,449 0,444 0,431

2600 2800 3000 3200 3400

0,270 0,265 0,259 0,254 0,25

14000 15000 16000 17000 18000

0,163 0,16 0,157 0,154 0,151

20 22 24 26 28

1,17 1,13 1,1 1,08 1,05

110 120 130 140 150

0,699 0,681 0,665 0,65 0,637

600 650 700 750 800

0,42 0,41 0,401 0,393 0,385

3600 3800 4000 4200 4400

0,245 0,242 0,238 0,234 0,231

19000 20000 22000 24000 26000

0,149 0,147 0,143 0,139 0,136

30 32 34 36 38

1,03 1,01 0,994 0,977 0,961

160 170 180 190 200

0,625 0,613 0,603 0,593 0,584

850 900 950 1000 1100

0,378 0,372 0,366 0,36 0,35

4600 4800 5000 5500 6000

0,228 0,225 0,222 0,216 0,211

28000 30000 32000 34000 36000

0,133 0,13 0,127 0,125 0,123

40 42 44 46 48

0,947 0,933 0,92 0,908 0,896

220 240 260 280 300

0,568 0,553 0,54 0,528 0,517

1200 1300 1400 1500 1600

0,341 0,333 0,326 0,319 0,313

6500 7000 7500 8000 8500

0,206 0,201 0,197 0,193 0,19

38000 40000 42000 44000 46000

0,121 0,119 0,117 0,116 0,114

50

0,885

320

0,507

1700

0,307

9000

0,186

50000

0,111

21

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

Veränderliche Belastung und Drehzahl P2

Ändern sich bei einem dynamisch beanspruchten Lager die Belastung und die Drehzahl mit der Zeit, dann muss das bei der Berechnung der äquivalenten Belastung berücksichtigt werden. Man nähert den Kurvenverlauf durch eine Reihe von Einzelkräften und -drehzahlen mit einer bestimmten Wirkungsdauer q [%] an. Für diesen Fall ergibt sich die dynamisch äquivalente Belastung P aus:

 3

P=

3

P1 ~

Belastung P [ kN ]

P

P1

P3 P4

n4

n1 nm

Drehzahl n [ min-1 ]

n3 n2

q1

q2

q3

q4 Zeitanteil q

100%

n1 q1 n q 3 ~ + P2 ~ 2 ~ 2 ...[kN] nm 100 nm 100

und die mittlere Drehzahl n m aus: nm = n1 ~

q1 q + n2 ~ 2 + ...[ min-1 ] 100 100

Der Einfachheit halber steht in den Formeln für Kugellager und Rollenlager der Exponent 3. Ist die Belastung veränderlich, die Drehzahl aber konstant, erhält man: P=

 3

3

P1 ~

Pmax P Pmin P Belastung [ kN ] Zeit

q1 q 3 + P2 ~ 2 + ... [ kN ] 100 100

Wächst bei konstanter Drehzahl die Belastung linear von einem Kleinstwert P min auf einen Größtwert P max , dann erhält man: P=

Pmin + 2Pmax 3

[ kN ]

Bei der erweiterten modifizierten Lebensdauerberechnung (siehe Seite 23) darf nicht mit dem Mittelwert der dynamisch äquivalenten Belastung gerechnet werden. Vielmehr ist für jede Wirkungsdauer mit konstanten Bedingungen der L hnm -Wert zu bestimmen und daraus mit der Formel von Seite 28 die erweiterte modifizierte Lebensdauer zu ermitteln.

22

Erweiterte Lebensdauerberechnung Die nominelle Lebensdauer L oder L h weicht mehr oder weniger von der praktisch erreichbaren Lebensdauer der Wälzlager ab. Die Gleichung L = (C/P) p berücksichtigt von den Betriebsbedingungen nur die Belastung. In Wirklichkeit hängt die erreichbare Lebensdauer aber noch von einer Reihe anderer

Einflüsse ab, z. B. von der Schmierfilmdicke, der Sauberkeit im Schmierspalt, der Schmierstoffadditivierung und der Lagerbauart. Deshalb hat die Norm DIN ISO 281:1993-01 zusätzlich zur nominellen Lebensdauer die modifizierte Lebensdauer eingeführt, jedoch für den Faktor für Betriebsbedingungen noch keine Zahlenwerte angegeben.

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

Modifizierte Lebensdauer Nach DIN ISO 281 wird die modifizierte Lebensdauer L na nach folgender Formel ermittelt: L na = a 1 ~ a 2 ~ a 3 ~ L [10 6 Umdrehungen] oder in Stunden ausgedrückt L hna = a 1 ~ a 2 ~ a 3 ~ L h [h] wobei L na modifizierte Lebensdauer [10 6 Umdrehungen] L hna modifizierte Lebensdauer [h] a1 Faktor für Erlebenswahrscheinlichkeit a2 Faktor für Werkstoff a3 Faktor für Betriebsbedingungen, insbesondere Schmierung L nominelle Lebensdauer [10 6 Umdrehungen] Lh nominelle Lebensdauer [h]

Faktor a 1 für die Erlebenswahrscheinlichkeit Wälzlagerausfälle infolge Ermüdung unterliegen statistischen Gesetzen; deshalb muss man bei der

Berechnung der Ermüdungslebensdauer die Erlebenswahrscheinlichkeit berücksichtigen. Im Normalfall rechnet man mit 90 % Erlebenswahrscheinlichkeit (entspricht 10 % Ausfallwahrscheinlichkeit). Die L 10 -Lebensdauer ist die nominelle Lebensdauer. Um auch Erlebenswahrscheinlichkeiten zwischen 90 und 99 % erfassen zu können, wird der Faktor a 1 benutzt, siehe Tabelle 35.

Faktor a 2 für den Werkstoff Der Faktor a 2 berücksichtigt die Eigenschaften des Werkstoffs und seine Wärmebehandlung. Die Norm lässt Faktoren a 2  1 zu für Lager aus Stahl mit besonders hohem Reinheitsgrad.

Faktor a 3 für die Betriebsbedingungen Der Faktor a 3 berücksichtigt die Betriebsbedingungen, insbesondere den Schmierzustand bei der Betriebsdrehzahl und der Betriebstemperatur. Zahlenangaben zu diesem Faktor enthält die DIN ISO 281:1993-01 noch nicht.

Erweiterte modifizierte Lebensdauer Vielfältige systematische Untersuchungen im Labor und ein breiter Erfahrungsrückstrom aus der Praxis ermöglichen es heute, den Einfluss verschiedener Betriebsbedingungen auf die erreichbare Lebensdauer von Wälzlagern zu quantifizieren. Die 1977 in die DIN ISO 281 eingeführten Lebensdauerbeiwerte a 2 und a 3 zur Berücksichtigung der Einflüsse von Werkstoffeigenschaften und Schmierungsbedingungen wurden nicht quantifiziert. Deshalb haben mehrere Wälzlagerhersteller Verfahren zur Berechnung der erweiterten Lebensdauer selbst entwickelt. Dabei wurde berücksichtigt, dass die Einflüsse von Werkstoff und Schmierung voneinander abhängig sind. FAG hat bereits vor einigen Jahren ein Berechnungsverfahren für den Faktor a 23 zur Ermittlung der erreichbaren Lebensdauer veröffentlicht. Diese Berechnungsmethode zeigt auch, dass Wälzlager unter bestimmten Voraussetzungen dauerfest sind. Um eine Vereinheitlichung und eine bessere Vergleichbarkeit mit der Lebensdauerberechnung anderer Wälzlagerhersteller zu erhalten, führt FAG ein auf DIN ISO 281 Beiblatt 1 beruhendes Rechenverfahren ein, mit dem die erweiterte modifizierte Lebensdauer L nm bestimmt wird.

35: Faktor a 1 Erlebenswahrscheinlichkeit %

90

95

96

97

98

99

Faktor a 1

1

0,62

0,53

0,44

0,33

0,21

23

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

Berechnung der erweiterten modifizierten Lebensdauer Das in DIN ISO 281 Bbl 1:2003-4 beschriebene Rechenverfahren zur Ermittlung der erweiterten modifizierten Lebensdauer wurde aus den Verfahren mehrerer Wälzlagerhersteller abgeleitet. Die erweiterte modifizierte Lebensdauer ergibt sich aus Lnm = a1 ~ aDIN ~ L [106 Umdrehungen]

Lebensdauerbeiwert a DIN

Die Ermüdungsgrenzbelastung C u berücksichtigt die Ermüdungsgrenze des Laufbahnwerkstoffs, der Verunreinigungsbeiwert e C beschreibt die Spannungsüberhöhung durch Verunreinigung im Lager. P ist die dynamisch äquivalente Belastung.

Das genormte Rechenverfahren zur Ermittlung von a DIN berücksichtigt folgende Einflüsse: • die Lagerbelastung • den Schmierungszustand (Art und Viskosität des Schmierstoffs, Additive, Drehzahl, Lagergröße) • die Ermüdungsgrenze des Werkstoffs • die Lagerbauart • die Umgebungsbedingungen (Verunreinigung des Schmierstoffs)

P = X ~ F r + Y ~ F a [kN] wobei F r Radialbelastung [kN] F a Axialbelastung [kN] X Radialfaktor Y Axialfaktor Das Viskositätsverhältnis κ ist ein Maß für die Schmierfilmbildung, siehe Seite 26.

und a DIN = f (e C ~ C u /P, κ) L hnm = a 1 ~ a DIN ~ L h [h] wobei a 1 Beiwert für Erlebenswahrscheinlichkeit (siehe Tabelle 35) a DIN Beiwert für Betriebsbedingungen L nominelle Lebensdauer [10 6 Umdrehungen] L h nominelle Lebensdauer [h]

t ν40 ν n dm ν1 κ P eC Cu

Ändern sich während der Betriebszeit Einflüsse, ist für jede Wirkungszeit mit konstanten Bedingungen der L hnm -Wert zu bestimmen und daraus mit der Formel von Seite 28 die modifizierte Gesamtlebensdauer zu ermitteln.

Betriebstemperatur Nennviskosität Betriebsviskosität Betriebsdrehzahl mittlerer Durchmesser Bezugsviskosität Viskositätsverhältnis dynamisch äquivalente Belastung Verunreinigungsbeiwert Ermüdungsgrenzbelastung

t

P

Cu

eC

aDIN

36: Schema der Ermittlung von aDIN

24

ν40

n dm

ν

ν1

κ = ν / ν1

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

Ermüdungsgrenzbelastung C u

Verunreinigungsbeiwert e C

Nach DIN ISO 281/A2 ist der Lebensdauerbeiwert a xyz abhängig vom Verhältnis der Ermüdungsgrenze des Laufbahnwerkstoffs σ u zur für die Ermüdung maßgebenden Spannung σ angegeben. Die für die Ermüdung maßgebende Spannung in der Laufbahn ist hauptsächlich von der inneren Lastverteilung im Lager und vom Spannungsverlauf im höchstbelasteten Wälzkontakt abhängig. Unter idealen Kontaktbedingungen wird die Ermüdungsgrenze gebräuchlicher Wälzlagerstähle bei einer Hertzschen Pressung von etwa 2200 N/mm 2 erreicht. Für die praktische Handhabung der Berechnung wird die Ermüdungsgrenzbelastung C u eingeführt. Zur Bestimmung von C u wird in DIN ISO 281 Bbl 1 eine Kontaktpressung von 1500 N/mm 2 zugrunde gelegt. Analog zur statischen Tragzahl C 0 nach DIN ISO 76 ist C u definiert als die Belastung, bei der im höchstbelasteten Kontakt die Ermüdungsgrenze σ u des Lagerwerkstoffs gerade erreicht wird. Damit lässt sich das Verhältnis σ u/σ in guter Näherung als Funktion von C u /P bestimmen. Bei der Bestimmung von C u sind zu berücksichtigen: • Bauart, Größe und innere Geometrie des Lagers • Profilierung von Wälzkörpern und Laufbahnen • Fertigungsqualität • Ermüdungsgrenze des Werkstoffs

Ist der Schmierstoff mit Partikeln verunreinigt, können beim Überrollen dieser Partikel bleibende Eindrücke in den Laufbahnen erzeugt werden. An diesen Eindrücken entstehen lokale Spannungsüberhöhungen, die die Lebensdauer des Wälzlagers verringern. Dies wird durch den Verunreinigungsbeiwert e C berücksichtigt.

Werte für die Ermüdungsgrenzbelastung sind angegeben in der FAG-Publ.-Nr. WL 41 140.

Richtwerte für den Beiwert e C siehe Tabelle 37. Die Lebensdauerminderung durch feste Partikel im Schmierspalt ist abhängig von

• der Art, Größe, Härte und Menge der Partikel • der Schmierfilmhöhe (Viskositätsverhältnis κ) • der Lagergröße Die angegebenen Werte gelten für Verunreinigungen durch feste Partikel. Andere Verunreinigungen, z. B. durch Wasser oder andere Flüssigkeiten, können hier nicht berücksichtigt werden. Bei starker Verunreinigung (e C → 0) sind Ausfälle durch Verschleiß zu erwarten; die Gebrauchsdauer des Lagers liegt dann weit unter der berechneten Lebensdauer.

37: Verunreinigungsbeiwert e C Grad der Verunreinigung

Beiwert e C D pw < 100 mm

D pw ≥ 100 mm

Größte Sauberkeit Partikelgröße in der Größenordnung der Schmierfilmhöhe, Laborbedingungen

1

1

Große Sauberkeit Feinstfilterung der Ölzufuhr abgedichtete, gefettete Lager

0,8 bis 0,6

0,9 bis 0,8

Normale Sauberkeit Feinfilterung der Ölzufuhr gefettete Lager mit Deckscheiben

0,6 bis 0,5

0,8 bis 0,6

Leichte Verunreinigungen Leichte Verunreinigungen in der Ölzufuhr

0,5 bis 0,3

0,6 bis 0,4

Typische Verunreinigungen Lager mit Abrieb von anderen Maschinenelementen kontaminiert

0,3 bis 0,1

0,4 bis 0,2

Starke Verunreinigungen stark verschmutzte Lagerumgebung unzureichende Abdichtung der Lagerung

0,1 bis 0

0,1 bis 0

Sehr starke Verunreinigungen

0

0

D pw Teilkreisdurchmesser; statt D pw kann annähernd der mittlere Lagerdurchmesser d m = (D + d)/2 benutzt werden.

25

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

Viskositätsverhältnis κ Das Viskositätsverhältnis κ dient als Maß für die Güte der Schmierfilmbildung. κ ist das Verhältnis der Viskosität ν des Schmierstoffs bei Betriebstemperatur zur Bezugsviskosität ν 1 . κ = ν/ν 1 Die Bezugsviskosität ν 1 wird aus dem Diagramm 38 mit Hilfe des mittleren Lagerdurchmessers d m = (D + d)/2 und der Betriebsdrehzahl n bestimmt. Die Betriebsviskosität ν eines Schmieröls erhält man aus dem V-T-Diagramm 39 mit Hilfe der Betriebstemperatur t und der (Nenn-)Viskosität des Öls bei 40 °C. Bei Schmierfetten setzt man für ν die Betriebsviskosität des Grundöls ein. Empfehlungen zur Ölviskosität und Ölauswahl siehe auch Seite 31. Bei hochbelasteten Lagern mit größeren Gleitanteilen ist die

Temperatur im Kontaktbereich der Rollkörper bis 20 K höher als die am stillstehenden Ring messbare Temperatur (ohne Einfluss von Fremderwärmung).

Berücksichtigung von EP-Additiven Bei einem Viskositätsverhältnis κ < 1 und einem Verunreinigungsbeiwert e C ≥ 0,2 kann bei Verwendung von Schmierstoffen mit nachgewiesen wirksamen EP-Additiven mit dem Wert κ = 1 gerechnet werden. Bei starker Verschmutzung (Verunreinigungsbeiwert e C < 0,2) ist die Wirksamkeit der Additivierung unter diesen Verschmutzungsbedingungen nachzuweisen. Der Nachweis der Wirksamkeit der EP-Additive kann in der realen Anwendung oder in einem Wälzlager-Prüfgerät FE 8 nach DIN 51819-1 erfolgen.

2 5 10

Betriebstemperatur t [°C]

Bezugsviskosität

10

40 30

20

10 200

Mittlerer Lagerdurchmesser dm =

38: Bezugsviskosität ν1

50

10

5 3

60

15

10

10 00 20 5 0 00 10 00 000 20 000 50 0 100 00 000 20 50 100

46 80 0

22

20

15 10 00 6 00

32

500

Viskosität [mm2/s] bei 40 °C

70

]

200

50

26

50

100

Für κ > 4 ist mit dem Wert κ = 4 zu rechnen. Für κ < 0,1 ist dieses Rechenverfahren nicht anwendbar.

80

20

-1

[m in n

100

Der Lebensdauerbeiwert a DIN kann aus den Diagrammen 40 a bis d auf Seite 27 entnommen werden für Radial-Kugellager (oben links), Radial-Rollenlager (oben rechts), Axial-Kugellager (unten links), Axial-Rollenlager (unten rechts).

0 32 20 0 2 5 1 0 10 68 46

2 ν 1 mm s

200

Diagramme des Lebensdauerbeiwerts a DIN

120 110 100 90

1 000 500

Wird bei nachgewiesen wirksamen EP-Additiven mit dem Wert κ = 1 gerechnet, ist der Lebensdauerbeiwert auf a DIN ≤ 3 zu begrenzen. Falls der für das tatsächliche κ berechnete Wert a DIN (κ) größer als 3 ist, kann mit diesem Wert gerechnet werden.

500 1 000 D+d mm

4

6 8 10 20 30 40 60 100 Betriebsviskosität ν [mm2/s]

2

39: V-T-Diagramm für Mineralöle

200 300

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

κ =4

50

2 1

0,8

0,6

κ =4

0,5 50

aDIN

2

1

0,8

aDIN

20

0,4

10

20

0,6

10 0,3

5

5

2

0,5

2 0,2

1

0,4

1

0,5

0,15

0,3

0,5

0,2 0,2

0,2 0,1

0,1

0,005

0,01

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

1

2

0,15 0,1

0,1

5

0,005

0,01

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

1

2

5

eC · C u

eC · C u

P

P b: aDIN für Radial-Rollenlager

a: aDIN für Radial-Kugellager

κ =4

50

2

1

0,8

0,6

κ =4

50

aDIN

aDIN

20

20

2 1

0,5 10

10

5

5

0,8

0,6

0,4 2

2 0,3

1

0,2

0,5

0,5

0,5

0,4 0,3

0,2

0,2

0,15 0,2

0,15 0,1

0,1

0,005

0,01

0,02

0,05

c: aDIN für Axial-Kugellager 40: Lebensdauerbeiwerte aDIN

0,1

0,2

0,5

1

2

5

0,1

0,005

0,1

0,01

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

1

2

5

eC · C u

eC · C u

P

P d: aDIN für Axial-Rollenlager

27

Dimensionierung Erweiterte Lebensdauerberechnung

Erweiterte modifizierte Lebensdauer bei veränderlichen Betriebsbedingungen Ändern sich die Belastung und die übrigen Größen, die die Lebensdauer beeinflussen, dann ist für jede Wirkungsdauer q [%] mit konstanten Bedingungen die erweiterte modifizierte Lebensdauer (L hnm1 , L hnm2 , …) gesondert zu ermitteln. Für die Gesamtbetriebszeit wird die erweiterte modifizierte Lebensdauer errechnet mit der Formel Lhnm =

28

100 q1 q2 q3 + + + ... Lhnm1 Lhnm2 Lhnm3

Grenzen der Laufzeitberechnung

Lagerberechnung am PC

Auch mit der erweiterten Lebensdauerberechnung wird als Ausfallursache lediglich die Werkstoffermüdung berücksichtigt. Der tatsächlichen Gebrauchsdauer des Lagers kann die ermittelte „erweiterte modifizierte Lebensdauer“ nur dann entsprechen, wenn die Schmierstoffgebrauchsdauer, die Gebrauchsdauer anderer Komponenten wie z. B. der Dichtung oder die durch Verschleiß begrenzte Gebrauchsdauer nicht kürzer ist als die Ermüdungslaufzeit.

Das Berechnungsprogramm BEARINX ® vereinigt umfangreiche neue Berechnungsmöglichkeiten mit einer benutzerfreundlichen WINDOWS-Oberfläche. Herausragend sind die schnelle Parameteranalyse und die automatische Datenübernahme zwischen einzelnen Berechnungsmodulen sowie die umfangreiche Lagerdatenbank. Die Berechnung mit BEARINX ® nutzt die höhere Genauigkeit heutiger Berechnungsmöglichkeiten, die z. B. im Beiblatt 4 zur DIN ISO 281 beschrieben sind. Hierbei wird der Einfluss von Verkippung, Betriebsspiel und räumlicher Belastung des Lagers berücksichtigt.

Schmierung Fettschmierung

Bei Walzenlagern soll der Schmierstoff – ebenso wie bei anderen Wälzlagern – einen lastübertragenden Schmierfilm bilden, der verhindert, dass die Lagerteile einander berühren und ihre Oberflächen dadurch beschädigt werden. Dicke und Tragfähigkeit des Schmierfilms hängen von der Viskosität des Öls, von der Drehzahl des Lagers, von der Lagergröße und von den Schmierungseigenschaften ab. Weiterhin hat der Schmierstoff die Aufgabe, die Lagerteile vor Korrosion zu schützen. Bei der Abdichtung soll er die Lippen der Dichtringe (Manschettendichtungen usw.) schmieren und als Sperrmedium die Spalte von Labyrinthdichtungen füllen. Da der Schmierstoff in der Abdichtung andere Aufgaben als in

der Lagerung hat, ist es zweckmäßig, Lager und Abdichtung getrennt zu schmieren und für jedes Schmiersystem einen Schmierstoff zu wählen, der in dem jeweiligen Fall am besten geeignet ist. So richtig dieser Gesichtspunkt auch ist, in vielen Fällen muss man von der Durchführung absehen wegen der Gefahr einer Verwechslung (schädliche Vermischung), wegen der erschwerten Vorratshaltung oder aus anderen Gründen.

Fettschmierung Wegen der einfachen Abdichtung und der bequemen Nachschmierung werden Walzenlager, wo es die Betriebsverhältnisse zulassen, mit Fett geschmiert. Von den

Mineralölfirmen wird eine große Zahl spezieller Wälzlagerfette hergestellt. Diese Fette unterscheiden sich aber in ihren Kenndaten und Eigenschaften so sehr, dass die Entscheidung, welches Fett im jeweiligen Fall eingesetzt werden soll, schwer fällt. FAG bietet besonders geeignete Fette an, die FAG Wälzlagerfette Arcanol. Tabelle 41 gibt einen Überblick über die wichtigsten Wälzlagerfette und ihre Eigenschaften. Eine detaillierte Beratung ist in jedem Fall zu empfehlen. Für die FAG Wälzlagerfette Arcanol ist die Eignung für die unterschiedlichen Lagerbauarten bekannt. Bei unbekannten Fetten muss der Lieferant die Eignung nachweisen. Im Bedarfsfall kann auch FAG Eignungsversuche durchführen.

41: Die wichtigsten Wälzlagerfette und ihre Eigenschaften Fettart Verdicker

Konsistenz NLGIKlasse

Besondere Hinweise und Einsatzbeispiele

Li -Seife

3

universelles Wälzlagerfett, lange Schmierfrist, z. B. in E-Motoren, gutes Dichtfett

Li/Ca-Seife mit EP-Zusatz

2

Li-Seife mit EP-Zusatz

FAG

Gebrauchstemperatur

Drehzahleignung

Lasteignung

Verhalten gegen Wasser

Korrosionsschutz

°C

Grundölviskosität bei 40 °C mm 2/s

MULTI3 (L71V)

}30...+140

80

mittel

mittel

beständig bis 90 °C

sehr gut

erschwerte Betriebsverhältnisse, z. B. in Stütz- und Arbeitswalzen, besond. abged. Kegelrollenlager

LOAD220 (L215V)

}20...+140

ISO VG 220

hoch

hoch

beständig bis 90 °C

sehr gut

2

erschwerte Betriebsverhältnisse, besonders bei hohen Drehzahlen, abged. Kegelrollenlager

MULTITOP (L135V)

}40...+150

85

sehr hoch

hoch

beständig bis 90 °C

sehr gut

Li/Ca-Seife mit EP-Zusatz

2

sehr schwere Betriebsverhältnisse, insbes. hohe Stoßbelastung

LOAD400 (L186V)

}20...+140

400

mittel

sehr hoch beständig bis 90 °C

sehr gut

Li/Ca-Seife mit EP-Zusatz

2

extrem schwere Betriebsverhältnisse, sehr hohe Stoßbelastung, z. B. Hubtische

LOAD1000 (L223V)

}20...+140

ISO VG 1000

niedrig

sehr hoch beständig bis 90 °C

sehr gut

Arcanol

29

Schmierung Fettschmierung

Vorrangig sind Drehzahl und Belastung zu beachten. Die Höhe der Drehzahlbeanspruchung lässt sich abschätzen am Drehzahlkennwert k a ~ n ~ d m , wobei k a lagerbauartabhängiger Faktor (siehe Diagramm 42) n Betriebsdrehzahl in min -1 d m mittlerer Lagerdurchmesser; d m = (D+d)/2 d Lagerbohrung [mm] D Lageraußendurchmesser [mm] Ein Maß für die spezifische Belastung ist der Quotient P/C, wobei P dynamisch äquivalente Belastung [kN] (siehe Kataloge) C dynamische Tragzahl [kN] (siehe Kataloge) Anhand der Tabelle, Bild 42, ist es nun möglich, die Fettart festzulegen, die sich für die Lagerbeanspruchung eignet. Bei gleichzeitig vorliegenden

hohen Drehzahlen und hoher Belastung können höhere Temperaturen auftreten, und es werden dann ein besonders temperaturbeständiges Fett oder zusätzliche Kühlmaßnahmen notwendig. Die Drehzahl- und Belastungsobergrenzen der Schmierfette sind zu beachten; hierüber machen die Mineralölfirmen Angaben, ggf. Rückfrage bei FAG. Sonstige Betriebsbedingungen Bei der Auswahl des Schmierfetts muss auch die Lage der Walzenachse berücksichtigt werden. Bei senkrecht oder schräg angeordneten Walzen besteht die Gefahr, dass das Fett infolge der Schwerkraft aus dem Lager und dem Einbaustück austritt. Zu empfehlen sind Stauscheiben unterhalb des Lagers sowie die Wahl eines besonders haftfähigen und walkstabilen Fettes der Konsistenzklasse 3, unter Umständen der Konsistenzklasse 2.

Bereich N Normaler Betriebsbereich. Wälzlagerfette K nach DIN 51825

Bereich HN Bereich hoher Drehzahlen. Fette für schnell laufende Lager. Bei Lagerbauarten mit k a > 1 Fette KP nach DIN 51825 oder andere geeignete Fette k a -Werte ka = 1 ka = 2 ka = 3

Rillenkugellager, Schrägkugellager, Vierpunktlager, radial belastete Zylinderrollenlager Pendelrollenlager, Kegelrollenlager axial belastete Zylinderrollenlager, Axial-Kegelrollenlager

0,9

0,6

0,6

0,4

0,2

0,3

P/C bei radial belasteten Wälzlagern

Bereich HL Bereich hoher Belastungen. Wälzlagerfette KP nach DIN 51825 oder andere geeignete Fette

HL 0,15

0,1

0,09

0,06 N 0,04

0,06 HN

0,02

0,03 0,02 50 000

100 000

200 000

400 000

ka · n · dm [min-1 · mm]

42: Fettauswahl nach Belastungsverhältnis P/C und lagerbezogenem Drehzahlkennwert ka ~ n ~ dm

30

Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Nachschmierung. Große Nachschmiermengen für Lager oder Dichtungen und lange Schmierkanäle (z. B. bei Zentralschmierung) erfordern Fette mit gutem Förderverhalten, also Fette der Konsistenzklasse 1 oder 2. Bei Walzenlagerungen, die in feuchter Umgebung arbeiten und öfter stillgesetzt werden, besteht die Gefahr der Korrosion, weil sich bei Abkühlung Kondenswasser bildet. Die eingesetzten Fette müssen deshalb einen besonderen Korrosionsschutz aufweisen. Spritzwassergefährdete Lagerstellen müssen durch eine Dichtung vor Wassereinbruch geschützt sein. Dichtung und Lager sollten kurzfristig nachgeschmiert werden. Die Tabelle, Bild 43, gibt eine Übersicht der vorstehend behandelten Gesichtspunkte und ermöglicht durch Angabe der erforderlichen Eigenschaften die Auswahl des geeigneten Schmierfetts.

0,013 1 000 000

P/C bei axial belasteten Wälzlagern

Fettauswahl nach Beanspruchung durch Drehzahl und Belastung

Schmierung Fettschmierung · Ölschmierung

43: Gesichtspunkte und Hinweise für die Wahl des Schmierfetts Gesichtspunkte für die Wahl des Schmierfetts

Beschaffenheit des Schmierfetts

Lagerbeanspruchung

Drehzahlkennwert Lastverhältnis

Auswahl des Fettes nach Diagramm 42 und Tabelle 41

Betriebsbedingungen

Stellung der Lagerachse

Fett der Konsistenzklasse 3, bei weicheren Fetten häufige Nachschmierung

Häufige Nachschmierung

Gut förderbares Fett, Konsistenzklasse 1 oder 2 für Zentralschmieranlagen

Dauerschmierung

Walkstabiles Fett, dessen Gebrauchsdauer und Schmierungseigenschaften bekannt sind

Extreme Temperaturen

Fett, dessen Gebrauchstemperatur der Betriebstemperatur entspricht; bei kontinuierlicher Nachschmierung auch Fette, die der Betriebstemperatur wenigstens kurzzeitig standhalten und nicht zum Verhärten neigen

Verschmutzung durch Fremdkörper

Steifes Fett, Konsistenzklasse 3

Korrosion durch Kondenswasser

Emulgierendes Fett (z. B. Li-, Li/Ca-Fett)

Korrosion durch Spritzwasser

Wasserabweisendes Fett (z. B. Ca-Komplex, Li-/Ca-Fett)

Umweltverhältnisse

Ölschmierung Erforderliche Viskosität Damit sich im Lager ein tragfähiger Schmierfilm ausbildet und das Lager die rechnerische Lebensdauer erreicht, muss das Öl in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Lagergröße eine bestimmte Viskosität bei Betriebstemperatur haben. Diese Bezugsviskosität ν 1 wird nach Bild 38 ermittelt. Bei normalen Erwartungen an die Gebrauchsdauer sollte für Lager mit geringem Gleitanteil die Betriebsviskosität ν des Schmieröls mindestens so groß sein wie die Bezugsviskosität ν 1 . Kinematisch ungünstige Lagerbauarten (axial belastete Rollenlager, langsamlaufende und hochbelastete Großlager) erfordern immer wirksame Additive. Diese bauen in den

Kontaktbereichen Laufbahn/Rollkörper, Rollkörper/Käfig und Rollkörper/ Führungsbord im Falle unzureichender Schmierfilmbildung Grenzschichten auf, die Verschleiß und vorzeitige Ermüdung verhindern. Sonstige erforderliche Eigenschaften Die meisten Wälzlager-Schmieröle sind Mineralöle, die zur Verbesserung ihrer Eigenschaften mit Zusätzen (Additiven) versehen sind. Damit wird z. B. eine bessere Oxidationsstabilität, ein besserer Korrosionsschutz oder eine geringere Schaumbildung erzielt. Dipersionszusätze halten feinstverteilte unlösliche Verunreinigungen in der Schwebe. EP (Hochdruck)-Zusätze sind wichtig, wenn der Wert P/C > 0,15 ist und wenn die

Betriebsviskosität ν kleiner ist als die Bezugsviskosität ν1. Für thermisch hochbeanspruchte Lagerungen gibt es Schmieröle, die besonders temperatur- und alterungsbeständig sind. Manche Öle zeichnen sich durch gutes V-T-Verhalten aus, d. h. bei ihnen ändert sich die Viskosität mit der Temperatur weniger als bei normalen Ölen; dieser Gesichtspunkt hat vor allem für Lagerungen Bedeutung, die wechselnden Temperaturen ausgesetzt sind. Für extrem hohe Temperaturen werden die gegenüber Mineralöl wesentlich alterungsbeständigeren Syntheseöle, wie Polyglykole und Polyalphaolefine, vorgezogen. Die Eignung der Öle für den speziellen Einbaufall muss entweder aus der Praxis bekannt sein oder im Versuch ermittelt werden.

31

Schmierung Ölschmierung · Gestaltung der Schmierung

Verfahren der Ölschmierung Ölumlaufschmierung ist für den üblichen Drehzahlbereich der Walzenlagerung das Schmierverfahren, das neben einer sicheren Schmierung auch die Kühlung des Lagers und den Abtransport von schädlichen Verunreinigungen und Wasser aus der Lagerstelle ermöglicht. Bei Walzenlagerungen wird sie als Kühlschmierung vorgesehen • bei Leistungsverlusten im Lager selbst, also bei hohen Belastungen und hohen Drehzahlen, • oder bei Fremderwärmung der Walzenzapfen • oder bei ungünstigen Wärmeableitungsverhältnissen. Öleinspritzschmierung, bei der der Schmierstoff durch seitlich angebrachte Düsen unter Druck direkt ins Lager gespritzt wird, ist erforderlich, wenn Ölumlaufschmierung zur Kühlung nicht mehr ausreicht. Mit Öleinspritzschmierung sind die höchsten Drehzahlen erreichbar. Ölumlaufschmierung und Öleinspritzschmierung erfordern einigen Aufwand für Zu- und Ablaufleitungen, Pumpen, Ölbehälter, Filter und ggf. Ölkühler. Bei Ölsumpfschmierung stehen wegen der kleinen seitlichen Räume in den Einbaustücken den Lagern nur geringe Ölmengen zur Verfügung. Das Öl wird stark beansprucht und altert deshalb schnell. Deshalb muss der Ölwechsel häufig erfolgen, oder es müssen evtl. alterungsstabile synthetische Öle verwendet werden. Minimalmengenschmierung wird bei Walzwerkslagern häufig eingesetzt. Bei Ölnebelschmierung transportiert ein Luftstrom das vernebelte Öl zur Verdichterdüse vor dem Lager. Dort bilden sich schmierfähige Öltröpfchen, die ins Lager gesprüht werden. Die

32

zugeführte kleine Ölmenge ergänzt den für die Lagerschmierung erforderlichen Ölsumpf. Dieser sichert außerdem beim Lageranlauf und bei kurzzeitigen Störungen in der Ölzufuhr die Schmierung. Die Lage der Ölablaufbohrungen im Einbaustück wird bei waagrechter Welle so festgelegt, dass der Ölsumpf bis zur Mitte des untersten Rollkörpers reicht. Der ständige Überdruck, den der Luftstrom im Gehäuse aufbaut, sowie die an den Dichtungen ausströmende Luft unterstützen die Abdichtung. Das entweichende Öl enthält meist noch einen Anteil vernebelten Öls, das bei freiem Austritt eine gewisse Umweltbelastung darstellt. Bei Öl-Luft-Schmierung wird das Öl von einer Dosiereinheit taktweise in die Schmierleitung des Lagers gebracht und von einem Luftstrom zum Lager gefördert. Dabei wird das Öl nicht vernebelt. Deshalb ist auch der Einsatz EP-legierter hochviskoser Getriebeöle möglich. Wie bei der Ölnebelschmierung verbessert der Luftstrom die Abdichtung. Die Luftmenge ist in weiten Grenzen wählbar. Auch bei Öl-Luft-Schmierung ist ein Ölsumpf erforderlich.

Gestaltung der Schmierung Füllmenge bei Fettschmierung Die Lagerungen sind folgendermaßen zu fetten: • Lager voll mit Fett ausstreichen, damit alle Funktionsflächen mit Sicherheit Fett erhalten. • Gehäuseraum neben dem Lager nur so weit mit Fett füllen, dass das im Lager eingebrachte Fett

noch gut Platz findet. Hierdurch wird eine übermäßige Umlaufteilnahme des Fetts vermieden. Meist sind die Gehäusefreiräume neben dem Lager in den Einbaustücken gerade groß genug, um das aus dem Lager austretende Fett aufzunehmen, bei hoher Drehzahl erübrigt sich deshalb deren Fettfüllung. • Bei sehr langsamlaufenden Lagern (n ~ d m < 50 000 min -1 ~ mm) Lager und Gehäuse voll mit Fett füllen. Die auftretende Walkreibung bleibt unbedeutend. Nachschmierintervalle bei Fettschmierung Die Frist, nach der das Schmierfett eines Walzenlagers ergänzt oder erneuert werden muss, hängt zunächst von der Beanspruchung des Fettes durch die Lagerreibung und von der Betriebsdrehzahl ab. In der Lagerreibung drücken sich die Einflüsse aus der Belastung und aus den unterschiedlichen Bewegungsverhältnissen bei den einzelnen Lagerbauarten aus. Darüber hinaus sind aber - gerade bei Walzenlagern - die Umweltverhältnisse und die Wirksamkeit der Dichtung in Betracht zu ziehen: Bei ungenügender Dichtwirkung können die feuchte Atmosphäre, Spritzwasser und Walzzunder eine drastische Reduzierung des Nachschmierintervalls notwendig machen. Richtlinien für die Nachschmierung lassen sich gewinnen, wenn man nach gewissen Laufzeiten – am besten beim Walzenwechsel – die Beschaffenheit des Schmierfetts und der Abdichtung prüft, insbesondere daraufhin, ob Verunreinigungen in das Lager dringen konnten.

Schmierung Gestaltung der Schmierung

Schmierstoffführung

Fettschmierung

Für eine wirksame Schmierung ist die gezielte Führung des Fettes oder Öles von großer Bedeutung. Der Schmierstoff muss mit Sicherheit an die Roll- und Gleitflächen gebracht werden. Bei Fettschmierung muss man dafür sorgen, dass das überschüssige Fett entweichen kann. Eine Überschmierung führt nämlich zu erhöhter Walkarbeit und damit zu verstärkter Wärmeentwicklung. Diese kann so hoch werden, dass das Fett zerstört wird. Auch bei den Abdichtungen muss der Schmierstoff gezielt zugeführt werden.

Bei den vierreihigen Rollenlagern, die horizontal angeordnete Walzen abstützen, sollte der Schmierstoff an zwei Stellen zugeführt werden, Bild 44. Als Axiallager eingebaute Kugellager (Bild 44 a, rechts) können in die Schmierung der Radiallager einbezogen oder getrennt geschmiert werden. Dagegen müssen Axial-Kegelrollenlager (Bild 44 a, links) wegen ihrer höheren Ansprüche an die Schmierung stets eine eigene Schmierstoffzuführung erhalten. Auch zweireihige Schrägkugellager sollen möglichst gesondert geschmiert werden.

Werden beim Nachschleifen des Walzenballens die Einbaustücke nicht abgezogen (Lossitz der Innenringe), ist eine Nachschmierung durch den Zapfen vorzusehen. Abgedichtete mehrreihige Kegelrollenlager werden beim Zusammenbau mit dem für den Einsatzfall optimalen Fett gefüllt. Bei richtiger Menge und Verteilung des Fetts im Lager lassen sich sehr lange Standzeiten erreichen. Wir empfehlen, an beiden Seiten des Lagers Ablaufbohrungen vorzusehen, damit die Lagerdichtungen möglichst wenig mit Flüssigkeit beaufschlagt werden.

a) Walzenlagerung mit vierreihigen Zylinderrollenlagern und Axiallagern

b) Walzenlagerung mit vierreihigen Kegelrollenlagern 44: Schmierstoff-Führung bei vierreihigen Rollenlagern (Fettschmierung)

33

Schmierung Gestaltung der Schmierung

Ölnebelschmierung, Öl-Luft-Schmierung

Öl-Luft- oder Ölnebelzufuhr 

Öl-Luft- oder Ölnebelzufuhr  Entlüftung  

Entlüftung  

Öl-Luft- oder Ölnebelzufuhr 

Ölstand 

45: Zuführung von Ölnebel oder Öl-Luft bei Einbaustücken mit vierreihigen Zylinderrollenlagern und Axiallagern

Öl-Luft- oder Ölnebelzufuhr  Entlüftung  

Entlüftung  

Ölstand 

Ölstand 

46: Zuführung von Ölnebel oder Öl-Luft bei einem Einbaustück mit einem vierreihigen Kegelrollenlager

34

Öl-Luft- oder Ölnebelzufuhr 

Schmierung Gestaltung der Schmierung

Ölumlaufschmierung, Öleinspritzschmierung

47: Ölzufuhr und Ölablauf bei Umlaufschmierung

48: Ölzufuhr und Ölablauf bei Einspritzschmierung

35

Toleranzen der Walzenlager

Toleranzen der Walzenlager Toleranzen der Radial- und Axiallager in metrischen Abmessungen (Normaltoleranz) Nennmaß mm

Toleranzwerte µm Innenring ∆dmp

Außenring ∆Dmp Radiallager

Innenring und Außenring ∆Bs = ∆Cs Axiallager

über über über

50 bis 80 bis 120 bis

80 120 150

0 0 0

–15 –20 –25

0 0 0

–13 –15 –18

0 0 0

–19 –22 –25

0 0 0

–150 –200 –250

über über über

150 bis 180 bis 250 bis

180 250 315

0 0 0

–25 –30 –35

0 0 0

–25 –30 –35

0 0 0

–25 –30 –35

0 0 0

–250 –300 –350

über über über

315 bis 400 bis 500 bis

400 500 630

0 0 0

–40 –45 –50

0 0 0

–40 –45 –50

0 0 0

–40 –45 –50

0 0 0

–400 –450 –500

über 630 bis 800 über 800 bis 1000 über 1000 bis 1250

0 0 0

–75 –100 –125

0 0 0

–75 –100 –125

0 0 0

–75 –100 –125

0 0 0

–750 –1000 –1250

über 1250 bis 1600 über 1600 bis 2000

0 0

–160 –200

0 0

–160 –200

0 0

–160 –200

0 0

–1600 –2000

Toleranzen der vierreihigen Kegelrollenlager in Zollabmessungen (Normaltoleranz) Nennmaß mm

über über über über über

36

76,2 304,8 609,6 914,4 1219,2

bis 304,8 bis 609,6 bis 914,4 bis 1 219,2

Toleranzwerte µm Innenring ∆dmp

Außenring ∆Dmp

Innenring und Außenring ∆Bs = ∆Cs

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

±1524 ±1524 ±1524 ±1524 ±1524

+25 +51 +76 +102 +127

+25 +51 +76 +102 +127

Toleranzen der Walzenlager · Anschlussteile Richtlinien für die Passungen

Toleranzsymbole DIN ISO 1132, DIN 620

Außendurchmesser

Breite

D

B s , C s an einer Stelle gemessene Breite des Innenrings und Außenrings ∆Bs = B s – B, ∆ Cs = C s – C Abweichung einer einzelnen Innenringbreite und Außenringbreite vom Nennmaß

Bohrungsdurchmesser Ds Bohrungsdurchmesser d Nennmaß des Bohrungsdurchmessers ds einzelner Bohrungsdurchmesser dmp =

dpsmax + dpsmin 2

mittlerer Bohrungsdurchmesser in einer Radialebene dpsmax größter Bohrungsdurchmesser in einer Radialebene dpsmin kleinster Bohrungsdurchmesser in einer Radialebene ∆dmp = d mp – d Abweichung des mittleren Bohrungsdurchmessers vom Nennmaß

Richtlinien für die Passungen Radiallager Die Innenringe der Radiallager erhalten im Betrieb Umfangslast. Deshalb sollen die Innenringe – wo es möglich ist – auf dem Zapfen einen festen Sitz erhalten. Bei vierreihigen Kegelrollenlagern mit zylindrischer Bohrung lässt sich diese Forderung wegen der Montage nicht erfüllen, so dass man eine lose Passung vorsehen muss. Auch die Innenringe von Pendelrollenlagern und Zylinderrollenlagern erhalten einen losen Sitz, wenn die Walzgeschwindigkeit gering und ein

Dmp =

Nennmaß des Außendurchmessers einzelner Außendurchmesser Dpsmax + Dpsmin 2

mittlerer Außendurchmesser in einer Radialebene Dpsmax größter Außendurchmesser in einer Radialebene Dpsmin kleinster Außendurchmesser in einer Radialebene ∆ Dmp= D mp – D Abweichung des mittleren Außendurchmessers vom Nennmaß

einfaches, schnelles Abziehen vom Zapfen erwünscht ist. Die Außenringe der Radiallager werden durch eine Punktlast beansprucht. In diesem Fall ist ein fester Sitz nicht erforderlich, so dass die Ringe im Einbaustück mit Schiebesitz gepasst werden. In axialer Richtung werden die Außenringe durch den Einbaustückdeckel festgelegt.

Axiallager Die zu axialen Führung der Walze sowie zur Führung der Einbaustücke bestimmten Lager werden nur axial belastet, so dass die Innenringe

lose auf die Walzenzapfen gesetzt werden können. Bei manchen Walzenlagerungen werden die Axiallager der leichteren Montage wegen auf eine Hülse gesetzt. Hier ist ein leichter Festsitz zweckmäßig. Die Gehäusescheiben von Axial-Kegelrollenlagern werden lose in die Einbaustücke gesetzt. Die Außenringe aller anderen zur axialen Führung dienenden Lager müssen sich in radialer Richtung einstellen können. Deshalb muss die Gehäusebohrung deutlich größer sein als der Außendurchmesser der Außenringe.

37

Anschlussteile Richtlinien für die Passungen

49: Toleranzfelder für Walzenzapfen und Hülsen (Lagertoleranzen siehe Seite 36)

d

d

d

d

Toleranz 1) mm

d < 200 d = 200...400 d > 400...630 > 630...800 > 800...1250 > 1250...1400 > 1400...1600 d

n6 p6/r6 +0,200...+0,260 +0,250...+0,330 +0,320...+0,420 +0,400...+0,550 +0,520...+0,650 e7

d < 315 d = 315...630 > 630...800 > 800 d = 101,6...127,0 > 127,0...152,4 > 152,4...203,2 > 203,2...304,8 > 304,8...609,6 > 609,6...914,4 > 914,4 d

–0,180...–0,230 –≠0,240...–0,300 –0,325...–0,410 –0,350...–0,450 –0,100...–0,125 –0,130...–0,155 –0,150...–0,175 –0,180...–0,205 –0,200...–0,249 –0,250...–0,334 –0,300...–0,400 e7

Schrägkugellager und Rillenkugellager auf einer Hülse montiert

d

k6

d1

e9/H7

Axial-Kegelrollenlager, zweireihige Kegelrollenlager (Axiallager), Axial-Pendelrollenlager auf dem Zapfen montiert Axial-Kegelrollenlager, Axial-Pendelrollenlager auf einer Hülse montiert

d

e7

d

k6

d1

e9/H7

Zylinderrollenlager und Pendelrollenlager mit Festsitz

Zylinderrollenlager und Pendelrollenlager mit Lossitz Kegelrollenlager in metrischen Toleranzen mit Lossitz

d

d

Nennmaß mm

d

Kegelrollenlager in Zolltoleranz mit Lossitz d

d

Schrägkugellager und Rillenkugellager auf dem Zapfen montiert d

d

d1

d

d

1)

38

d1

d

d

d

d1

d

d

d

d1

Bei hohen Drehzahlen sowie bei Lagern mit kegeliger Bohrung sind die Toleranzen der Umbauteile mit FAG abzusprechen.

Anschlussteile Richtlinien für die Passungen

50: Toleranzfelder für die Einbaustücke Nennmaß mm

Toleranz 1) mm

D ≤ 800

H6

D > 800

H7

D ≤ 304,8 > 304,8...609,6 > 609,6...914,4 > 914,4...1219,2 > 1219,2

+0,055...+0,080 +0,101...+0,150 +0,156...+0,230 +0,202...+0,300 +0,257...+0,380

Nennmaß mm

Toleranz 2) mm

Kegelrollenlager, zweireihig (Axiallager) Axial-Pendelrollenlager Schrägkugellager und Rillenkugellager

D ≤ 500 > 500...800 > 800

+0,6...+0,8 +0,8...+1,1 +1,2...+1,5

Axial-Kegelrollenlager

D ≤ 800

H6

D > 800

H7

Radiallager

D

D

Zylinderrollenlager, Pendelrollenlager und Kegelrollenlager mit metrischen Toleranzen

D

Kegelrollenlager in Zolltoleranz D

D

Axiallager

D

D

D

D

D

1) 2)

Bei Lagern mit kegeliger Bohrung sind die Toleranzen der Umbauteile mit FAG abzusprechen. Bei hohen Axialkräften sind die Toleranzen der Umbauteile mit FAG abzusprechen.

39

Anschlussteile Toleranzen zylindrischer Lagersitze

Bearbeitungstoleranzen zylindrischer Lagersitze (DIN ISO 1101 und ISO 286) Richtwerte für die Bearbeitung der Wellen und Gehäusebohrungen sowie der Anschlussteile (Hülsen, Deckel usw.)

t2 A-B Ra

t2 A-B

A

B

Ra

Ra

A

B

Ra

D

d

d

D

t1 t1

t3 /300 A

t3 /300 A

t1

Zylinderformtoleranz

t2

Planlauftoleranz

t3

Koaxialitätstoleranz

Toleranzklasse der Lager

Lagersitzstelle

Bearbeitungstoleranz

Zylinderformtoleranz Umfangslast t1

Normal, P6 X

P6

Punktlast t1

Planlauftoleranz

Koaxialitätstoleranz

t2

t3

halbe Maßtoleranz

Welle

IT 6 (IT 5)

IT 4 2

  IT 3 2

IT 5 2

  IT 4 2

IT 4 (IT 3)

Gehäuse Ø ≤ 150 mm

IT 6 (IT 7)

IT 4 2

  IT 3 2

IT 5 2

  IT 4 2

IT 4 (IT 3)

Gehäuse Ø > 150 mm

IT 7 (IT 6)

IT 5 2

  IT 4 2

IT 6 2

  IT 5 2

IT 5 (IT 4 )

Welle

IT 5

IT 3 2

  IT 2 2

IT 4 2

  IT 3 2

IT 3 (IT 2)

Gehäuse

IT 6

IT 4 2

 

IT 5 2

 

IT 4 (IT 3)

IT 3 2

IT 4 2

Für ISO-Qualitäten IT 4 und besser sind bei mehr als 500 mm Nennmaß keine Zahlenwerte angegeben. In diesen Fällen nimmt man den halben Wert der Bearbeitungstoleranz.

40

Anschlussteile Rauheit der Lagersitze

Richtwerte für die Oberflächenrauheit an Wälzlagersitzstellen (Die Rauheitswerte gelten nur für geschliffene Oberflächen) Toleranzklasse der Lager

Normal 1)

P6

Rauheitskennzeichen über bis

Rauheitsklasse Mittenrauwert R a CLA, AA 2) Rautiefe R t ≈ R z Rauheitsklasse Mittenrauwert R a CLA, AA 2) Rautiefe R t ≈ R z

Nennmaß der Welle mm 50 120 50 120 250

Nennmaß der Gehäusebohrung mm 50 120 250 50 120 250 500

250 500

500

Rauheitswerte µm N5 N6 N7 0,4 0,8 1,6

N7 1,6

N7 1,6

N6 0,8

2,5

4

6,3

6,3

6,3

N4 0,2

N5 0,4

N5 0,4

N6 0,8

1,6

2,5

2,5

6,3

N7 1,6

500

N7 1,6

N8 3,2

N8 3,2

4; 6,3 *) 6,3; 8 *)

6,3; 10 *)

10; 16 *) 10; 16 *)

N6 0,8

N5 0,4

N5 0,4

N6 0,8

N7 1,6

N7 1,6

6,3

2,5

2,5

6,3

6,3

6,3

*)

Rautiefen für Graugussgehäuse mit gedrehten Paßflächen. Bei größeren Anforderungen an die Laufgenauigkeit ist die nächsthöhere Oberflächenqualität zu erreichen. 2) GBR: CLA (Centre Line Average Value); USA: (Arithmetic Average) 1)

Rauheitsklassen nach DIN ISO 1302 Rauheitsklasse Mittenrauwert R a

N1

N2

N3

N4

in µm

0,025

0,05

0,1

0,2

in µinch

1

2

4

8

N5 0,4

16

N6 0,8

32

N7 1,6

63

N8 3,2

125

N9 6,3

250

N10 12,5

500

N11

N12

25

50

1000

2000

41

Anschlussteile Toleranzen der Walzenzapfen und Einbaustücke

Toleranzen der Walzenzapfen und Einbaustücke

über bis

e7 e9 f6 g6 k6 n6 p6 r6

über bis

H6 H7

42

Nennmaß der Welle mm 50 65 80 65 80 100

100 120

120 140

140 160

160 180

180 200

200 225

225 250

250 280

280 315

315 355

Abmaße der Walzenzapfen µm –60 –60 –72 –72 –90 –90 –107 –107 –60 –60 –72 –72 –134 –134 –159 –159 –30 –30 –36 –36 –49 –49 –58 –58 –10 –10 –12 –12 –29 –29 –34 –34 +21 +21 +25 +25 +2 +2 +3 +3 +39 +39 +45 +45 +20 +20 +23 +23 +51 +51 +59 +59 +32 +32 +37 +37 +60 +62 +73 +76 +41 +43 +51 +54

–85 –125 –85 –185 –43 –68 –14 –39 +25 +3 +52 +27 +68 +43 +88 +63

–85 –125 –85 –185 –43 –68 –14 –39 +28 +3 +52 +27 +68 +43 +90 +65

–85 –125 –85 –185 –43 –68 –14 –39 +28 +3 +52 +27 +68 +43 +93 +68

–100 –146 –100 –215 –50 –79 –15 –44 +33 +4 +60 +31 +79 +50 +106 +77

–100 –146 –100 –215 –50 –79 –15 –44 +33 +4 +60 +31 +79 +50 +109 +80

–100 –146 –100 –215 –50 –79 –15 –44 +33 +4 +60 +31 +79 +50 +113 +84

–110 –162 –110 –240 –56 –88 –17 –49 +36 +4 +66 +34 +88 +56 +126 +94

–110 –162 –110 –240 –56 –88 –17 –49 +36 +4 +66 +34 +88 +56 +130 +98

–125 –182 –125 –265 –62 –98 –18 –54 +40 +4 +73 +37 +98 +62 +144 +108

Nennmaß der Einbaustückbohrung mm 80 100 120 140 160 100 120 140 160 180

180 200

200 225

225 250

250 280

280 315

315 355

355 400

400 450

Abmaße der Einbaustückbohrungen µm 0 0 0 0 0 +22 +22 +25 +25 +25 0 0 0 0 0 +35 +35 +40 +40 +40

0 +29 0 +46

0 +29 0 +46

0 +29 0 +46

0 +32 0 +52

0 +32 0 +52

0 +36 0 +57

0 +36 0 +57

0 +40 0 +63

Anschlussteile Toleranzen der Walzenzapfen und Einbaustücke

Toleranzen der Walzenzapfen und Einbaustücke

über bis

e7 e9 f6 g6 k6 n6 p6 r6

über bis

H6 H7

Nennmaß der Welle mm 355 400 450 400 450 500

500 560

560 630

630 710

710 800

800 900

900 1000

1000 1120

1120 1250

1250 1400

1400 1600

Abmaße der Walzenzapfen µm –125 –135 –135 –145 –182 –198 –198 –215 –125 –135 –135 –145 –265 –290 –290 –320 –62 –68 –68 –76 –98 –108 –108 –120 –18 –20 –20 –22 –54 –60 –60 –66 +40 +45 +45 +44 +4 +5 +5 0 +73 +80 +80 +88 +37 +40 +40 +44 +98 +108 +108 +122 +62 +68 +68 +78 +150 +166 +172 +184 +114 +126 +132 +150

–145 –215 –145 –320 –76 –120 –22 –66 +44 0 +88 +44 +122 +78 +199 +155

–160 –240 –160 –360 –80 –130 –24 –74 +50 0 +100 +50 +138 +88 +225 +175

–160 –240 –160 –360 –80 –130 –24 –74 +50 0 +100 +50 +138 +88 +235 +185

–170 –260 –170 –400 –86 –142 –26 –82 +56 0 +112 +56 +156 +100 +266 +210

–170 –260 –170 –400 –86 –142 –26 –82 +56 0 +112 +56 +156 +100 +276 +220

–195 –300 –195 –455 –98 –164 –28 –94 +66 0 +132 +66 +186 +120 +316 +250

–195 –300 –195 –455 –98 –164 –28 –94 +66 0 +132 +66 +186 +120 +326 +260

–220 –345 –220 –530 –110 –188 –30 –108 +78 0 +156 +78 +218 +140 +378 +300

–220 –345 –220 –530 –110 –188 –30 –108 +78 0 +156 +78 +218 +140 +378 +300

Nennmaß der Einbaustückbohrung mm 450 500 560 630 710 500 560 630 710 800

800 900

900 1000

1120 1250

1250 1400

1400 1600

Abmaße der Einbaustückbohrungen µm 0 0 0 0 0 +40 +44 +44 +50 +50 0 0 0 0 0 +63 +70 +70 +80 +80

0 +56 0 +90

0 +56 0 +90

1000 1120

0 +66 0 +105

0 +66 0 +105

0 +78 0 +125

0 +78 0 +125

1600 1800

1800 2000

0 +92 0 +150

0 +92 0 +150

43

Anschlussteile Maßnahmen bei losem Sitz der Innenringe · Einbaustücke

Maßnahmen bei losem Sitz der Innenringe Bei losem Sitz der Innenringe ist eine Mindestzapfenhärte notwendig, um den Verschleiß der Zapfen zu begrenzen. Einen wesentlichen Einfluss auf den Zapfenverschleiß hat auch die Schmierung zwischen Innenringbohrung und Zapfenoberfläche. Wenn eine einwandfreie Schmierung des Walzenzapfens über die gesamte Betriebszeit gewährleistet ist, reicht eine Zapfenhärte von 35 bis 40 Shore C. Werden zum Beispiel zum Schleifen der Walzen die Einbaustücke nicht wie gewöhnlich abgezogen, wird auch der Passungsspalt zwischen den Innenringen und dem Walzenzapfen nicht immer wieder mit frischem Fett versorgt. In solchen Fällen wurde Abhilfe durch eine gesonderte Zapfenschmierung geschaffen, Bild 51. FAG empfiehlt diese Zapfenschmierung dringend auch bei abgedichteten vierreihigen Kegelrollenlagern, wenn die Lagerungen lange auf dem Walzenzapfen bleiben.

In den Seitenflächen der Anschlussteile des Innenrings sind Nuten anzubringen. Durch diese Nuten werden die Seitenflächen mit Schmierstoff versorgt; durch sie gelangt der Schmierstoff auch in die Passfuge von Innenring und Zapfen. Bei manchen Lagern haben die Seitenflächen der Innenringe bereits derartige Schmiernuten, so dass die Nuten in den Anschlussteilen entfallen können.

hA = (1,5 ... 2,0)

D}d 2

hB = (0,7 ... 1,2)

D}d 2

hC = (0,15 ... 0,25)

D}d 2

Darin sind h A die obere, h B die seitliche und hC die untere Wanddicke des Einbaustücks in mm, d die Lagerbohrung in mm und D der Lageraußendurchmesser in mm (Bild 52). Bei Einbaustücken, die diesen Erfahrungsformeln entsprechen, bleibt der Einfluss der Einbaustückverformung auf die Beanspruchung der Lager – nicht zu hohe Belastung vorausgesetzt – in der Regel in vertretbaren Grenzen. Bei extremen Belastungen und bei Neuentwicklungen empfiehlt es sich aber, die Verformung des Einbaustücks und die Auswirkung auf das Lager rechnerisch zu überprüfen. Diese Berechnung kann mit Hilfe eines von FAG entwickelten EDV-Programms rasch durchgeführt werden.

Einbaustücke Die Ringe von Walzenlagern haben fast immer eine kleine Wanddicke. Sie müssen daher gut unterstützt werden; anderenfalls können sie die im Betrieb auftretenden hohen Kräfte nicht aufnehmen. Eine gute Unterstützung der Lageraußenringe setzt voraus, dass die Einbaustücke hinreichend starr ausgebildet sind. Bei Einbaustücken, die aus Stahlguss mit einer Mindestzugfestigkeit von 450 N/mm 2 bestehen, erreicht man im Allgemeinen eine genügende Starrheit, wenn man bei der Konstruktion folgende Formeln zugrunde legt:

hA

D

d

hC hB

51: Lagerung mit Schmierbohrungen im Walzenzapfen

44

52: Wanddicken eines Einbaustücks

D

hB

Anschlussteile Einbaustücke

Dabei wird die Verformung des Einbaustücks nach der in der höheren Elastizitätstheorie gebräuchlichen Energiemethode ermittelt, wobei das Einbaustück als in sich geschlossener, stark gekrümmter Balken mit veränderlichem Querschnitt angesehen wird. Das Ergebnis einer derartigen Einbaustückberechnung wird in Bild 53 dargestellt. Damit die Walzen ruhig laufen und die Walzguttoleranzen eingehalten werden, muss das Spiel der Einbaustücke in den Ständerfenstern klein sein; das Einschlagen der Einbaustücke in die Ständer wird dadurch vermieden. Andererseits muss das Spiel so groß sein, dass die Einbaustücke bei Betriebstemperatur in der Führung nicht klemmen. Das gilt für das im Ständer festgelegte Einbaustück ebenso wie für das im Ständer verschiebbare

Einbaustück. Bei der Festlegung des Spiels ist zu berücksichtigen: Die Temperaturdifferenz zwischen Einbaustück und Ständer; sie beträgt bei geringen Walzgeschwindigkeiten etwa 30 K, bei hohen etwa 50 K.

dass sich die Bohrung des Einbaustücks parallel zum Walzenzapfen einstellt und das Lager auch bei ungenauer Anstellung und bei Walzendurchbiegungen auf der ganzen Breite trägt. Die Auflageflächen sollen gehärtet werden, damit sie sich bei den hohen Belastungen nicht abflachen. Bei mehrreihigen Lagern muss der Walzwerkskonstrukteur darauf achten, dass die Druckspindeln über der Mitte der Radiallager angebracht werden, da die Rollenreihen sonst ungleichmäßig belastet werden.

Anlageflächen der Ständerfenster und Einbaustücke Als Richtwert für das Spiel ist die Summe aus dem Toleranzfeld H9 und der unterschiedlichen Wärmedehnung von Einbaustück und Ständer anzustreben. Mitunter muss das Spiel allerdings im Hinblick auf die Montage größer gewählt werden. Die Flächen, auf denen sich die Einbaustücke im Ständer und auf der Druckspindel abstützen, müssen ballig sein; dadurch wird erreicht,

Auch die Ausbildung der Kupplungen hat Einfluss auf das Laufverhalten der Walzen. Ein ruhiger Lauf der Walzen wird zum Beispiel durch Kupplungen erreicht, die auf den Antriebszapfen der Walze aufgeschrumpft sind.

FR

a) vereinfachte Form des Einbaustücks b) Verformung des Einbaustücks (vergrößert) c) Druckverteilung im Wälzlager

1800

2500 FR

1050

FR

2500 a

b

c

53: Graphische Darstellung der Rechenergebnisse

45

Anschlussteile Dichtungen

Gestaltung der Dichtungen Die Dichtungen sollen das Eindringen von Kühlflüssigkeit, Walzzunder und anderen Verunreinigungen verhindern, andererseits aber auch den Schmierstoff im Lager zurückhalten. Welche Dichtung im Einzelfall in Betracht kommt, hängt von der Walzgeschwindigkeit ab, ferner von der geforderten Dichtwirkung, vom Schmierstoff und von der Betriebstemperatur. Die folgenden Abbildungen zeigen Beispiele für unterschiedliche Dichtungen aus dem Walzwerksbau. Bei Warmwalzgerüsten müssen die Lager gegen Wasser und Walzzunder abgedichtet werden. Eine wirkungsvolle Dichtung für kleinere Walzgerüste zeigt Bild 54. Ein Axial-

Dichtring schleudert eindringendes Wasser ab. Daran schließen sich ein fettgefülltes Labyrinth und zwei Manschettendichtungen an. Beim Betrieb wird zwischen die Manschettendichtungen regelmäßig Fett nachgepresst; so können Wasser und Zunder nicht in das Lager gelangen. Mit zusätzlich angeordneten Manschetten-Dichtringen lässt sich die Dichtwirkung verstärken. Einen weiteren Schutz gegen Wasser stellen die Spritzrillen in der äußeren Fläche des auslaufenden Labyrinthteils dar. Das Wasser sammelt sich in der gegenüber im feststehenden Teil angeordneten Fangrille und kann unten durch eine Bohrung abfließen (Bild 55). Der Abstand a zwischen Lager und Walzenballen wird meistens sehr

klein gehalten, damit die Biegespannung des Walzenzapfens nicht zu hoch wird. Für die Abdichtung steht dann nur wenig Platz zur Verfügung, so dass man bei kombinierten Dichtungen gezwungen ist, die einzelnen Dichtungen radial übereinander anzuordnen. Bei den Lagern der Walzgerüste von Feineisen- und Drahtstraßen können wegen der hohen Drehzahlen Manschettendichtringe oft nicht verwendet werden. In solchen Fällen baut man Kolbenringdichtungen (Bild 56) oder auch Axial-Dichtringe (Bild 57) ein. Die Lippe der Axial-Dichtringe hebt bei hohen Drehzahlen von der Gegenfläche ab. Die Dichtung verschleißt also nicht und erzeugt auch keine Reibungswärme.

a

54: Abdichtung für kleinere Warmwalzgerüste

46

55: Abdichtung für große Warmwalzgerüste, die starker Verschmutzung ausgesetzt sind

Anschlussteile Dichtungen

Wie erwähnt, gibt es Lagerungen, bei denen der Innenring und gegebenenfalls auch der innere Labyrinthring mit loser Passung auf dem Walzenzapfen sitzen (Bild 58). In diesem Fall muss nicht nur der Zutritt zum Lagerinnern – im Bild 58 durch Labyrinth und Manschettenring – abgedichtet werden, sondern auch der Spalt zwischen Labyrinthring und Walzenzapfen. Diesen Zweck hat in Bild 58 der Axialdichtring. Bei Warmwalzgerüsten mit horizontal angeordneten Walzen werden die ballenseitigen Dichtungen auf der Antriebsseite und der Bedienungsseite stets gleich ausgeführt. Anders bei vertikal angeordneten Walzen: Da die Öffnungen der Labyrinthe wegen der Richtung des abfließenden Wassers nach unten zeigen

müssen, können die Labyrinthe nicht spiegelbildlich gestaltet werden. Bei Warmwalzgerüsten wirkt sich ein Austreten des Schmierstoffs aus den Lagern nicht nachteilig auf das Walzgut aus. Im Gegensatz dazu muss bei Walzen in Kaltwalzgerüsten verhindert werden, dass der Schmierstoff der Lagerung die Oberfläche des Walzguts und gegebenenfalls die Walzemulsion verunreinigt. Die innere Manschettendichtung wird daher so eingebaut, dass die Lippe gegen das Lager gerichtet ist, Bilder 59 und 60 (Seite 48). Bei allen Lagerungen, die mit Manschettendichtringen abgedichtet werden, müssen die Flächen, auf denen die Lippe gleitet, feinst bearbeitet werden. Die Gleitflächen sind abzuschrägen, damit die

Dichtung bei der Montage nicht beschädigt wird. Eine regelmäßige Schmierung der Dichtlippe ist notwendig. Auf der dem Walzenballen abgekehrten Seite bereitet die Abdichtung meist keine Schwierigkeiten, zumal wenn das Walzenende mit einer Kappe abgedeckt ist. In der Regel reicht ein Manschettendichtring aus, dessen Lippe gegen das Lager gerichtet ist. Dort, wo keine Schutzkappe vorgesehen ist, wird häufig ein zweiter, spiegelbildlich angeordneter Manschettenring eingebaut. Die Abmessungen der Manschettendichtringe, Axialdichtringe und Kolbenringe sowie die erreichbare Gleitgeschwindigkeit und die zulässigen Umgebungstemperaturen sind den Katalogen der Hersteller zu entnehmen.

56: Abdichtung eines kleineren Walzgerüstes mit einem Kolbenring und einem Labyrinth

57: Abdichtung eines schnell laufenden Walzenlagers mit einem Axial-Dichtring und einem Labyrinth

58: Ein Axialdichtring dichtet den Spalt zwischen innerem Labyrinthring und Walzenzapfen ab.

47

Anschlussteile · Montage und Wartung Vorbereitungen zum Einbau

Allgemeine Richtlinien für den Ein-und Ausbau sind in unserer Publikation WL 80 100 „Montage von Wälzlagern“ enthalten. Ergänzend hierzu soll auf einige für den Walzwerksbetrieb wichtige Arbeitsvorgänge näher eingegangen werden.

Vorbereitungen zum Einbau

59: Bei Kaltwalzgerüsten muss die Dichtlippe der inneren Manschettendichtung gegen den Lagerinnenraum gerichtet sein (Stützwalze).

Bevor mit dem Einbau der Lager begonnen wird, sind die Gegenstücke und Anschlussteile, also Walzenzapfen, Einbaustücke, Hülsen, Deckel usw. anhand der Konstruktionszeichnung auf Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit zu prüfen. Auch die vorgeschriebene Oberflächengüte der Walzensitze, der Einbaustücke und der seitlichen Anlageteile ist zu kontrollieren. Alle von der Bearbeitung stammenden Grate und scharfe Kanten müssen gebrochen werden oder verzogen sein.

Kontrolle zylindrischer Walzenzapfen

60: Spiegelbildlich angeordnete Manschettendichtringe bei den Arbeitswalzen eines Kaltwalzgerüstes

a1 b1

c1 d1 e1

f1

f2

61: Messstellen bei der Kontrolle der Walzenzapfen

48

e2 d2 c2

b2 a2

1 2 3 4

Für eine einwandfreie Maß- und Formkontrolle ist es notwendig, die Walzenzapfen an den Sitzstellen der Radiallager in drei Querschnitten (c-d-e) und an den Sitzstellen der Axiallager in zwei Querschnitten (a-b) zu messen. Dabei sollen die Werte für je vier Durchmesser (1-2-3-4) festgestellt werden, Bild 61. Die gemessenen Werte werden in einem Messprotokoll festgehalten.

Montage und Wartung Vorbereitungen zum Einbau

Kontrolle kegeliger Walzenzapfen Für die Kontrolle von kegeligen Walzenzapfen (Kegel 1:12 oder 1:30) empfehlen wir das FAG Kegelmessgerät MGK9205. Messprinzip: Beim Messen von kegeligen Zapfen mit großem Durchmesser kann man ein Messlineal verwenden, bei dem Ober- und Unterkante einen Winkel bilden, den Kegelwinkel des Zapfens = 2α. Ist die Oberkante des Lineals der dem Lineal diametral gegenüberliegenden Mantellinie parallel, d. h. ist das Maß M an zwei Messstellen gleich groß, ist der Kegelwinkel in Ordnung. Zusätzlich wird gefordert, dass der Kegel in einem bestimmten Verhältnis zu einer Bezugsfläche steht, z. B. zur Seitenfläche des Walzenballens. FAG Kegelmessgeräte MGK9205, Bild 63, gibt es in mehreren Größen und Ausführungen, siehe TI Nr. WL 80-70.

Für den Kegeldurchmesser ist eine Maßabweichung nach IT6 zulässig. Die zulässige Abweichung des Kegelwinkels zeigt die Tabelle 65.

R 2α

M

63a: Messlineal des FAG Kegelmessgeräts MGK9205

Kontrolle der Einbaustücke Die Einbaustückbohrung soll in vier Querschnitten (a-b-c-d) an je vier Durchmessern (1-2-3-4) überprüft werden, Bild 64. Zu prüfen ist weiterhin der Mittenversatz der Einbaustückbohrung (A 1 und A 2 ), gegebenenfalls bei aufgeschraubten Verschleißleisten (Lage- und Formtoleranzen siehe Seite 40). Die Abweichungen vom Sollmaß sollten wie bei der Zapfenkontrolle in einem Messprotokoll festgehalten werden. Notwendig ist auch die Kontrolle der Anschlussteile; wichtig sind alle Maße, aus denen sich die axiale Vorspannung ergibt. Zu prüfen ist ebenfalls, ob die Anschlussteile schlagfrei sind (Lage- und Formtoleranzen siehe Seite 40). Die Schmierbohrungen sind zu säubern. Anschließend wird zur Kontrolle Luft durch die Bohrungen geblasen.

1 2 3

a

b

c

d

4

A1

A2 A

62: Bügelmessgerät zur Kontrolle des Zapfens einer kleinen Walze

63b: Ein kegeliger Walzenzapfen wird mit dem FAG Kegelmessgerät MGK9205 gemessen.

64: Messstellen bei der Kontrolle der Einbaustücke

49

Montage und Wartung Vorbereitungen zum Einbau

65: Zulässige Abweichung des Kegelwinkels

Lagerbreite B

Maße mm > 16...25

Kegelwinkeltoleranz ATD nach AT7 (DIN 7178) (2·t6)

Abmaße µm +8 +12,5 +10 +16 0 0 0 0

> 25...40

> 40...63

> 63...100

+12,5 +20 +16 +25 0 0 0 0

> 100...160

> 160...250 > 250...400

> 400...630

+20 +32 0 0

+25 +40 0 0

+40 +63 0 0

+32 +50 0 0

Die Kegelwinkeltoleranz AT D gilt senkrecht zur Achse und wird als Durchmesserunterschied definiert. Bei Verwendung von FAG Kegelmessgeräten sind die aufgeführten AT D -Werte zu halbieren (Neigungswinkeltoleranz). Für Lagerbreiten, deren Nennmaße zwischen den in der Tabelle aufgeführten Werten liegen, wird die Kegelwinkeltoleranz AT D durch Interpolieren ermittelt. Beispiel: Lager mit B = 90 mm ATD =

∆ ~ ATD 25 } 16 9 ~ B = ~ 90 = ~ 90  22 µm ( ATD / 2 = t6 beträgt 0...+11 µm ) ∆B 100 } 63 37

Oberflächenrauheit Die Lagersitzflächen dürfen nicht zu rau sein, da sonst für die hohen

Belastungen kein ausreichender Flächentraganteil erreicht wird. Wälzlagersitze sollten bei

66: Die Bohrung eines großen Einbaustücks wird mit einem Innenmikrometer gemessen.

50

Walzenlagerungen nicht rauer sein als die auf der Seite 41 angegebenen Richtwerte.

67: Kontrolle der Oberflächenrauheit

Montage und Wartung Vorbereitungen zum Einbau · Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern

Behandlung der Lagersitzflächen Bei allen Sitzstellen, auf denen Wälzlager mit Schiebesitz (Einbaustück) oder mit Festsitz (Zapfen) gepasst sind, lässt sich die Bildung von Passungsrost verringern, wenn man die Oberfläche mit einer Schmierpaste einstreicht, die einen Korrosionsschutzzusatz enthält, z. B. mit der FAG Montagepaste Arcanol MOUNTING.PASTE. Bevor die Paste aufgetragen wird, sind die Sitzflächen gründlich zu reinigen. Die Paste soll so dünn aufgetragen werden, dass die glänzende Oberfläche gerade matt wird. Vorbereitung der Lager zum Einbau Erst wenn alle Vorbereitungen an den Einbaustücken und Walzen getroffen sind und die Zubehörteile bereitstehen, dürfen die Wälzlager aus der Originalverpackung genommen werden. Das Korrosionsschutzöl braucht normalerweise nicht entfernt zu werden.

Es verhält sich zu allen marktüblichen Wälzlagerölen und -fetten neutral. Die Funktionsfähigkeit, die Tragfähigkeit und die Gebrauchsdauer eines Lagers hängen nicht nur von seiner Qualität, sondern auch von der Montage ab. Daher sollen mit dem Einbau nur erfahrene Monteure betraut werden. FAG Monteure stehen für die Erstmontage, zur Einweisung der Betriebsmonteure und in allen weiteren Bedarfsfällen zur Verfügung. Im folgenden wird erläutert, wie die Montage und die Demontage bei den üblichen Walzenlagerungen mit vierreihigen Zylinderrollenlagern, vierreihigen Kegelrollenlagern und Pendelrollenlagern durchgeführt werden sollen.

Ausführung I: Außenring + Rollenkranz: zwei Außenringe, drei lose Bordscheiben, Rollen und Käfige Innenring: zwei Innenringe. Ausführung II: Außenring + Rollenkranz: zwei Außenringe mit festen Borden, Rollen und Käfige Innenring: zwei Innenringe. Man kann ein komplettes Lager bestellen (z. B. FAG 524678) oder auch die einzelnen Teile, d. h. Außenring mit Rollenkranz (R524678) und Innenring (L524678). Jeder Innenring und Außenring ist mit dem Lagerkurzzeichen (z. B. 524678) und der laufenden Fertigungsnummer (z. B. 5..) gekennzeichnet (Bild 69). An einer Lagerstelle dürfen nur Innenringe mit der gleichen Fertigungsnummer eingebaut werden; das gleiche gilt für die Außenringe (z. B. 5.. und 5..A). Die Innenringe mit einer Fertigungsnummer können jedoch Außenringen mit Rollenkränzen zugeordnet werden, die eine andere Fertigungsnummer haben.

Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern Die Ausführungen der vierreihigen Zylinderrollenlager unterscheiden sich durch ihren Aufbau (Bild 68).

Ausführung I 5.. 5..

5..A 5..A

5..B 5..B

5..

5..B

5..

5..A

5..

5..A

5..C 5..C

Ausführung I

Ausführung II Ausführung II

68: Unterschiedliche Ausführungen I und II von vierreihigen Zylinderrollenlagern

69: Kennzeichnung und Zusammenbau der Teile von vierreihigen Zylinderrollenlagern

51

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern

Zunächst wird der Labyrinthring bzw. der Lagerstützring – je nach der Größe des Passungsübermaßes – auf 150 bis 170 °C erwärmt und auf den Walzenzapfen aufgeschrumpft. Der Ring muss während des Erkaltens axial festgespannt werden, damit er am Walzenballen ohne Spalt anliegt.

Montage der Innenringe Die Zylinderrollenlager-Innenringe mit zylindrischer Bohrung, die mit Festsitz auf den Zapfen gepasst werden, sind vor dem Einbau auf 80 bis 100 °C zu erwärmen. Das geschieht normalerweise im Ölbad, Bild 70. Dadurch ist eine gleichmäßige Erwärmung

gewährleistet. Ein Überschreiten der Anwärmtemperatur kann vermieden werden, wenn die Beheizung des Ölbads durch einen Thermostaten geregelt wird. Sind die Ringe aus dem Ölbad genommen, muss das an der Bohrung und den Stirnseiten des Rings anhaftende Öl abgewischt werden. Häufig wird für den Ausbau der Innenringe eine elektrisch-induktive Abziehvorrichtung verwendet (s. S. 59). Wenn eine solche Vorrichtung zur Verfügung steht, kann sie auch zum Erwärmen der Ringe benutzt werden. Nach dem Anwärmen werden kleinere Lagerringe von Hand auf die Walzenzapfen gesetzt (Bild 71). Bei der Montage größerer Lager ist es ratsam, eine Vorrichtung zu

70: Ein Zylinderrollenlager-Innenring wird im Ölbad erwärmt und anschließend mit einer Montagezange herausgehoben.

52

benutzen, z. B. eine Montagezange (Bild 70). Der Ring hängt in der Zange stets so, dass seine Achse waagrecht liegt. Das ist nicht immer der Fall, wenn der Innenring in einer Seilschlaufe hängt; hier muss er sorgfältig ausgerichtet werden. Nach dem Erkalten sollen die Wälzlagerringe satt an dem Labyrinthring anliegen. Auch zwischen zwei nebeneinander sitzenden Lagerringen soll kein Spalt bleiben. Deshalb ist es nötig, die Ringe während des Abkühlens axial fest zu spannen. Die satte Anlage kann man bei kleineren Innenringen auch dadurch erreichen, dass man während des Abkühlens mit einer so genannten Schlaghülse gegen die Stirnfläche stößt.

71: Aufsetzen eines kleineren Zylinderrollenlager-Innenrings von Hand

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern

Montage der Außenringe

72: Montage eines Zylinderrollenlager-Außenringes mit einem Kran

73: Montage eines Zylinderrollenlager-Außenringes mit Hilfe eines Hebels

75

0

G FA

II

87 5 0

..

Ma

50

IV

5 08

G FA

I..

de in em

an y

III

G

Zylinderrollenlager-Außenringe erhalten in den Einbaustücken Schiebesitz. Kleinere Außenringe können von Hand in das Einbaustück gesetzt werden. Die Außenringe oder die Käfige größerer Lager haben in der Regel Gewindebohrungen für Ringschrauben. Dadurch wird das Einsetzen in das Einbaustück erleichtert, Bild 72. Sollen sehr große Lager mit waagrechter Achse montiert werden, so kann man die Ringe zum Beispiel auf einen von Seilen gehaltenen Hebel hängen und so in das Einbaustück einführen, Bild 73. Auf den Stirnseiten der Außenringe sind vier Zonen mit den Ziffern I, II, III und IV markiert, Bild 74. Beim ersten Einbau werden die Außenringe so eingesetzt, dass die Belastung auf die Druckzone I wirkt. Die Druckzonen sollen bei allen Außenringen in gleicher Richtung liegen. Wir empfehlen, nach einer Laufzeit von 1000 bis 1200 Stunden die Lager gründlich zu überprüfen und die Druckzonen der Außenringe zu ändern. Hierzu sind die Außenringe in dem Einbaustück beim ersten Druckzonenwechsel um 180° in Druckzone III und bei weiteren Wechseln in Druckzone II bzw. IV zu drehen.

74: Die Druckzonen eines vierreihigen Zylinderrollenlagers sind am Außenring gekennzeichnet.

53

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern

Montage der Axiallager Als Axiallager dienende Schrägkugellager und Rillenkugellager dürfen radial nicht belastet werden. Daher hält man die Bohrung des Einbaustücks in der Regel um 0,6...1,5 mm größer als der Außendurchmesser des Lagers ist. Dadurch besteht jedoch die Gefahr, dass der Außenring durchhängt und dass lediglich die oberen Kugeln die Axialbelastung aufnehmen. Um das zu verhindern, bringt der Monteur die Walzen mit den Einbaustücken und den darin eingebauten Radiallagern in Arbeitsstellung. Hierbei sind die Mittellinien der Radiallager-Innenringe um einen kleinen Betrag, der der Hälfte der Radialluft entspricht, radial zur Mittellinie der RadiallagerAußenringe versetzt. In dieser Lage werden die Axiallager eingebaut. Damit der Außenring die Möglichkeit hat, sich unter der Axiallast radial einzustellen, werden die Deckelschrauben nur leicht angezogen und in dieser Stellung gesichert. Axial-Pendelrollenlager werden mit Federn axial vorgespannt und überwiegend in Arbeitswalzen eingesetzt. Es ist darauf zu achten, dass sowohl radial als auch axial ausreichend Spiel zwischen Außenring und Gehäuse vorhanden ist, Bild 75. Bei zweireihigen Kegelrollenlagern mit großem Druckwinkel stellt man die Außenringe ebenfalls über Federn axial an, Bild 76.

75: Die Teile des Axiallagers werden in das Axiallager-Gehäuse eingesetzt.

76: Die Außenringe zweireihiger Kegelrollenlager werden mit Federn angestellt.

Montage der vormontierten Einbaustücke auf den Walzenzapfen Sind der Labyrinthring und die Innenringe auf den Walzenzapfen aufgeschrumpft, so kann das vormontierte Einbaustück auf den Zapfen geschoben werden, Bild 77.

54

77: Das vormontierte Einbaustück wird auf den Walzenzapfen geschoben. Die äußere Zylinderrollenlager-Bordscheibe ist mit Winkelstücken (Laschen) gesichert.

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Zylinderrollenlagern

Wenn für die Innenringe ein loser Sitz vorgesehen ist, so muss die Bohrung der Innenringe vor dem Aufschieben eingefettet bzw. eingeölt werden. Die Einbaustücke mit den Außenringen und den Axiallagern werden im Allgemeinen von einem Kran vor den Zapfen gebracht und so gut wie möglich ausgerichtet, damit das Einbaustück ohne Zwang aufgeschoben werden kann. Schürfmarken auf den Rollen und Innenringen müssen unbedingt vermieden werden. Die Innenringe oder die Hülsen, auf denen die Axiallager sitzen, werden mit der Wellenmutter festgespannt, damit sie sich im Betrieb nicht mitdrehen und dadurch Verschleiß verursachen. Die Mutter wird gesichert.

78: Fertigmontiertes Einbaustück

Ausbau der Lagerung Wenn die Anschlussteile, die die Axiallager auf der Walze festhalten, entfernt sind, können die Einbaustücke als geschlossene Einheit vom Zapfen gezogen werden. Beim Walzenwechsel kann man das Einbaustück sogleich auf die neue Walze montieren, auf der die Innenringe bereits sitzen. Bei der Überprüfung der Walzenlager werden die einzelnen Lagerteile in umgekehrter Reihenfolge wie beim Einbau mit den gleichen Hilfsmitteln ausgebaut. Das Abziehen der mit Festsitz auf dem Walzenzapfen gepassten Innenringe erfordert besondere Vorrichtungen. Hierbei haben sich die induktiven FAG Montagevorrichtungen bewährt (s. S. 59). In einzelnen Fällen werden die Innenringe hydraulisch abgezogen.

79: Beim Wechsel des Einbaustücks wird die komplette Lagerung abgezogen bzw. aufgeschoben.

Dabei können jedoch – vor allem bei großen Lagern – Schwierigkeiten auftreten, wenn die Passflächen durch Kaltverschweißung oder Passungsrost beschädigt sind. In Ausnahmefällen kann man die Innenringe auch mit einem Ringbrenner anwärmen (Seite 60).

Lossitz der Innenringe Bei Profil- oder Feineisenstraßen mit häufiger Umstellung des Walzprogramms werden manchmal die Innenringe mit Schiebesitz auf den Walzenzapfen gesetzt. Der ballenseitige Labyrinthring sitzt dann ebenfalls lose. Durch entsprechende Gestaltung des Labyrinthdeckels wird erreicht, dass beim Abziehen der Lagerringe der Labyrinthring mitgenommen wird und die Innenringe axial führt. Die gesamte Lagerung bleibt so als Einheit zusammen, Bild 79.

55

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Kegelrollenlagern

Montage von vierreihigen Kegelrollenlagern Bei vierreihigen Kegelrollenlagern findet man folgende Kennzeichen: das Lagerkurzzeichen, das Firmenzeichen FAG, ferner die laufende Fertigungsnummer sowie – zur Kennzeichnung des Zusammenbaus – Buchstaben. Wie die Seiten der Lagerringe bezeichnet sind, geht aus Bild 80 hervor. Die Zwischenringe B und D sowie C sind bei der Anlieferung der Lager so abgestimmt, dass sich die richtige Axialluft ergibt. Ringbreite und Axialluft sind auf den Zwischenringen vermerkt. Der Umfang der Außenringe ist wie bei den vierreihigen Zylinderrollenlagern in vier Druckzonen unterteilt, die mit I, II, III und IV bezeichnet sind, siehe Bild 74.

Sind alle Teile des Lagers eingesetzt, so werden die Deckelschrauben – zunächst ohne Dichtung – leicht angezogen, Bild 83.

B A

B

B A

D

D C

Ca

Ce

80: Schema für den Zusammenbau der Lagerteile

Einbau Vierreihige Kegelrollenlager werden bei senkrechter Achse montiert. In das Einbaustück wird zuerst der mit AB bezeichnete schmale Außenring eingebaut, und zwar so, dass die Druckzone I in Lastrichtung liegt. Dann folgen die anderen Lagerteile in der Reihenfolge, die in der Schemazeichnung (Bild 80) angegeben ist. Auch bei den weiteren Außenringen muss die Druckzone I in Lastrichtung liegen. Die Käfige großer vierreihiger Kegelrollenlager haben an den Seitenflächen Gewindebohrungen für Ringschrauben (nur zum Transport der Teile ausgelegt). Wie die Bilder 81 und 82 zeigen, können die Lagerteile dadurch leichter montiert werden.

56

81

82

81 und 82: Die Lagerteile werden in das Einbaustück eingesetzt.

E

D

E

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Kegelrollenlagern

83: Die Deckelschrauben des Einbaustücks werden zunächst leicht angezogen; dann wird das Einbaustück gekippt.

Das Einbaustück kippt man um, so dass die Lagerachse horizontal liegt. An den äußeren Stirnflächen der Innenringe werden dann Zentrierstücke befestigt, die mit Zugankern zusammengespannt werden, Bild 84. Unter ständigem Drehen der Innenringe werden die Muttern an den Zugankern und auch die Deckelschrauben

84

gleichmäßig angezogen. Mit einer Fühllehre wird kontrolliert, ob Innenringe und Zwischenring satt aneinander liegen. Dann wird der Spalt S zwischen Einbaustück und Deckel gemessen und eine Flächendichtung mit der Dicke S+x eingelegt. Der für eine sichere Vorspannung erforderliche Betrag x hängt von der Art der Dichtung ab und ist vom Hersteller des Walzwerks bestimmt. Wenn die Außenringe mit dem Deckel fest verspannt sind, können die Zentrierstücke mit den Zugankern abgenommen werden. Erfahrene Monteure verzichten auf die Verwendung von Zentrierstücken und Zugankern und drehen die Innenringe beim senkrechten Einsetzen so lange, bis die Kegelrollen satt an den Führungsborden anliegen. Abschließend setzt man die Radialdichtringe in den Deckel ein. Die Innenringbohrungen werden eingefettet bzw. eingeölt. Sobald der Labyrinthring aufgeschrumpft ist, wird das Einbaustück auf den Walzenzapfen gesetzt.

S

Das Lager wird mit der Wellenmutter axial so festgespannt, dass es satt am Labyrinthring anliegt. Während die Mutter angezogen wird, soll das Einbaustück einige Male nach links und rechts gedreht werden. Die Mutter wird dann so weit zurück gedreht, dass zwischen Innenring und Mutter ein Spiel von 0,2 bis 0,4 mm entsteht. Bei einer Gewindesteigung von 3 mm zum Beispiel dreht man dazu die Mutter um 1/10 einer Umdrehung zurück. Es ist zweckmäßig, die Lagerung erst nach der Montage zu fetten, da das Lager sonst möglicherweise verschmutzt wird. Zum Fetten benutzt man am besten eine Abschmierpresse. Steht keine Abschmierpresse zur Verfügung, so müssen die Rollensätze vor dem Einsetzen in das Einbaustück von Hand gefettet werden. Bei Walzen, die für sehr hohe Walzgeschwindigkeiten bestimmt sind, dürfen die Einbaustücke nicht mit Fett voll gefüllt werden. Welche Menge im jeweiligen Fall erforderlich ist, bitten wir bei uns zu erfragen.

85

84: Die Außenringe werden zusammengespannt, während die Innenringe gedreht werden. 85: Das montierte Einbaustück

57

Montage und Wartung Montage von vierreihigen Kegelrollenlagern · Montage von Pendelrollenlagern

Ausbau Soll das Einbaustück beim Walzenwechsel auf eine andere Walze gesetzt werden, so braucht man nur die Mutter abzuschrauben und kann dann das komplette Einbaustück vom Walzenzapfen abziehen und auf die neue Walze schieben. Müssen die Lager bei der Wartung und Inspektion ausgebaut werden, so wird wie beim Einbau, nur in umgekehrter Reihenfolge, vorgegangen. Zweireihige Kegelrollenlager kann man in der gleichen Weise ausbauen.

Wartung Nach längerer Laufzeit vergrößert sich die Axialluft der vierreihigen Kegelrollenlager durch Verschleiß der Laufflächen. Es ist deshalb notwendig, von Zeit zu Zeit die Axialluft zu prüfen. Ist die Axialluft zu groß, so müssen die Zwischenringe nachgeschliffen werden. Die korrigierte Axialluft soll etwas größer sein als die ursprüngliche Axialluft. Näheres dazu ist unserer „Montage- und Wartungsanleitung für vierreihige Kegelrollenlager“ zu entnehmen.

Bevor die Lagerung auf die Walze geschoben wird, sollte die Bohrung der Innenringe eingefettet werden. Das Aufschieben wird mit einer Montagehülse erleichtert. Da die Innenringe auf den Zapfen umlaufen, muss nach der Montage etwas Luft zwischen den seitlichen Anlageteilen vorhanden sein. Am besten zieht man dazu die Verspannmutter erst fest und dreht sie dann wieder wie bei Kegelrollenlagern zurück. In dieser Stellung wird die Mutter gesichert. Ist bei Pendelrollenlagern ein fester Sitz der Innenringe notwendig, so werden in der Regel Lager mit kegeliger Bohrung verwendet. Beim Walzenwechsel kann das Lager auf die andere Walze umgesetzt werden, vorausgesetzt, dass die kegeligen Walzenzapfen und die Breite der Labyrinthringe eng genug toleriert sind.

Einbau von Pendelrollenlagern mit kegeliger Bohrung Das gefettete Pendelrollenlager wird in das Einbaustück gesetzt und festgespannt. Dann wird das Einbaustück zusammen mit dem

Montage von Pendelrollenlagern In Walzgerüsten werden Pendelrollenlager mit losem und auch mit festem Sitz der Innenringe eingebaut. Bei losem Sitz der Innenringe ist die Montage einfach. Die Lager werden zuerst in die Einbaustücke eingebaut. Dann werden die seitlichen Deckel angeschraubt.

58

86: Das Pendelrollenlager wird mit einer Hydraulikmutter unter Benutzung des Hydraulikverfahrens aufgeschoben.

Pendelrollenlager auf den Walzenzapfen geschoben, bis es satt auf dem Zapfen sitzt. Zum weiteren Aufpressen benutzt man das Hydraulikverfahren. Zu diesem Zweck müssen die Walzenzapfen Ölnuten und Ölzuführungskanäle haben. Zum Aufpressen verwendet man zweckmäßigerweise eine Hydraulikmutter. Einzelheiten über das hydraulische Aufpressen und die Hydraulikmutter sind in den FAG-Publ.-Nr. WL 80102 und TI Nr. WL 80-57 zu finden. Das Pendelrollenlager wird so weit aufgepresst, dass es an dem Labyrinthring anliegt, Bild 86. Damit der vorgeschriebene Aufschiebeweg eingehalten wird, muss vorausgesetzt werden, dass die Breite des Labyrinthrings auf den tatsächlichen Durchmesser des kegeligen Walzensitzes abgestimmt ist. Die Hydraulikmutter nimmt man dann ab. Auf den Walzenzapfen wird die Walzenmutter gesetzt, festgeschraubt und gesichert. Der Einbau ist damit beendet.

Ausbau von Pendelrollenlagern mit kegeliger Bohrung Die Wellenmutter wird um einige Gewindegänge gelöst, mindestens um den Aufschiebeweg des Lagers. Presst man nun Öl zwischen die Passflächen, so rutscht das Lager – sobald sich ein durchgehender Ölfilm aufgebaut hat – schlagartig vom Wellensitz. Wenn dann die Wellenmutter abgeschraubt ist, kann das Einbaustück zusammen mit dem Pendelrollenlager vom Wellenzapfen abgehoben und anschließend wieder auf einer anderen Walze montiert werden.

Montage und Wartung Methoden für den Aus- und Einbau von Zylinderrollenlager-Innenringen

Methoden für den Aus- und Einbau von ZylinderrollenlagerInnenringen (feste Passung) Induktive Erwärmung *) Damit der Festsitz der Zylinderrollenlager-Innenringe aufgehoben wird, müssen die Innenringe in kurzer Zeit auf eine Übertemperatur von 60 bis 80 K gebracht werden, bei einer Walzentemperatur von 20 °C also auf eine Temperatur von 80 bis 100 °C. Dabei soll sich der Walzenzapfen möglichst wenig miterwärmen, denn nur so entsteht zwischen Walzenzapfen und Innenring ein für das Abziehen ausreichendes Spiel. Montagevorrichtungen, die mit 50-Hz-Wechselstrom arbeiten, haben sich beim Ein- und Ausbau mittlerer und großer Zylinderrollenlager-Innenringe bewährt. Bei der üblichen Wanddicke der Innenringe erwärmt sich der Walzenzapfen – je nach seiner Masse – nur um 5 bis 10 K, *)

während die Innenringe eine Temperatur von 80 bis 100 °C annehmen. Die Zeit, in der diese Temperatur erreicht werden muss – und von induktiven FAG Vorrichtungen auch erreicht wird – liegt bei kleinen bis mittleren Lagern zwischen 0,5 und 1,5 min, bei größeren Lagern zwischen 2,5 und 5 min.

Induktive FAG Anwärmvorrichtung für 400 V oder für Kleinspannung Montagevorrichtungen dürfen nicht zu aufwendig und nicht zu teuer sein, da diese Hilfswerkzeuge nur selten benutzt werden. Für den gelegentlichen Ein- und Ausbau kleiner und mittlerer Zylinderrollen-

lager-Innenringe bis zu einem Durchmesser von etwa 200 mm ist eine 400-V-Vorrichtung die beste Lösung, Bild 87. Für große Wälzlagerringe ist eine induktive Vorrichtung, die direkt an das 400-V-Netz angeschlossen wird, sehr unhandlich; sie wiegt ein Mehrfaches der zu montierenden Teile. Montagevorrichtungen für große und mittelgroße Ringe, die oft montiert werden müssen, sollte man besser mit Kleinspannung speisen, Bild 88. Zwischen zwei Phasen des 400-V-Netzes und die induktive Montagevorrichtung wird ein Transformator geschaltet, dessen Sekundärspannung zwischen 20 und 40 V regelbar ist.

s. a. FAG-Publ.-Nr. WL 80 107 „Induktive Montagevorrichtungen“

Gewicht der Lagerringe 7,2 kg Gewicht der Vorrichtung ca. 15 kg Stromaufnahme ca. 60 A Anwärmzeit 40 s Spulenkörper aus Hartgewebe 87: Schema einer elektrisch-induktiven Montagevorrichtung für 400 V mit Fußschalter für Zylinderrollenlager-Innenringe mit 130 mm Bohrungsdurchmesser

88: Elektrisch-induktive FAG Montagevorrichtung für Kleinspannung mit Transformator

59

Montage und Wartung Methoden für den Aus- und Einbau von Zylinderrollenlager-Innenringen

Die Verwendung von Kleinspannung hat technische und wirtschaftliche Vorteile. Die elektrische Wicklung kann mit Wasser gekühlt werden, so dass sie sich selbst nicht erwärmt. Dadurch kann die Kupferwicklung höher belastet werden. Die Montagevorrichtung ist leichter und hat wegen der guten elektrischen Kopplung der ein- oder höchstens zweilagigen Spule einen besseren Wirkungsgrad. Die Vorrichtungen können für das Anwärmen der Innenringe beim Ausbau und beim Einbau benutzt werden. Beim Aufschrumpfen ist es ratsam, die Innenringe zunächst auf das Ende des Walzenzapfens zu bringen, dort zu erwärmen und – wenn sie die Montagetemperatur angenommen haben – mit der Vorrichtung auf die Festsitzstelle zu schieben, Bild 89. Kann das vordere Ende des Walzenzapfens die Lagerinnenringe nicht führen, sollte man einen Montagehilfsring benutzen, Bild 90. Bei der induktiven Erwärmung werden die Wälzlagerringe und die Walzenzapfen magnetisch. Sie müssen nach der Montage entmagnetisiert werden. Auch dazu kann man die induktive Montagevorrichtung benutzen. Man entfernt die Vorrichtung bei eingeschaltetem Strom langsam 1 - 2 m weit von den montierten Teilen. Dadurch wird die Einwirkung des Magnetfeldes immer schwächer und zuletzt so schwach, dass die Teile ausreichend entmagnetisiert sind.

Dann besteht nur noch eine Möglichkeit: Anwärmen mit Flammen. Dieses Verfahren sollte allerdings nur im Notfall angewendet werden. Ringbrenner nach Bild 91 haben

89: Aufziehen von zwei Innenringen mit Hilfe der induktiven Montagevorrichtung. Das Abziehen erfolgt in gleicher Weise entgegengesetzt.

90: Die Lagerringe werden beim Aufschieben von einem Montagehilfsring geführt.

Erwärmung mit Gasbrennern Mitunter können die Ringe nicht induktiv und auch nicht mit dem Hydraulikverfahren abgezogen werden.

60

sich als brauchbar erwiesen. Die Rohre des Brenners sollten vom Lagerring etwa 50 mm Abstand haben. Bei dem üblichen Gasdruck gibt man den Brennerbohrungen

Gas

91: Gas-Ringbrenner

Luft

Montage und Wartung Methoden für den Aus- und Einbau von Zylinderrollenlager-Innenringen · Montagehilfen für Kupplungen und Labyrinthringe

einen Durchmesser von 2 mm. Sie werden auf dem Umfang mit 25 mm Abstand angebracht. Flammentemperatur und Flammenlänge werden durch Zumischung von Luft geregelt. Führungsstücke am Ringbrenner sorgen für die Zentrierung und ein gleichmäßiges Anwärmen der Lagerringe. Der Ringbrenner muss während des Anwärmens in axialer Richtung hin- und herbewegt werden, damit der Innenring gleichmäßig erwärmt wird. In Ausnahmefällen – die Lagerringe werden dadurch unbrauchbar – wird bei Verwendung eines Schweißbrenners eine Temperatur von über 300 °C erreicht. Fluorierte Werkstoffe, z. B. Dichtungen aus Viton ®, können dann gesundheitsschädliche Gase und Dämpfe abgeben. Bitte das entsprechende Sicherheitsdatenblatt beachten.

Montagehilfen für Kupplungen und Labyrinthringe

FAG entwickelte daher induktive Vorrichtungen, die den bei Innenringen benutzten Vorrichtungen ähnlich sind. Mit ihnen konnten die Montagezeiten erheblich abgekürzt werden. Die Kupplungstreffer werden in der Regel mit einem Übermaß von 1,5 bis 1,8 ‰ auf die Walzenzapfen gesetzt. Damit das Übermaß zwischen Treffer und Zapfen aufgehoben wird, ist eine Montagetemperatur von 170...200 °C erforderlich. Die Montagetemperatur wird – je nach Größe der Treffer – in 70...360 Sekunden erreicht. Bisher wurden induktive Anwärmvorrichtungen für Treffer mit einem Gewicht von 485 kg gebaut. Die Vorrichtungen haben sich seit Jahren bei verschiedenen Walzwerken bewährt. In Bild 92 ist der Aufbau einer solchen induktiven Anwärmvorrichtung dargestellt. Die auswechselbare konische Hülse zwischen

Walzenzapfen und Treffer, die für die Hydraulikmontage notwendig war, wurde geschlitzt und als Verschleißteil beibehalten. Treffer ohne Hülse und mit zylindrischem Sitz werden ebenfalls induktiv erwärmt. Beim Abziehen eines aufgeschrumpften Kupplungstreffers mit zylindrischem Sitz ist es zweckmäßig, die Walze senkrecht aufzuhängen, damit sich die Kupplung durch ihr Eigengewicht löst, sobald die erforderliche Übertemperatur erreicht ist. Treffer, die auf einer konischen Hülse sitzen, werden bei waagrechter Lage der Walze mit einer Abdrückvorrichtung demontiert. Bei den induktiven Vorrichtungen für Kupplungstreffer wird der gleiche Transformator benutzt, der bei den Vorrichtungen für ZylinderrollenlagerInnenringe verwendet wird. Natürlich sind die Anschaffungskosten einer elektrisch-induktiven Vorrichtung

Induktive Erwärmung der Walzenkupplungen Bei den schnelllaufenden Fertiggerüsten der Draht- und Feineisenstraßen werden außer den Lagerringen manchmal auch die Kupplungen, die so genannten Treffer, mit Festsitz auf die Walzenzapfen gesetzt. Bei jedem Walzenwechsel müssen die Kupplungstreffer abgezogen und auf andere Walzen gesetzt werden. Bei dem Hydraulikverfahren, das früher verwendet wurde, war dieser Vorgang langwierig und oftmals, besonders nach mehrmaligem Auf- und Abziehen, mit Schwierigkeiten verbunden.

92: Schema der induktiven Anwärmvorrichtung zum Anwärmen von Kupplungstreffern. Die Abdrückvorrichtung erleichtert das Lösen der Treffer.

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Montage und Wartung Montagehilfen für Kupplungen und Labyrinthringe · Reservehaltung · Statistische Erfassung

höher als die von Hydraulikwerkzeugen. Da jedoch in der Regel viele Walzenzapfen mit Ölnuten und Ölbohrungen für die Hydraulikmontage versehen werden müssen und da bei großen Walzen die großen axialen Bohrungen einen großen Arbeitsaufwand erfordern, macht sich eine induktive Montagevorrichtung in kurzer Zeit bezahlt. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, dass die Montagearbeiten mit einer induktiven Vorrichtung sauberer und schneller ausgeführt werden können.

Das Abziehen fest gepasster Labyrinthringe bereitet oft Schwierigkeiten. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung kann man die Labyrinthringe in einigen Minuten auf 150...200 °C erwärmen und dadurch das Übermaß aufheben. Die Kosten dieser Vorrichtung sind gering, wenn das Schaltaggregat oder der Transformator für eine induktive Montagevorrichtung für Innenringe bereits vorhanden ist.

Reservehaltung Induktive Anwärmvorrichtung für Labyrinthringe FAG liefert auch induktive Netzund Kleinspannungsvorrichtungen, die zum Erwärmen von Labyrinthringen dienen. Labyrinthringe (Bild 93) werden meist mit großem Übermaß aufgeschrumpft, damit sie sich nicht von der Welle lösen, wenn sie durch die berührende Dichtung erwärmt werden.

93: Labyrinthring der Arbeitswalzenlagerung eines 4,2-m-Grobblechgerüsts

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Damit kostspielige Betriebsunterbrechungen vermieden werden, empfiehlt es sich, dafür zu sorgen, dass für jedes Gerüst immer dreieinhalb komplette Lagersätze zur Verfügung stehen. Davon sitzt ein Lagersatz auf den Walzen, die in dem Gerüst eingebaut sind. Ein zweiter gehört zu den Walzen, die nachgeschliffen werden. Ein weiterer Satz Walzen einschließlich der zugehörigen Lager sollte jederzeit zum Einsatz bereitstehen. Damit bei Lagerausfällen diese drei Sätze wieder komplettiert werden können, sollte man außerdem einen halben Lagersatz in Reserve haben. Bei Zylinderrollenlagern mit festem Sitz der Innenringe kann es ratsam sein, zusätzliche Innenringe zu beschaffen, die man auf die Walzenzapfen montiert. Müssen die Walzen oft gewechselt werden – z. B. bei Profilwalzwerken – spart man damit die häufige Demontage der Innenringe.

Statistische Erfassung Wenn die Lager angeliefert werden, legt man zweckmäßigerweise für jedes Lager eine Karteikarte an (Seite 63) und trägt darin alle wichtigen Daten ein. Die Eintragungen sind durch weitere Betriebsdaten, z. B. gemessene Temperaturen und Walzdrücke, zu ergänzen. Auf diese Weise erhält man eine wichtige Unterlage, nach der die Betriebsbedingungen und die Laufleistung des Lagers besser beurteilt werden können, als es bei der Berechnung aufgrund der Belastungsannahmen möglich ist.

Montage und Wartung Statistische Erfassung

94

63

Montage und Wartung Aufbewahrung

Aufbewahrung Bei der Lagerung im Magazin müssen die Lager in der Originalverpackung bleiben; sie dürfen erst unmittelbar vor dem Einbau ausgepackt werden, damit sie nicht verschmutzen und verrosten. Größere Lager, deren Ringe eine verhältnismäßig geringe Wanddicke haben, dürfen nicht stehend, sondern müssen liegend auf dem ganzen Umfang unterstützt aufbewahrt werden. Beim Transport ist besonders darauf zu achten, dass die unmittelbare Verpackung, die bei großen Lagern meist aus Folie besteht, nicht beschädigt wird. FAG Wälzlager werden in Korrosionsschutzöl getaucht und sind damit in ihrer Verpackung vor atmosphärischen Einflüssen geschützt. Dieser Schutz ist jedoch nur dann über längere Zeit wirksam, wenn die verpackten Lager in einem trockenen und frostsicheren Raum aufbewahrt werden.

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Selbstverständlich dürfen im gleichen Raum keine aggressiven Chemikalien wie Säuren, Ammoniak oder Chlorkalk gelagert werden. Ausgebaute und zeitweilig nicht benötigte Lager müssen ausgewaschen, sofort konserviert und verpackt werden. Zum Auswaschen ist zweckmäßigerweise Waschpetroleum zu verwenden. Zur Konservierung werden kleinere Lager in Korrosionsschutzöl getaucht, größere werden sorgfältig damit besprüht. Anstatt die Lager anschließend zu verpacken, kann man sie auch in Öl aufbewahren. Wenn man Einbaustücke mit den darin eingebauten Lagern nicht sofort wieder benötigt, muss geprüft werden, ob Wasser eingedrungen ist. Ist das der Fall, so ist die Fettfüllung selbstverständlich zu erneuern oder – z. B. bei Ölnebelschmierung – die Lagerung zu reinigen und zu konservieren. Für die Aufbewahrung werden die Seiten der Einbaustücke mit Abdeckscheiben verschlossen.

Beispiel für die Berechnung und Gestaltung einer Walzenlagerung

Walzenlagerung einer Drahtstraße Erbauer: SMS Schloemann-Siemag AG, Düsseldorf und Hilchenbach Die Drahtstraße ist für eine Endgeschwindigkeit von 50 m/s ausgelegt. Für den Walzdraht wird eine enge Fertigtoleranz gefordert. Die Straße ist in drei Abschnitte unterteilt: • Vorstaffel (sechs Gerüste) • Zwischenstaffel (acht Gerüste) • Fertigstaffel

Es werden Knüppel 80~80 mm kontinuierlich zu Draht im Durchmesserbereich von 12 bis zu 5,5 mm gewalzt. In der Vor- und in der Zwischenstaffel wird zweiadrig gewalzt. Nach der Zwischenstaffel werden die beiden Adern den getrennt voneinander angeordneten Fertigstaffeln zugeführt. Beim ersten Gerüst der Vorstaffel beträgt der Ballendurchmesser der Walzen 450 mm, beim zweiten Gerüst 420 mm. Die Lagerung der beiden Gerüste ist jedoch gleich. Bei den restlichen Gerüsten der Vorstaffel beträgt der

Ballendurchmesser 380 mm. In der Zwischenstaffel laufen in den ersten beiden Gerüsten ebenfalls Walzen mit einem Ballendurchmesser von 380 mm. Die Ballendurchmesser der weiteren Gerüste sind auf 320 mm verringert. Die Walzen der Vor- und Zwischenstaffel stützen sich radial in vierreihigen Zylinderrollenlagern ab. Als Axiallager sind zweireihige Schrägkugellager eingebaut. Zur Fixierung der Einbaustücke auf der Antriebsseite dienen Rillenkugellager. In der Tabelle unten sind die Abmessungen und die Tragzahlen der einzelnen Lager angegeben.

95: Abmessungen und Tragzahlen der Lager Gerüst

1

2

3-8

9-14

Walzenballendurchmesser mm

Radiallager

450

Zylinderrollenlager vierreihig FAG 507336

420

380

320

Zylinderrollenlager vierreihig FAG 507336 Zylinderrollenlager vierreihig FAG 508727 Zylinderrollenlager vierreihig FAG 508657

Abmessungen

dyn. Tragzahl

mm

kN

260~370~220

260~370~220

230~330~206

190~270~200

Axiallager Festlagerseite

Abmessungen

dyn. Tragzahl

Loslagerseite

Abmessungen

mm

kN

2200

Schrägkugellager zweireihig FAG 508731A

260~369,5~92

390

Rillenkugellager FAG 507338A

260~369,5~46

2200

Schrägkugellager zweireihig FAG 508731A

260~369,5~92

390

Rillenkugellager FAG 507338A

260~369,5~46

2080

Schrägkugellager zweireihig FAG 508732A

230~329,5~80

320

Rillenkugellager FAG 508729

230~329,5~40

1660

Schrägkugellager zweireihig FAG 508658A

190~269,5~66

224

Rillenkugellager FAG 502288

190~269,5~33

mm

Walzenlagerung der Zwischenstaffel

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Beispiel für die Berechnung und Gestaltung einer Walzenlagerung

96: Berechnung der Ermüdungslebensdauer Gerüst bzw. Stich

Radiallager RadialDrehzahl belastung

kN 1 2 3 4 5 6

1080 530 680 340 530 360

7 8 9 10 11 12 13 14

330 210 200 140 180 120 250 100

n min –1 9,08 13,47 19,77 26,45 36,75 51,9 71,5 99,2 156,1 207,3 264,2 364,8 411,2 485,8

Drehzahlfaktor

dynamische Tragzahl C kN

dynamische Kennzahl fL

1,477 1,312 1,170 1,072 0,971 0,876

2200 2200 2080 2080 2080 2080

0,795 0,721 0,629 0,578 0,537 0,488 0,471 0,448

2080 2080 1660 1660 1660 1660 1660 1660

fn

Ermüdungslebensdauer Bei der Ermittlung der Lagerbelastungen muss berücksichtigt werden, dass in den Gerüsten der Vor- und Zwischenstaffel zweiadrig gewalzt wird. Die Zapfenbelastungen werden nach den Richtwerten auf Seite 11 berechnet. Als Axialbelastung werden 5 % der jeweiligen maximalen Walzkraft in Rechnung gesetzt (siehe auch Angaben auf Seite 19). Die Berechnung der Ermüdungslaufzeit für die Zylinderrollenlager und die Schrägkugellager ist in der Tabelle (oben) zusammengestellt. Die nominelle Ermüdungslebensdauer fast aller Lager liegt über

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Axiallager Axialbelastung

nominelle Lebensdauer Lh h

Äquivalente Lagerbelastung

kN

kN

3,01 5,45 3,58 6,56 3,81 5,06

19700 >60000 35100 >60000 43200 >60000

99 48 61 31 49 33

92 44 57 29 45 31

5,01 7,14 5,22 6,85 4,95 6,75 3,13 7,44

>60000 >60000 >60000 >60000 >60000 >60000 22400 >60000

30 19 18 13 16 11 23 9,3

28 17 17 12 15 10 21 8,7

Drehzahlfaktor

dynadynamische mische Tragzahl Kennzahl C fL kN

nominelle Lebensdauer Lh h

1,543 1,353 1,19 1,08 0,968 0,863

390 390 320 320 320 320

6,54 12 6,68 11,9 6,88 8,91

>60000 >60000 >60000 >60000 >60000 >60000

0,775 0,695 0,598 0,544 0,502 0,45 0,433 0,409

320 320 224 224 224 224 224 224

8,86 13,1 7,88 10,2 7,5 10,1 4,62 10,5

>60000 >60000 >60000 >60000 >60000 >60000 >60000 >60000

fn

60 000 Stunden. Diese langen Laufzeiten werden in der Praxis jedoch nicht erreicht. Die Gebrauchsdauer der Lager ist wegen des Verschleißes niedriger.

Bearbeitungstoleranzen, Lagerluft Alle Zylinderrollenlager-Innenringe der Straße sind fest gepasst. Die Zapfen der Vor- und Zwischenstaffel sind nach r6 bearbeitet. Die Außenringsitze sind in der Vor- und Zwischenstaffel nach J7 toleriert. Zur Erleichterung des Ein- und Ausbaues sitzen die Innenringe der als Axiallager dienenden Schrägkugellager auf Hülsen.

Außerdem muss eine Möglichkeit gegeben sein, die Walzen gegeneinander zu verschieben, damit die Kaliber ausgerichtet werden können. Zu diesem Zweck wird bei jedem Gerüst das zweireihige Schrägkugellager einer Walze in einer Gewindebüchse eingebaut. Mit dieser Büchse kann die Walze im Einbaustück verschoben werden. Die Axiallager haben eine sehr geringe Axialluft.

Schmierung Die Lager der Vor- und Zwischenstaffel werden mit Fett geschmiert.

Notizen

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Auswahl weiterer FAG-Publikationen

Die folgende Aufstellung gibt eine Auswahl aus dem Angebot an FAG-Veröffentlichungen. Weiteres Informationsmaterial auf Anfrage.

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Publ.-Nr. WL 41 140 CD-medias4.0 CD-WLS

FAG Wälzlager für Walzgerüste – Lagertabellen INA-FAG Wälzlagerkatalog Wälzlager-Lern-System

Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr.

WL WL WL WL WL WL WL

17 109 17 114 80 100 80 102 80 107 80 110 80 123

Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr. Publ.-Nr.

WL WL WL WL WL WL WL WL

80 134 80 135 80 151 80 250 81 115 81 116 81 122 82 102

FAG Rolling Bearings in Rolling Mills Abgedichtete FAG Pendelrollenlager Montage von Wälzlagern Hydraulikverfahren zum Ein- und Ausbau von Wälzlagern Induktive FAG Montagevorrichtungen Radialluftverminderung beim Einbau von FAG Pendelollenlagern mit kegeliger Bohrung Rund um das Wälzlager – Das FAG Schulungsangebot zum Thema Wälzlager in Theorie und Praxis FAG Videofilm für den Ein- und Ausbau von Wälzlagern FAG Videofilm für das Hydraulikverfahren zum Ein- und Ausbau von Wälzlagern FAG Reparaturservice für große Wälzlager FAG Geräte und Dienstleistungen für Montage und Wartung von Wälzlagern Schmierung von Wälzlagern Arcanol · Wälzlager-getestetes Fett Automatische Schmierstoffgeber Motion Guard Compact und Champion Wälzlagerschäden

TI TI TI TI TI TI TI

Nr. Nr. Nr. Nr. Nr. Nr. Nr.

WL WL WL WL WL WL WL

00-11 17-7 40-48 80-14 80-47 80-50 80-53

TI TI TI TI

Nr. Nr. Nr. Nr.

WL WL WL WL

80-57 80-62 80-63 80-70

FAG Videofilme zur Lagerungstechnik Geteilte Zylinderrollenlager für die Lagerung von Walzwerks-Antriebswellen FAG Lebensdauerrechnung – Einführung der erweiterten modifizierten Lebensdauer Ein- und Ausbau von Pendelrollenlagern mit kegeliger Bohrung Induktive FAG Anwärmgeräte FAG Druckerzeuger Wälzlager-Montageschrank und -Montagesätze – Grundlehrgang für die berufliche Ausbildung FAG Hydraulikmuttern FAG Detector II – Das „Handy“ unter den Datensammlern Wälzlagerdiagnose mit dem FAG Bearing Analyser III Messung und Bemaßung von kegeligen Zapfen bei Verwendung des FAG Kegelmessgeräts MGK9205

Alle Angaben wurden sorgfältig erstellt

98/11/04 Printed in Germany by Weppert GmbH & Co. KG

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WL 17 200/4 DA