Gelenkköpfe, wartungsfrei
Merkmale
Wartungsfreie Gelenkköpfe und wartungsfreie NIRO‑Gelenkköpfe bestehen aus einem Stangenkopf und einem wartungsfreien Gelenklager. Der Stangenkopf hat ein Außen- oder Innengewinde und das Gelenklager ist fest mit dem lageraufnehmenden Bauteil verbunden.
Die Gelenkköpfe gibt es offen und beidseitig abgedichtet. Ein Zinküberzug schützt die Köpfe vor Korrosion.
Als Gleitschicht zwischen Innen- und Außenring wird PTFE-Verbundwerkstoff , ELGOGLIDE oder PTFE-Folie eingesetzt.
Einsatzbereich
Wartungsfreie Gelenkköpfe nehmen radiale Kräfte in Zug- und Druckrichtung auf. Sie eignen sich besonders für langsame Bewegungen bei kleinen bis mittleren Schwenkwinkeln und einseitigen Belastungen. Für wechselnde Belastungen können Gelenkköpfe mit Lagern der Baureihen GE..-UK-2RS(-2TS) und GE..-FW-2RS(-2TS) eingesetzt werden.
Maßreihe E
Gelenkköpfe nach DIN ISO 12240-4-Maßreihe E haben Radial‑Gelenklager GE..-UK oder GE..-UK-2RS(-2TS) und ein rechts‑ oder linksgängiges Innen- oder Außengewinde, ➤ Bild. Als Gleitpaarungen werden Hartchrom/PTFE-Verbundwerkstoff oder Hartchrom/ELGOGLIDE eingesetzt. Die schmalbauenden Augen lassen kompakte Umgebungskonstruktionen zu. Auf Anfrage sind diese Gelenkköpfe auch mit Radial-Gelenklager GE..-FW oder GE..-FW-2RS(-2TS) der Maßreihe G erhältlich.
Gelenkköpfe, Maßreihe E
Maßreihe K
Gelenkköpfe nach DIN ISO 12240-4-Maßreihe K haben Radial‑Gelenklager GE..-PW und ein rechts- oder linksgängiges Innen- oder Außengewinde, ➤ Bild. Als Gleitpaarung wird Stahl/PTFE‑Folie eingesetzt.
Gelenkköpfe, Maßreihe K
NIRO‑Gelenkköpfe
NIRO‑Gelenkköpfe nach DIN ISO 12240-4-Maßreihe K haben Radial‑Gelenklager GE..-PS und ein rechts- oder linksgängiges Innen- oder Außengewinde, ➤ Bild. Die Gleitpaarung besteht aus korrosionsbeständigem Stahl und korrosionsbeständiger PTFE‑Folie , die in der Außenringkugelfläche fixiert ist.
Der Stangenkopf hat ein Gewinde nach DIN 13, der Durchmesserbereich umfasst 5 mm bis 30 mm. Die Bohrungstoleranz der Gelenklager ist H7 Ⓔ.
NIRO‑Gelenkköpfe mit Innengewinde sind auch mit CETOP‑Anschlussmaßen nach ISO 8139 für Pneumatikzylinder lieferbar. Diese werden bevorzugt in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik verwendet.
NIRO‑Gelenkköpfe, korrosionsbeständig, Maßreihe K
Baureihe, Gleitschicht, Norm
Wartungsfreie Gelenkköpfe werden baureihenspezifisch mit unterschiedlichen Gleitschichten ausgeführt.
Baureihe und Ausführung für Gleitschicht ELGOGLIDE oder PTFE‑Verbundwerkstoff
|
Baureihe |
Gewinde |
DIN ISO |
Maßreihe |
Welle d |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
mm |
|||||
|
von |
bis |
||||
|
GIR..-UK |
Innen, rechtsgängig |
12240-4 |
E, Form F |
6 |
30 |
|
GIR..-UK-2RS |
17 |
80 |
|||
|
GIR..-UK-2TS |
30 |
80 |
|||
|
GIL..-UK |
Innen, linksgängig |
6 |
30 |
||
|
GIL..-UK-2RS |
17 |
80 |
|||
|
GIL..-UK-2TS |
30 |
80 |
|||
|
GAR..-UK |
Außen, rechtsgängig |
12240-4 |
E, Form M |
6 |
30 |
|
GAR..-UK-2RS |
17 |
80 |
|||
|
GAR..-UK-2TS |
30 |
80 |
|||
|
GAL..-UK |
Außen, linksgängig |
6 |
30 |
||
|
GAL..-UK-2RS |
17 |
80 |
|||
|
GAL..-UK-2TS |
30 |
80 |
|||
Baureihe und Ausführung für Gleitschicht PTFE-Folie
|
Baureihe |
Gewinde |
DIN ISO |
Maßreihe |
Welle d |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
mm |
|||||
|
von |
bis |
||||
|
GIKR..-PW |
Innen, rechtsgängig |
12240-4 |
K, Form F |
5 |
30 |
|
GIKSR..-PS |
|||||
|
GIKPR..-PW |
Innen, rechtsgängig, Feingewinde für Norm-Pneumatikzylinder nach DIN ISO 15552 |
||||
|
GIKPSR..-PS |
|||||
|
GIKL..-PW |
Innen, linksgängig |
||||
|
GIKSL..-PS |
|||||
|
GAKR..-PW |
Außen, rechtsgängig |
12240-4 |
K, Form M |
5 |
30 |
|
GAKSR..-PS |
|||||
|
GAKL..-PW |
Außen, linksgängig |
||||
|
GAKSL..-PS |
|||||
Werkstoffe
Wartungsfreie Gelenkköpfe erfüllen alle Anforderungen, die an Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit, Härte, Zähigkeit und Gefügestabilität sowie an wartungsfreien Betrieb gestellt werden.
Wartungsfreie Gelenkköpfe werden aus gesenkgeschmiedetem Vergütungsstahl C45 QT nach DIN EN 10083-2 gefertigt, ihre Oberfläche ist verzinkt.
NIRO‑Gelenkköpfe haben einen Innenring aus rostfreiem Stahl wie X105CrMo17. Der Außenring und das Gehäuse bestehen aus X8CrNiS18-9. Alternative Werkstoffe sind zulässig.
Abdichtung
Abgedichtete Gelenkköpfe der Maßreihe E haben das Nachsetz-zeichen 2RS oder 2TS. Sie sind durch beidseitige Lippendichtungen vor Schmutz und Spritzwasser geschützt. Gelenkköpfe GIR..-UK-2TS, GIL..-UK-2TS, GAR..-UK-2TS und GAL..‑UK‑2TS sind beidseitig mit integrierter, dreilippiger Hochleistungsdichtung abgedichtet.
Gelenkköpfe der Maßreihe K sind nicht abgedichtet.
Schmierung
Während der Einlaufphase werden PTFE-Partikel von der Gleitschicht auf die Gegenlauffläche übertragen. Dadurch füllen sich die geringen Rauheiten der Oberfläche des Innenrings. Erst diese tribologisch glatte Oberfläche in Verbindung mit den gelösten PTFE-Partikeln ermöglicht die lange Gebrauchsdauer der Lager.
ACHTUNG
Wartungsfreie Gelenkköpfe haben keine Nachschmiereinrichtung und dürfen nicht geschmiert werden!
Schmierung bei trocken eingelaufenen, wartungsfreien Gelenkköpfen zerstört den notwendigen Glättungseffekt und verringert die Gebrauchsdauer der Lager erheblich!
Betriebstemperatur
Die zulässige Betriebstemperatur hängt von der Gleitpaarung und der Abdichtung ab, siehe Tabelle.
ACHTUNG
Übersteigt die Temperatur die angegebenen Werte, dann verringern sich die Gebrauchsdauer und die Wirkung der Abdichtung!
Bei Temperaturen unter 0 °C ist eine Verringerung der Belastbarkeit der Gelenkköpfe zu berücksichtigen!
Betriebstemperatur
|
Baureihe |
Temperatur |
Verminderte Tragfähigkeit |
|
|---|---|---|---|
|
°C |
°C |
||
|
von |
bis |
ab |
|
|
GIR..-UK GIL..-UK GAR..-UK GAL..-UK |
–50 |
+200 |
+100 |
|
GIR..-UK-2RS GIL..-UK-2RS GAR..-UK-2RS GAL..-UK-2RS |
–30 |
+130 |
|
|
GIR..-UK-2TS GIL..-UK-2TS GAR..-UK-2TS GAL..-UK-2TS |
–30 |
+100 |
|
|
GAKR..-PW, |
–50 |
+200 |
|
|
GIKSR..-PS, |
–10 |
+80 |
+80 |
Sonderausführung
Auf Anfrage sind lieferbar:
- Gelenkköpfe mit Sondergewinde
- Gelenkköpfe mit anderem Korrosionsschutz.
Nachsetzzeichen
Nachsetzzeichen der lieferbaren Ausführungen siehe Tabelle.
Lieferbare Ausführungen
|
Nachsetzzeichen |
Beschreibung |
Ausführung |
|---|---|---|
|
2RS |
beidseitig mit Standardlippendichtung |
Standard |
|
2TS |
beidseitig mit dreilippiger Hochleistungsdichtung |
|
|
‒ |
mit Sondergewinde |
Sonderausführung, |
|
‒ |
mit einem anderen Korrosionsschutz |
Konstruktions- und Sicherheitshinweise
In den Technischen Grundlagen sind die wesentlichen Hinweise zu Reibung, Lebensdauer und Umgebungskonstruktion zusammengefasst.
Dimensionierung
Bei Gelenkköpfen muss stets die zulässige statische Belastung des Stangenkopfes geprüft werden. Für die Berechnung der Lebensdauer des Gelenkkopfes ist die Lebensdauer des verbauten Gelenklagers im Kopf entscheidend.
Belastungsrichtung und Belastungsart bestimmen die Bauform des Gelenkkopfes und die Gleitpaarung des Gelenklagers.
Zulässige Belastung der Gelenkköpfe
Die zulässige Belastung hängt von der Art der Belastung ab.
Schwell- oder Wechsellasten beanspruchen das Material der Gelenkköpfe höher als ruhende Belastungen. Zur Berechnung muss für diese Betriebsbedingungen der Belastungsfaktor fb berücksichtigt werden, siehe Tabelle.
ACHTUNG
Die maximale äquivalente Lagerbelastung P darf die zulässige Belastung des Gelenkkopfes Pper nicht überschreiten, siehe ➤ Gleichung!
Bei Gelenkköpfen mit dem Gleitwerkstoff ELGOGLIDE ist die statische Tragzahl C0r des Gelenkkopfes kleiner als die dynamische Tragzahl Cr des Lagers!
Belastung Gelenkkopf
Es gilt:
Die zulässige Belastung des Gelenkkopfes Pper
wird berechnet:
| P | N |
Maximale äquivalente Lagerbelastung |
| Pper | N |
Zulässige Belastung des Gelenkkopfes |
| C0r | N |
Statisch radiale Tragzahl des Gelenkkopfes |
| fb | – |
Belastungsfaktor, siehe Tabelle. |
Belastungsfaktoren
|
Belastungsart |
Baureihe |
Belastungsfaktor fb |
|---|---|---|
|
Einseitige Last |
alle Baureihen |
1 |
|
|
||
|
Schwelllast |
GIR..-UK(-2RS, -2TS) GAR..-UK(-2RS, -2TS) GIKR..-PW GAKR..-PW GIKSR..-PS GIKPSR..-PS GAKSR..-PS |
2,25 3 2,25 3 2,25 2,25 3 |
|
|
||
|
Wechsellast |
||
|
|
Statische Tragzahl
Die statische Tragzahl C0r gibt die Tragfähigkeit des Stangenkopfes bei ruhender Belastung in Zugrichtung an. Sie beinhaltet bei Raumtemperatur mindestens eine 1,2-fache Sicherheit gegenüber der Streckgrenze des Stangenkopfwerkstoffes. Die Tragzahl beschreibt die maximal zulässige, ruhende Zugbelastung bei einer Ausnutzung von 83% der Materialstreckgrenze im höchstbeanspruchten Querschnittsbereich.
ACHTUNG
Die statische Tragzahl C0r der Gelenkköpfe bezieht sich nur auf die Belastbarkeit des Gelenkkopfgehäuses! Sie basiert auf Zug- und Druckbelastungen, die über beziehungsweise in Richtung des Gelenkkopfschaftes liegen!
Soll die statische Tragzahl C0r voll genutzt werden, sind hochfeste Werkstoffe für die Welle und das Gehäuse zu verwenden!
Dynamische Tragzahl
Die dynamische Tragzahl Cr bezieht sich auf das eingebaute Gelenklager und ist der Kennwert zur Berechnung der Lagerlebensdauer. Sie hängt von der Gleitpaarung ab und beeinflusst die Lebensdauer der Gelenkköpfe wesentlich mit.
ACHTUNG
Äquivalente Lagerbelastung und zusätzliche Biegespannungen im Schaftbereich müssen berücksichtigt werden, wenn außer der Radialbelastung in Zug- und Druckrichtung weitere Querkräfte in axialer Richtung zum Gelenkschaft wirken!
Berechnungsbeispiel Radial‑Gelenkkopf GAR25-UK
Die Berechnung der Lebensdauer des Radial-Gelenkkopfs erfolgt aufgrund der Gleitschicht PTFE-Verbundwerkstoff .
Gegeben
Zur Berechnung der Lebensdauer sind gegeben:
- Gestängelagerung an einer Transfereinrichtung
- Einseitig kombinierte Belastung.
Betriebsparameter
|
Lagerbelastung |
Fr |
= |
16 000 N |
|
Fa |
= |
1 200 N |
|
|
Schwenkwinkel |
β |
= |
27° |
|
Schwenkfrequenz |
f |
= |
12 min–1 |
|
Betriebstemperatur |
ϑ |
= |
+100 °C |
Lagerdaten
|
Radial-Gelenkkopf |
= |
GAR25-UK |
||
|
|
dynamische Tragzahl |
Cr |
= |
51 100 N |
|
statische Kopftragzahl |
C0r |
= |
105 000 N |
|
|
Kugeldurchmesser |
dK |
= |
35,5 mm |
|
|
Gleitwerkstoff |
PTFE-Verbundwerkstoff |
|||
Gesucht
- Lager mit der geforderten Lebensdauer Lh ≧ 6 000 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 = 1 200 N / 16 000 N = 0,075 abgelesen:
Spezifische Lagerbelastung
Die spezifische Lagerbelastung mit Hilfe des spezifischen Belastungskennwerts K berechnen und auf Gültigkeit prüfen:
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:
Zulässige Belastung des Gelenkkopfes
Die Tragfähigkeit des Gelenkkopfes ist getrennt vom Gelenklager zu betrachten. Zur Berechnung der erforderlichen Tragfähigkeit dient der Belastungsfaktor fb, siehe Tabelle.
Der Gelenkkopf GAR25-UK mit der Kopftragzahl C0r = 105 000 N ist geeignet.
Lebensdauerformel ermitteln
Für die Berechnung der Lebensdauer muss die gültige Lebensdauerformel gewählt und anschließend korrigiert werden.
Wahl der gültigen Lebensdauerformel
Für wartungsfreie Gleitlager gilt:
Korrekturfaktoren, abhängig von der Lagerart
Die für das Gleitlagermaterial PTFE-Verbundwerkstoff benötigten Korrekturfaktoren sind aus der Matrix zu wählen und die Lebensdauerformel entsprechend zu korrigieren.
|
Baureihe |
Gleitschicht |
Korrekturfaktoren |
|||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Gelenklager |
Gelenkkopf |
fp |
fv |
fpv |
fpv* |
fϑ |
fA |
fα |
fβ |
fHz |
|
|
GE..-UK |
GAR..-UK |
PTFE-Verbundwerkstoff |
■ |
■ |
■ |
‒ |
■ |
■ |
‒ |
‒ |
■ |
Korrigierte Lebensdauerformel
Lebensdauer berechnen
Die Werte für die Korrekturfaktoren der korrigierten Lebensdauerformel sind den Diagrammen zu entnehmen. Der spezifische Gleitlagerfaktor KL = 1 000.
Korrekturfaktoren
|
Korrekturfaktor |
Wert |
|---|---|
|
Last fp |
0,96 |
|
Gleitgeschwindigkeit fv |
0,99 |
|
Reibenergie fpv |
1 |
|
Temperatur fϑ |
0,92 |
|
Umlaufverhältnis fA |
1 |
|
Veränderliche Last fHz |
1 |
Lebensdauer Lh
Die Lebensdauer ergibt sich aus:
Ergebnis
Der gewählte Gelenkkopf GAR25-UK erfüllt die Anforderung einer Lebensdauer Lh ≧ 6 000 h.
Genauigkeit
Die Hauptabmessungen der Gelenkköpfe entsprechen DIN ISO 12240-4.
Die angegebene Gewindelänge ist die minimal nutzbare Länge, zugrunde liegt die übliche Anfasung des Gewindegegenstückes.