Grundlagen von Axiallagern
Definition: Was ist ein Axiallager?
A Axiallager Ein Axiallager (auch Axiallager genannt) ist ein Speziallager, das zur Aufnahme von parallel zur Wellenachse wirkenden Lasten (Axial- oder Schublasten) und zur Kontrolle der axialen Position eines Rotor. Im Gegensatz zu Radiallagern, die Lasten senkrecht zur Welle aufnehmen, verfügen Axiallager über Kontaktflächen senkrecht zur Wellenachse, wodurch sie Kräften widerstehen können, die versuchen, die Welle in axialer Richtung zu drücken.
Axiallager sind in Maschinen, in denen axiale Kräfte wirken, wie z. B. Pumpen, Kompressoren, Turbinen, Propellerwellen und vertikal ausgerichtete Anlagen, unerlässlich. Ausfall oder unzureichende Tragfähigkeit der Axiallager führen zu übermäßigen Schäden. axiale Schwingung, Wellenendspiel und potenziell katastrophale Schäden durch Rotorkontakt mit stationären Bauteilen.
Arten von Axiallagern
Wälzlager mit Axialbewegung
1. Axialkugellager
- Design: Kugelelemente, die zwischen flachen oder genuteten Anlaufscheiben laufen
- Belastbarkeit: Mäßig
- Geschwindigkeit: Mittlere bis hohe Geschwindigkeiten
- Präzision: Gute axiale Positioniergenauigkeit
- Anwendungen: Werkzeugmaschinen, Kfz-Getriebe, mittlere Schubkräfte
2. Zylinderrollen-Axiallager
- Design: Zylinderrollen zwischen Anlaufscheiben
- Belastbarkeit: Sehr hoch (Linienkontakt vs. Punktkontakt)
- Geschwindigkeit: Nur niedrige bis mittlere Geschwindigkeiten
- Präzision: Mäßig
- Anwendungen: Schwere Maschinen, Vertikalpumpen, Kranhaken
3. Kegelrollenlager
- Design: Ein einzelnes Lager trägt sowohl Radial- als auch Axiallasten.
- Belastbarkeit: Hohe Belastungen bei kombinierten Lasten
- Einstellbarkeit: Vorspannung über den Abstand einstellbar
- Anwendungen: Fahrzeugräder, Getriebe, kombinierte Lastsituationen
4. Schrägkugellager
- Design: Kugelkontakt unter Winkel, trägt sowohl Radial- als auch Axiallasten
- Konfiguration: Oft paarweise verwendet (Rücken an Rücken oder Angesicht zu Angesicht)
- Geschwindigkeit: Hochgeschwindigkeitsfähigkeit
- Anwendungen: Werkzeugmaschinenspindeln, Hochgeschwindigkeitspumpen
Gleitlager
1. Kippsegment-Axiallager
- Design: Mehrere schwenkbare Pads erzeugen Ölkeile
- Belastbarkeit: Sehr hoch (Megawatt in großen Turbinen)
- Geschwindigkeit: Unbegrenzt (bis über 30.000 U/min)
- Dämpfung: Exzellent
- Anwendungen: Dampfturbinen, Gasturbinen, Großkompressoren, Generatoren
2. Feste Gleitlager (mit konischer Auflagefläche)
- Design: Stationäre Pads mit konischen Oberflächen
- Belastbarkeit: Hoch
- Einfachheit: Keine beweglichen Teile
- Anwendungen: Vertikalpumpen, Wasserturbinen
Quellen axialer Belastungen
In Pumpen und Kompressoren
- Hydraulischer Schub des Laufrads: Der Druckunterschied am Laufrad erzeugt eine resultierende axiale Kraft
- Größe: Selbst bei mittelgroßen Pumpen können es Tausende von Pfund sein.
- Richtung: Typischerweise zur Saugseite hin
- Ausgleichen: Ausgleichsbohrungen, hintere Leitschaufeln oder gegenläufige Laufräder reduzieren den Nettoschub
In Turbinen
- Dampf- oder Gasströmung erzeugt axialen Druck auf die Schaufeln.
- Die Schubkraft nimmt mit der Leistung zu.
- Kann sich beim Anfahren oder bei Laständerungen umkehren
- Ausgleichskolben wirken dem Schub entgegen.
In Getrieben
- Schrägverzahnte Zahnräder erzeugen einen axialen Schub (dessen Größe proportional zum übertragenen Drehmoment ist).
- Kegelräder erzeugen axiale Komponenten
- Die Schubrichtung hängt von der Zahnradhand (Richtung des Helixwinkels) ab.
Andere Quellen
- Magnetische Anziehungskraft: In Elektromotoren erzeugt magnetische Unwucht axiale Kräfte
- Propeller und Ventilatoren: Aerodynamischer Schub durch Fluidbeschleunigung
- Riemenantriebe: Schräge Riemen erzeugen axiale Kraftkomponenten
- Fehlausrichtung: Winkelabweichungen in Kupplungen erzeugen oszillierende Axialkräfte
Probleme und Diagnose von Axiallagern
Häufige Fehler
- Überlast: Schubkraft übersteigt Tragfähigkeit
- Unzureichende Schmierung: Unzureichender Ölfluss oder Fett
- Kontamination: Partikel beschädigen Schubflächen
- Tragen: Oberflächenverschlechterung durch Abrieb oder Materialermüdung
- Überhitzung: Übermäßige Reibung oder unzureichende Kühlung
Vibrationssymptome
- Hoch Axiale Vibration: Hauptindikator für Probleme mit Axiallagern
- Niederfrequente Schwingung: Welle axial schwimmend
- Auswirkungen: Bei zu großen Spielräumen kommt es zu Wellenaufprallstopps.
- Messung: Axiale Näherungssensoren oder Beschleunigungsmesser zeigen Symptome an
Andere Indikatoren
- Temperaturanstieg: Das Axiallager läuft heiß
- Lärm: Ungewöhnliche Geräusche aus dem Bereich des Schublagers
- Axiales Spiel: Messbare Wellenbewegung in axialer Richtung
- Ölqualität: Metallische Partikel im Schmierstoff
Überwachung und Wartung
Kritische Überwachungsparameter
- Axiale Schwingung: Kontinuierliche oder periodische Messung
- Axiale Position: Näherungssensoren zur Verfolgung der Wellenposition
- Axiallagertemperatur: RTD- oder Thermoelementüberwachung
- Öldurchfluss und -druck: Für Gleitlager
Wartungspraktiken
- Sicherstellen, dass ausreichend Schmierung des Axiallagers vorhanden ist
- Überprüfen Sie die axialen Spielräume bei Überholungen.
- Prüfen Sie die Axiallagerflächen auf Verschleiß oder Beschädigungen.
- Messen Sie nach Möglichkeit die tatsächlichen Schubkräfte (Dehnungsmessstreifen, Kraftmessdosen).
- Trenddaten zu Temperatur und Vibration
Axiallager, die oft weniger Beachtung finden als Radiallager, sind für die axiale Positionskontrolle und die Aufnahme axialer Lasten in rotierenden Maschinen unerlässlich. Das Verständnis der verschiedenen Axiallagertypen, Lastquellen und Ausfallarten ermöglicht die richtige Lagerauswahl, eine effektive Überwachung und rechtzeitige Wartung, um Ausfälle zu verhindern, die zu einem katastrophalen Rotor-Stator-Kontakt und zur Zerstörung der Anlage führen könnten.
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