Lagerspiel verstehen

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Definition: Was ist Lagerspiel?

Lagerspiel (auch Lagerspiel genannt) ist die Gesamtdistanz, um die sich ein Lagerring radial (Radialspiel) oder axial (Axialspiel) relativ zum anderen Ring verschieben kann, bevor die Wälzkörper gleichzeitig mit beiden Laufringen in Kontakt kommen. Einfacher ausgedrückt handelt es sich um das vor der Montage in ein Lager eingebaute “Spiel”, das Wärmeausdehnung, Lastablenkung und Presspassungseffekte berücksichtigt.

Das richtige Lagerspiel ist entscheidend für eine optimale Lagerleistung und beeinflusst Lastverteilung, Reibung, Geräuschentwicklung, Laufgenauigkeit und Lebensdauer. Zu geringes Spiel führt zu Überhitzung und vorzeitigem Ausfall; zu großes Spiel verursacht Geräusche., Vibration, und ungenaue Wellenpositionierung.

Arten von Lagerspiel

1. Radiales Innenspiel

Der am häufigsten angegebene Typ:

• Definition: Distanz, um die sich der Innenring radial relativ zum Außenring bewegen kann
• Messung: Bei fixiertem Laufring die maximale radiale Verschiebung des anderen Laufrings messen
• Typische Werte: 5–50 Mikrometer (0,0002–0,002 Zoll) für kleine bis mittelgroße Lager
• Betrifft: Radiale Steifigkeit, Lastverteilung, Rundlaufgenauigkeit

2. Axiales Innenspiel

Wichtig für bestimmte Lagertypen:

• Definition: Abstand, um den sich der Innenring axial relativ zum Außenring bewegen kann
• Relevant für: Schrägkugellager, Kegelrollenlager
• Einstellung: Oft durch Unterlegen oder Festziehen der Mutter einstellbar
• Betrifft: Axiale Steifigkeit, Vorspannung, Schubkapazität

Freigabeklassifizierungen

Lager werden mit standardisierten Lagerluftklassen hergestellt:

ISO-Freigabegruppen

• C2: Abstand geringer als normal (enger)
• CN (Normal): Standardabstand für die meisten Anwendungen
• C3: Spiel größer als normal (lockerer)
• C4: Spiel größer als C3 (noch lockerer)
• C5: Abstand größer als C4 (maximaler Standardabstand)

Auswahlkriterien

Wählen Sie je nach Anwendung den entsprechenden Abstand:

• C2 (eng): Geräuscharme Anwendungen, minimaler Wellenrundlauf erforderlich, niedrige Betriebstemperaturen
• CN (Normal): Standard für die meisten allgemeinen industriellen Anwendungen
• C3 (Lose): Hohe Presspassungen, hohe Betriebstemperaturen, hohe Belastungen, Pendelrollenlager
• C4, C5: Sehr hohe Temperaturen, sehr starke Presspassungen, große Lager mit erheblicher Wärmeausdehnung

Faktoren, die das Betriebsspiel beeinflussen

Anfängliche Freigabe vs. Betriebsfreigabe

Der Abstand ändert sich von der Installation bis zum Betrieb:

Clearance-Reduktionsfaktoren

• Presspassung (Welle): Durch die enge Passung auf der Welle wird der Innenring erweitert und das Spiel verringert (normalerweise 70–80% Interferenz).
• Presspassung (Gehäuse): Durch den festen Sitz im Gehäuse wird der Außenring komprimiert, wodurch das Spiel reduziert wird (normalerweise 10–20% Interferenz).
• Betriebstemperatur: Der Innenring (der sich mit der Welle dreht) ist normalerweise heißer als der Außenring, die unterschiedliche Ausdehnung verringert das Spiel
• Laden: Durch die aufgebrachte Last werden die Laufringe elastisch verformt, wodurch das effektive Spiel verringert wird

Faktoren zur Erhöhung des Spielraums

• Lagerverschleiß: Materialabtrag erhöht mit der Zeit den Abstand
• Plastische Verformung: Brinelling oder Dellen erhöhen die Bodenfreiheit
• Rassen-Creep: Unzureichende Übermaße führen dazu, dass sich die Laufringe in ihren Passungen drehen und dadurch Rillen entstehen.

Berechnung des Betriebsspiels

Die endgültige Betriebsfreigabe muss alle Auswirkungen berücksichtigen:

• Betriebsspiel = Anfangsspiel – Passungsreduzierung – Thermische Reduzierung + Verschleiß
• Durch die richtige Konstruktion wird sichergestellt, dass das endgültige Betriebsspiel einen kleinen positiven Wert hat
• Kein oder negatives Betriebsspiel führt zu einer Vorspannung, die Reibung und Hitze erhöht

Auswirkungen einer falschen Freigabe

Zu wenig Spiel (enges Lager)

• Übermäßige Reibung: Hohe Kontaktbelastungen erhöhen die Reibung und die Wärmeentwicklung
• Überhitzung: Kann zerstörerische Temperaturen erreichen (> 120 °C)
• Vorzeitige Ermüdung: Hohe Belastungen beschleunigen die Ermüdungslebensdauer der Lager
• Lärm: Enge Lager können hohe Quietschgeräusche verursachen
• Anfallsrisiko: In Extremfällen kann es zum Lagerfresser kommen

Zu viel Spiel (loses Lager)

• Stoßbelastung: Wälzkörper prallen bei Lastumkehr auf Laufringe
• Lärm: Hörbare Klapper- oder Klopfgeräusche
• Vibration: Erhöhte Vibrationen durch Stöße und ungleichmäßige Lastverteilung
• Reduzierte Genauigkeit: Übermäßig Wellenschlag und Positionierungsfehler
• Beschleunigter Verschleiß: Stoßbelastungen und Schleudern beschleunigen den Verschleiß
• Käfigschaden: Zu großer Abstand kann den Käfig beschädigen

Messmethoden

Vor der Installation (unmontiertes Lager)

Radialspielmessung

• Stützen Sie den Außenring und üben Sie eine kleine radiale Belastung auf den Innenring aus
• Messen Sie die Verschiebung mit einer Messuhr
• Typische Werte: 10-30 µm für mittlere Lager
• Vergleichen Sie mit den Herstellerangaben

Gefühlsmethode (qualitativ)

• Halten Sie ein Rennen und bewegen Sie das andere von Hand
• Erfahrene Techniker können beurteilen, ob die Freigabe angemessen ist
• Nicht präzise, aber nützlich für eine schnelle Überprüfung

Nach der Installation

Axiale Verschiebungsmethode

• Bei montierten Lagern axiale Kraft aufbringen
• Axiale Verschiebung messen (bezieht sich auf das radiale Spiel)
• Erfordert Zugang zum Wellenende

Schwingungsanalyse

• Übermäßiges Spiel zeigt sich als erhöhte hochfrequente Vibration
• Impact-Signaturen in Zeitwellenform
• Änderungen der Lagereigenfrequenzen

Richtlinien zur Freigabeauswahl

Berücksichtigung des Temperaturanstiegs

• Schätzen Sie den Anstieg der Lagertemperatur (normalerweise 20–60 °C über der Umgebungstemperatur)
• Berechnen Sie die unterschiedliche Ausdehnung zwischen Innen- und Außenringen
• Wählen Sie das Anfangsspiel, um ein optimales Betriebsspiel zu gewährleisten
• Faustregel: 1 µm Spielreduzierung pro °C Temperaturunterschied für Lager mit 100 mm Bohrung

Kompensation von Presspassungen

• Enger Wellensitz: Verwenden Sie C3 oder C4, um die Ausdehnung des Innenrings auszugleichen
• Lockerer Wellensitz: CN oder C2 können geeignet sein
• Gehäusepassungseffekte sind in der Regel weniger signifikant als Wellenpassungseffekte

Anwendungsspezifische Auswahl

• Präzisionsanwendungen: C2 oder CN für minimalen Rundlauf
• Elektromotoren: C3 häufig aufgrund enger Wellenpassungen und Temperaturanstieg
• Hochtemperaturbetrieb: C4 oder C5 zur Berücksichtigung der Wärmeausdehnung
• Schwere Lasten: C3 oder C4, eine gewisse Verringerung des Spiels unter Last ist akzeptabel

Zusammenhang mit Vibration und Diagnose

Einfluss auf das Schwingungsverhalten

• Zu großer Abstand führt zu nichtlinearer Schwingungsreaktion
• Mehrere Obertöne durch Stoßbelastung
• Breitbandiges Hochfrequenzrauschen
• Unregelmäßige Vibrationen, die nicht proportional zur Geschwindigkeit sind

Diagnoseindikatoren

• Eine Zunahme des Gesamtvibrationspegels im Laufe der Zeit deutet auf Verschleiß hin, der das Spiel vergrößert
• Hochfrequente Stöße weisen auf einen zu großen Abstand hin
• Änderungen der Lagersteifigkeit wirken sich aus kritische Geschwindigkeiten
• Die Temperaturüberwachung zeigt ein enges Lager (hohe Temperatur) im Vergleich zum Normalzustand

Das Lagerspiel ist eine wichtige Spezifikation, die sorgfältig ausgewählt und überprüft werden muss, um eine optimale Lagerleistung zu gewährleisten. Wenn Sie verstehen, wie sich das Spiel auf Vibrationen, Geräusche und die Lagerlebensdauer auswirkt, können Sie Lager besser auswählen, richtig installieren und den Lagerzustand effektiv diagnostizieren.

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