Gelenklager erlauben räumliche Einstellbewegungen und nehmen je nach Bauart radiale, kombinierte oder axiale Belastungen auf.
Radial-Gelenklager
Wartungspflichtige Radial-Gelenklager bestehen aus Innen- und Außenringen mit einer Stahl/Stahl- oder Stahl/Bronze-Gleitpaarung. Die Innenringe haben eine zylindrische Bohrung mit kugeliger Außengleitbahn. Bei den Außenringen ist die Mantelfläche zylindrisch und die Innengleitbahn hohlkugelig ausgebildet.
Als Gleitpaarung werden bei den Baureihen GE..-DO, GE..-HO, GE..-FO, GE..-LO und GE..-ZO Innen- und Außenringe aus Stahl eingesetzt. Die Reihe GE..-PB hat einen Innenring aus Stahl und einen Außenring aus Bronze.
Lager der Baureihe GE-ZO sind in Zollabmessungen erhältlich.
Die Lager gibt es offen oder beidseitig abgedichtet.
Gelenklager GE..-LO haben Bohrungsabstufungen nach Normzahlen und Abmessungen nach DIN 24338 für Norm-Hydraulikzylinder.
Einsatzbereich
Radial-Gelenklager nehmen radiale Kräfte auf, übertragen Bewegungen und Kräfte momentenarm und halten dadurch Biegespannungen von den Konstruktionselementen fern. Die Lager eignen sich besonders für Wechselbelastungen mit schlag‑ und stoßartiger Beanspruchung und lassen axiale Belastungen in beiden Richtungen zu.
Außenring
Bei Lagern mit einem Durchmesser d ≧ 320 mm ist der Außenring zweimal gesprengt und mit Halteringen zusammengehalten.
Innenring
GE..-FO und GE..-FO-2RS(-2TS) haben breitere Innenringe. Dadurch sind größere Kippwinkel möglich.
GE..-HO-2RS hat zylindrische Ansätze am Innenring. Dadurch sind keine Distanzringe beim Einbau zwischen zwei Wangen nötig.
Abdichtung
Abgedichtete Lager haben das Nachsetzzeichen 2RS, 2TS oder 2RS4. Sie sind beidseitig durch Lippendichtungen vor Schmutz und Spritzwasser geschützt.
Radial-Gelenklager GE..-DO-2TS und GE..-FO-2TS sind beidseitig mit integrierter, dreilippiger Hochleistungsdichtung abgedichtet.
Radial-Großgelenklager GE..-DO-2RS4 haben Dichtungen mit höherer Dichtwirkung für höchste Anforderungen.
Schmierung
Radial-Gelenklager werden über den Außen- und Innenring geschmiert. Beim Lastwechsel wird eine Seite entlastet und durch die Schwenkbewegung des Lagers diese Zone geschmiert.
Baureihe, Gleitpaarung, Norm
Wartungspflichtige Radial-Gelenklager werden baureihenspezifisch mit unterschiedlicher Gleitpaarung ausgeführt, siehe Tabelle.
**Radial-Gelenklager GE..-ZO sind in zölligen Abmessungen und mit einem Wellendurchmesser von 0,75 inch bis 5 inch erhältlich.
Schräg-Gelenklager
Schräg-Gelenklager GE..-SX entsprechen DIN ISO 12240-2. Sie haben Innenringe mit kugeliger Außengleitbahn und Außenringe mit hohlkugeliger Innengleitbahn, die Gleitpaarung ist Stahl/Stahl.
Die Lager sind für Wellendurchmesser von 25 mm bis 200 mm erhältlich. Weitere Größen auf Anfrage.
Einsatzbereich
Schräg-Gelenklager nehmen zusätzlich zu den radialen Kräften auch axiale Kräfte auf. Dadurch sind sie für wechselnde dynamische Belastungen geeignet.
Die Lager werden eingesetzt, wenn Belastungen in Verbindung mit kleinen Schwenkwinkeln zu Schäden an den Wälzlagern führen. Sie sind eine gute Gleitlageralternative zu Kegelrollenlager 320..-X nach ISO 355 und DIN 720, da sie die gleichen Einbaumaße haben.
Durch die momentenarme Übertragung von Bewegungen und Kräften werden Biegespannungen von den Konstruktionselementen ferngehalten.
Abdichtung
Schräg-Gelenklager sind nicht abgedichtet.
Schmierung
Die Lager sind standardmäßig für Fettschmierung vorgesehen und werden über den Außenring geschmiert.
Axial-Gelenklager
Axial-Gelenklager GE..-AX entsprechen DIN ISO 12240-3. Bei diesen Baueinheiten lagert die Wellenscheibe in der kugelpfannenförmigen Gleitzone der Gehäusescheibe, ihre Gleitpaarung ist Stahl/Stahl.
Die Lager sind für Wellendurchmesser von 10 mm bis 200 mm erhältlich. Weitere Größen auf Anfrage.
Einsatzbereich
Die Lager nehmen axiale Kräfte auf und leiten Stützkräfte momentenarm in die Anschlusskonstruktion ein. Zur Aufnahme radialer Kräfte können sie mit Radial-Gelenklager der Maßreihe E nach DIN ISO 12240-1 kombiniert werden.
Abdichtung
Axial-Gelenklager sind nicht abgedichtet.
Schmierung
Die Lager werden über die Gehäusescheibe geschmiert.
Lagerwerkstoffe
Wartungspflichtige Gelenklager werden aus hochwertigem Wälzlagerstahl hergestellt und haben eine Stahl/Stahl- oder eine Stahl/Bronze-Gleitpaarung.
Lagerringe aus Stahl werden gehärtet, geschliffen und oberflächenbehandelt. Als Oberflächenbehandlung hat sich Durotect M mit nachträglicher Beschichtung durch Molybdändisulfid MoS2 bewährt. Dadurch erfüllen die Lager hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit und durch die wirksame Trennung der metallischen Flächen bestehen optimale Einlaufeigenschaften.
Stahl/Stahl-Gleitpaarung
Innen- und Außenring sowie Wellen- und Gehäusescheibe sind gefertigt aus einem martensitischen oder bainitischen Härtegefüge mit geringem Anteil von Restaustenit.
Stahl/Bronze-Gleitpaarung
Der Innenring besteht aus gehärtetem und geschliffenem Wälzlagerstahl, die Kugeloberfläche ist formgefinisht.
Der Außenring besteht aus Bronze, der spanlos um den Innenring geformt ist. Die Manteloberfläche ist nachträglich feinstbearbeitet.
Durotect M
Manganphosphat.
Beschichtungsprozess
Chemische Konversion.
Vorteile, Nutzen
Verbesserung des Gleit- und Einlaufverhaltens
Notlaufschmierung
Verschleißschutz bei Käfigen
Vermeidung von adhäsivem Verschleiß
Verringert Schäden durch Stillstandsmarkierungen (False Brinelling).
Übliche Anwendungen
Stahlblechkäfige
Innenringbohrungen von Kurbelwellenlagern
Grundierung für Gleitlacke und Trockenschmierstoffe
Einlaufhilfe bei Tassenstößeln.
Eigenschaften
Merkmal
Beschichtung
Zusammensetzung
Manganphosphat
Korrosionsbeständigkeit
≦ 24 h (mit Beölung), gemäß Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227
Farbe
dunkelgrau bis schwarz
Struktur
feinkristalliner Schichtaufbau
Schichtdicke
1 μm – 10 μm
Temperaturbeständigkeit
≦ +350 °C
Gelenklager GE80-DO-2RS
Durotect M-Beschichtung am Innen- und Außenring
Betriebstemperatur
Die zulässige Betriebstemperatur hängt von der Gleitpaarung und der Abdichtung ab, siehe Tabelle.
ACHTUNG
Übersteigt die Temperatur die angegebenen Werte, reduziert sich die Gebrauchsdauer und die Wirkung der Abdichtung.
**Ohne Dichtungen für Temperaturen von –60 °C bis +200 °C geeignet.
Temperaturbeständige Dichtungen
Sind für abgedichtete Lager höhere Temperaturen notwendig, können offene Lager mit vorgeschalteten, temperaturbeständigen Dichtungen eingesetzt werden, ➤ Bild.
Offenes Gelenklager mit vorgeschalteten Dichtungen
Dichtung
Nachsetzzeichen
Nachsetzzeichen der lieferbaren Ausführungen siehe Tabelle.
Lieferbare Ausführungen
Nachsetzzeichen
Beschreibung
Ausführung
2RS
beidseitig Lippendichtung
Standard
2RS4
beidseitig Lippendichtung mit höherer Dichtwirkung
2TS
beidseitig Lippendichtung mit integrierter, dreilippiger Hochleistungsdichtung
C2
radiale Lagerluft Group 2, kleiner als normal
Sonderausführung, auf Anfrage
C3
radiale Lagerluft Group 3, größer als normal
F7
Schmiernutensystem für Fettschmierung bei kleineren Winkeln
F10
Schmiernutensystem für Ölbadschmierung für Schräg-Gelenklager GE..-SX
Konstruktions- und Sicherheitshinweise
In den Technischen Grundlagen sind die wesentlichen Hinweise zu Betriebsspiel, Umgebungskonstruktion sowie zum Ein- und Ausbau zusammengefasst.
Reibung
Das Reibverhalten hängt von der Gleitpaarung ab und verändert sich während der Gebrauchsdauer. Die Berechnung des Lagerreibmoments sowie typische Reibungskoeffizienten sind in den Technischen Grundlagen angegeben.
Grundlagen der Schmierung
Wartungspflichtige Gelenklager mit Gleitpaarung Stahl/Stahl sind besonders oberflächenbehandelt und mit MoS2 versehen. Trotzdem beeinflusst die Qualität der Wartung die Funktion und den Verschleiß der Gelenklager erheblich.
An den Kontaktflächen wird ein ausreichend tragfähiger Schmierfilm ausgebildet, um Verschleiß und vorzeitige Ermüdung zu vermeiden
Bei Fettschmierung wird das Lager zusätzlich nach außen gegen feste und flüssige Verunreinigungen abgedichtet
Schutz vor Korrosion .
ACHTUNG
Der geeignete Schmierstoff ist wichtiger als großzügig festgelegte, kurzfristige Wartungsintervalle! Schmierstoff immer mit den Schmierstoffherstellern auswählen!
Aufgaben des Schmierstoffes
Tragfähigen Schmierfilm ausbilden · Bei Fettschmierung das Lager nach außen gegen Verunreinigungen abdichten · Vor Korrosion schützen
Wahl des Schmierstoffes
Die Wahl des Schmierstoffes ist von der Gleitpaarung des Lagers abhängig.
Folgende Kriterien sind zu betrachten:
Belastung
Belastungsrichtung
Schwenkwinkel
Gleitgeschwindigkeit
Umgebungstemperatur
Umgebungsbedingungen.
Gleitpaarung Stahl/Stahl
Für Standard-Anwendungen sind handelsübliche, korrosionsschützende und druckfeste Fette auf Lithiumseifenbasis mit EP- und Festschmierstoffzusätzen geeignet.
Zusammensetzung geeigneter Schmierstoffe:
Anteil von etwa 3%MoS2
Feststoffzusätze auf der Basis von Kalzium- und Zinkphosphatverbindungen. Diese Zusätze trennen auch bei hoher Flächenpressung die Gleitflächen voneinander.
Gleitpaarung Stahl/Bronze
Geeignet sind handelsübliche, korrosionsschützende und wasserabweisende Lithiumseifenfette normaler Konsistenz.
ACHTUNG
Keine Schmierstoffe mit MoS2-Zusätzen oder anderen Festschmierstoffen verwenden!
Einlaufphase
Die Einlaufphase beeinflusst das spätere Verschleißverhalten der Lager wesentlich. Richtige Schmierung ist hier deshalb besonders wichtig.
Beim Einlaufen glätten sich die Oberflächen der Kontaktzonen und formen sich elastisch an. Dadurch ergeben sich zusätzliche Tragflächenanteile und eine geringere Materialbeanspruchung.
Hinweise zur Befettung
Während der Einlaufphase ist der Druck im Lager besonders hoch. Die Gelenklager sind deshalb mit Durotect M beschichtet und mit Molybdändisulfid MoS2 behandelt. Die Einlaufverschleißphase verläuft um so günstiger, je mehr MoS2 sich in die porös-kristalline Durotect M-Schicht einlagert.
Am effektivsten ist dieser Prozess bei folgender Reihenfolge:
Das Lager ohne zusätzliche Befettung zehn Schwenkbewegungen unter Last laufen lassen
Das Lager anschließend erstbefetten.
Ist dies nicht möglich, muss die Erstbefettung so dosiert werden, dass nicht zu viel MoS2 aus dem Lager herausgespült wird.
Nachschmierung
Beim Nachschmieren wird verbrauchtes Schmierfett durch frisches Fett ersetzt. Gleichzeitig spült das Schmierfett Abrieb und Verunreinigungen aus dem Lager.
ACHTUNG
Lager mit Stahl/Stahl-Gleitpaarung periodisch nachschmieren! Nachschmierintervalle nicht willkürlich festlegen, sondern durch Berechnung im Rahmen der Lebensdauerberechnung (Korrekturfaktor fNH)! Alternativ in Zusammenarbeit mit dem Schmierstoffhersteller ermitteln!
Vor langen Betriebsunterbrechungen sollen die Lager ebenfalls nachgeschmiert werden!
Zu häufiges Nachschmieren kann die Gebrauchsdauer des Lagers verringern, da bei Gelenklagern sich die Reibung beim Nachschmieren immer kurzzeitig erhöht!
Nachschmierbedingungen
Beim Nachschmieren ist das gleiche Schmierfett zu verwenden wie bei der Erstbefettung.
Bei anderen Fetten müssen die Mischbarkeit und Verträglichkeit der Fette geprüft werden.
Für das Nachschmieren gilt:
Betriebswarmes Lager
Immer vor dem Stillstand durchführen
Es wird so lange nachgeschmiert, bis sich an den Dichtspalten ein frischer Fettkragen bildet. Das alte Schmierfett muss dabei ungehindert aus dem Lager austreten können.
Gestaltung der Lagerung
Zur Gestaltung der Anschlusskonstruktion sind die Hinweise bei den Technischen Grundlagen zu beachten.
Die Gehäusescheibe eines Axial-Gelenklagers erfährt unter Belastung eine Spreizkraft, die zu tangentialen Spannungen und somit zu einer Durchmesseraufweitung der Gehäusescheibe führt. Das mindert die Tragfähigkeit des Lagers. Eine ausreichend dimensionierte, geschlossene Umgebungskonstruktion wirkt diesem Umstand teilweise entgegen und ermöglicht eine volle Ausnutzung der Tragfähigkeit des Axial-Gelenklagers. Ist diese Voraussetzung jedoch nicht gegeben, so muss die maximale statische Axialbelastung auf 1,2 · C begrenzt bleiben.
Vordimensionierung
Bei wartungspflichtigen Gelenklagern lässt sich eine Vordimensionierung durchführen.
Dimensionierung und Lebensdauer
Die Dimensionierung der wartungspflichtigen Gelenklager ist in den Technischen Grundlagen zusammengefasst.
Abhängig davon, ob das Lager dynamisch oder statisch belastet wird, sind zu prüfen:
Statische Tragsicherheit S0
Maximal zulässige spezifische Lagerbelastung p
Maximal zulässige Gleitgeschwindigkeit v
Maximale spezifische Reibenergie pv.
ACHTUNG
Die Lebensdauer lässt sich unter Einhaltung des Gültigkeitsbereiches berechnen.
Berechnungsbeispiel Radial‑Gelenklager GE50-DO
Die Berechnung der Lebensdauer des Radial-Gelenklagers erfolgt aufgrund der Gleitpaarung Stahl/Stahl.
Gegeben
Zur Berechnung der Lebensdauer sind gegeben:
Anlenkung eines Zug-Drucklenkers
Axiale und radiale Wechsellast.
Betriebsparameter
Lagerbelastung
Fr
=
25 000 N
Fa
=
5 000 N
Schwenkwinkel
β
=
35°
Schwenkfrequenz
f
=
6 min–1
Nachschmierintervall
lW
=
16 h
Betriebstemperatur
ϑmin
=
–20 °C
ϑmax
=
+60 °C
Lagerdaten
Radial-Gelenklager
=
GE50-DO
dynamische Tragzahl
Cr
=
157 000 N
Kugeldurchmesser
dK
=
66 mm
Gleitpaarung
Stahl/Stahl
Gesucht
Lager mit der geforderten Lebensdauer Lh ≧ 10 000 h.
Zulässige Belastungen prüfen
ACHTUNG
Die Gültigkeit für die zulässigen Belastungen und Gleitgeschwindigkeiten ist zu prüfen, da nur innerhalb von diesem Bereich eine sinnvolle Lebensdauerberechnung möglich ist!
Kombinierte Belastung
Für die Berechnung der kombinierten Belastung wird der Faktor X aus dem Diagramm für Radial-Gelenklager mit dem Verhältnis Fa/Fr = 5 000 N / 25 000 N = 0,2 abgelesen:
Spezifische Lagerbelastung
Die spezifische Lagerbelastung mit Hilfe des spezifischen Belastungskennwerts K:
Gleitgeschwindigkeit bei Schwenkbewegung
Die Gleitgeschwindigkeit mit Hilfe des Kugeldurchmessers dK und dem Schwenkwinkel β berechnen und auf Gültigkeit prüfen:
Spezifische Reibenergie pv
Die spezifische Reibenergie pv auf Gültigkeit prüfen:
Lebensdauerformel ermitteln
Für die Berechnung der Lebensdauer muss die gültige Lebensdauerformel gewählt und anschließend korrigiert werden.
Wahl der gültigen Lebensdauerformel
Für wartungspflichtige Gleitlager gilt:
Korrekturfaktoren, abhängig von der Lagerart
Die für die Gleitpaarung Stahl/Stahl benötigten Korrekturfaktoren sind aus der Matrix zu wählen und die Lebensdauerformel entsprechend zu korrigieren.
Baureihe
Gleitpaarung
Korrekturfaktoren
Gelenklager
Gelenkkopf
fp
fv
fϑ
fA
fdK
fβ
fHz
GE..-DO
‒
Stahl/Stahl
■
■
■
■
■
■
■
Korrigierte Lebensdauerformel
Lebensdauer berechnen
Die Werte für die Korrekturfaktoren der korrigierten Lebensdauerformel sind den Diagrammen zu entnehmen. Der spezifische Gleitlagerfaktor KL = 30.
Korrekturfaktoren
Korrekturfaktor
Wert
Last fp
0,29
Gleitgeschwindigkeit fv
0,2
Temperatur fϑ
1
Umlaufverhältnis fA
1
Kugeldurchmesser fdK
1,1
Schwenk-, Oszillationswinkel fβ
0,14
Veränderliche Last fHz
2
Lebensdauer Lh
Die Lebensdauer ergibt sich aus:
Lebensdauer LhN bei periodischer Nachschmierung
Durch periodische Nachschmierung kann die Lebensdauer, abhängig vom Nachschmierintervall, erhöht werden.
Erforderliches Nachschmierintervall berechnen und gewünschtes Nachschmierintervall auf Gültigkeit prüfen:Mit der Nachschmierhäufigkeit Lh/lW = 467 h/16 h = 29,19 wird der Korrekturfaktor fNH = 4,7 ermittelt. Mit dem Schwenkwinkel β = 35° ist der Korrekturfaktor fNβ = 5,6.
Ergebnis
Das gewählte Radial-Gelenklager GE50-DO erfüllt die Anforderung einer Lebensdauer Lh ≧ 10 000 h.
Genauigkeit
Die Hauptabmessungen sowie die Maß- und Formgenauigkeit des Innen- und Außendurchmessers entsprechen DIN ISO 12240-1 bis DIN ISO 12240-3. Ausnahmen sind Radial-Gelenklager der Baureihe GE..-HO-2RS und Gelenklager GE..-ZO in Zollabmessungen.
Die Maß- und Toleranzangaben sind arithmetische Mittelwerte, die Maßprüfung erfolgt nach ISO 8015.
Lager mit Stahl/Stahl-Gleitpaarung können durch die Oberflächenbehandlung geringfügig von den angegebenen Toleranzen abweichen. Einbau- und Betriebsverhalten werden dadurch nicht beeinflusst.
Gelenklager mit gesprengtem oder geteiltem Außenring
Die Außendurchmesser liegen vor der Oberflächenbehandlung und dem Sprengen oder Teilen innerhalb der in den Tabellen angegebenen Abmaße. Durch das Sprengen und Teilen werden die Außenringe geringfügig unrund. Nach dem Einbau in eine vorschriftsmäßig gefertigte Aufnahmebohrung wird die Rundheit des Außenrings wieder hergestellt.
ACHTUNG
Messwerte am Außendurchmesser des nicht eingebauten Lagers können nicht als ursprüngliches Istmaß des Außendurchmessers verwendet werden!
Rundheitsabweichung vor dem Einbau
ΔD = Abweichung des Außendurchmessers · D = Außendurchmesser des Gelenklagers · t = Toleranzzone
Abweichung innerhalb der Toleranzzone vor dem Einbau · Nach dem Einbau, Lager in Aufnahmebohrung montiert · Referenzkreis
Mit der Nachschmierhäufigkeit Lh/lW = 467 h/16 h = 29,19 wird der Korrekturfaktor fNH = 4,7 ermittelt. Mit dem Schwenkwinkel β = 35° ist der Korrekturfaktor fNβ = 5,6.
