Wichtige Erkenntnisse
Zieht man ein Jahr defekter Lager aus einer Anlage heran, tragen auffällig viele Markierungen, die bereits vor dem ersten Maschinendurchlauf entstanden sind, z. B. Brinell-Eindrücke im Kugelabstand auf einem stationären Ring. Sie wurden bei der Montage beschädigt und liefen dann nur noch auf Zeit, bis sich der Schaden zu Abplatzungen (Spalling) auswuchs; der auslösende Defekt ist am Tag der Montage unsichtbar und bei einer Handdrehprüfung nicht feststellbar.
Deshalb braucht der Lagerwechsel eine schriftliche Methode mit dokumentierten Messwerten: Montageschritte innerhalb eines strukturierten präventiven Wartungsplans, mit Feldern für gemessenen Wellendurchmesser und Montagetemperatur, die jedes Mal auf gleiche Weise wiederholt werden.
Arbeite auf einer sauberen Werkbank mit fusselfreien Tüchern, puste den Sitz niemals mit Druckluft ab, und halte die Lagerverpackung geschlossen, bis die Welle bereit ist. Bevor sie geöffnet wird:
Eine Anlage, die für ihre Umlaufsysteme nach dem ISO-4406-Ölreinheitscode arbeitet, sollte die Montagebank nach demselben Standard halten.
Der Ring, der sich relativ zur Belastungsrichtung dreht, benötigt eine Übermaßpassung; der relativ zur Belastung stationäre Ring kann eine lockerere Passung erhalten. Bei rotierender Welle und stationärer radialer Belastung: Übermaß am Innenring, eine leicht lockere bis Übergangspassung am Außenring.
Typische Wellennennmaße sind j6 für leichte Lasten, k5 oder k6 für normale industrielle Beanspruchung und m5 oder m6 für starke oder stoßartige Belastungen; Gehäuse sind häufig H7, oder J7 dort, wo der Außenring nicht kriechen darf. Eine engere Passung widersteht Kriechen und Fretting, kostet aber Montagekraft und Spiel.
Das Aufpressen eines Innenrings auf einen übermaßigen Sitz dehnt ihn: die Bohrung wächst, die Laufbahn mit ihr, und der Raum für die Wälzkörper schrumpft. Etwa 80 Prozent des Übermaßes erscheinen auf einer massiven Stahlwelle als verlorenes radiales Innenluftspiel, so dass etwa 25 Mikrometer Übermaß ungefähr 20 Mikrometer Spiel verbrauchen, noch bevor die Maschine einmal gelaufen ist.
Passungs- und Spielklasse sind daher eine Entscheidung: eine enge Passung mit einem Standard-CN-Lager bei einer heißen Anwendung kann im Betrieb negatives Spiel erreichen, also Voreinstellung, Reibung, Erwärmung und kurze Lebensdauer bedeuten. Die Wahl von C3 oder C4 statt CN wird im Begleitbeitrag zu Spielklassen von Lagern behandelt.
Kaltmontage eignet sich für kleine Lager, grob bis 60 bis 70 mm Bohrung bei mäßigem Übermaß. Verwende ein Passwerkzeug, dessen Aufschlagring nur den zu montierenden Ring berührt: bei Wellenpassung also nur den Innenring. Eine Hülse, die beide Ringflächen kontaktiert, ist nur korrekt, wenn das Lager in einem Hub sowohl auf die Welle als auch ins Gehäuse getrieben wird, sodass jeder Ring seine eigene Kraft direkt erhält. Schlage mit einem Kunststoff- oder Schonhammer (Dead-blow) oder besser mit einer Presse, die Rückmeldung gibt, die ein Hammer nicht liefern kann: steigt die Kraft weiter, nachdem der Ring eigentlich sitzen sollte, ist etwas verkantet. Die Montagekraft darf niemals über die Wälzkörper eingeleitet werden.
Wärmemontage ist üblich ab grob 70 mm Bohrung aufwärts, und darunter dort, wo das Übermaß größer ist als das, was eine Presse liefern kann. Verwende einen Induktionsheizer mit Temperaturfühler oder ein thermostatisches Ölbad. Erwärme den Innenring auf 80 bis 90 K über der Wellentemperatur, was bei einer Werkstatttemperatur von 20 °C etwa 100 bis 110 °C bedeutet. Standardlager sind bis 120 °C dimensionsstabil, behandle 120 °C daher als harte Obergrenze und 110 °C als Arbeitshöchstwert: oberhalb der Grenze drohen dimensionsbedingte Änderungen der Ringe, und Wärme schädigt das Fett in vormontierten Einheiten deutlich früher. Niemals eine Flamme verwenden und niemals ein abgedichtetes oder gefettetes Lager in einem Ölbad erwärmen.
Kegelsitze nehmen auf einer zylindrischen Welle eine Adapterhülse auf, oder den Kegel der Welle selbst, der mit einer Kontermutter oder einer hydraulischen Mutter nachgezogen wird; eine Abziehhülse ist das Demontagegegenstück, nicht zum Montieren. Die Steuergröße ist die Vorschubstrecke (Drive-up-Distanz) oder die Verringerung des gemessenen Innenluftspiels, niemals das Drehmoment: das Übermaß wird dadurch bestimmt, wie weit der Ring auf dem Kegel nach oben gefahren wird.
Bei der Montage die Lagerhöhle vollständig füllen und den freien Gehäuseraum bei normalen Drehzahlen auf etwa 30 bis 50 Prozent füllen. Ein Überfüllen eines Hochgeschwindigkeitslagers ist eine klassische Ursache für einen Temperaturanstieg am ersten Tag, weil durchgerührtes Fett schneller Wärme erzeugt als abgeführt werden kann. Dokumentiere die Anfangsfüllung, die nicht die nachfolgende Nachfüllmenge im Betrieb ist. Intervalle sind in der Anleitung zu Nachschmierintervallen beschrieben. Die Ausführung gehört auf geplante Schmierstrecken.
Sobald montiert, die Welle von Hand drehen, um Rauheit oder einen zyklischen Hänger zu prüfen, und dann innerhalb der ersten Stunde, bei vier Stunden und bei 24 Stunden Vibrationen- und Temperatur-Baselines aufnehmen. Ein Anstieg über ein bis zwei Stunden, der ein Maximum erreicht und zu einem stabilen Plateau abfällt, ist Fettumlagerung. Ein Anstieg, der nach vier Stunden noch andauert, oder der niemals ein Plateau erreicht, bedeutet unzureichendes Betriebs-Spiel, zu viel Fett oder einen verkanteten Ring: anhalten und untersuchen, statt ihn 'einlaufen' zu lassen. Beurteile das Plateau gegenüber der Basislinie dieser Maschine oder dem Herstellgrenzwert, da viele Motor- und Lüftergehäuse dauerhaft 30 bis 40 K über der Umgebung liegen.
Fabrico ist der Ort, an dem diese Aufzeichnung lebt: wiederkehrende PM-Aufgaben enthalten die Montage- und Inspektionschecklisten, gemessene Werte und Ergebnisse werden dem Asset zugeordnet, sodass der nächste Techniker sieht, was die Welle beim letzten Mal gemessen hat, und jedes Asset seine eigene Akte trägt, die ein Auditor öffnen kann; eine fehlgeschlagene Prüfung kann eine Folgeaufgabe auslösen, und Maschinendaten aus PLC oder OEE können zu einem Arbeitsauftrag werden. Um das gegen Ihre Anlagenliste zu sehen, buche eine kurze Demo.
In einer Anlage wird das treibende Ende eines 75 kW-Zentrifugalventilatormotors das Lager ersetzt: ein 6312 Rillenkugellager, 60 mm Bohrung, 130 mm Außendurchmesser, Spielklasse C3, auf einer Welle mit Nennmaß 60 k5, die kontinuierlich läuft, mit einem Innenring nahe 70 °C und einem Außenring nahe 50 °C.
Schritt 1, Messung. Der Wellenbund misst über drei Positionen einen mittleren Durchmesser von 60.014 mm. Das k5-Band für diese Größe ist plus 2 bis plus 15 Mikrometer: in Toleranz, aber nahe der Obergrenze. Die Lagerbohrung misst 59.996 mm, 4 Mikrometer unter Nennmaß, innerhalb der Normal-Klasse mittleren Bohrungsabweichung von 0 bis minus 15 Mikrometer für eine Bohrung über 50 bis 80 mm (diese Toleranz bezieht sich auf den mittleren Bohrungsdurchmesser; Rundheit ist gesondert begrenzt, weshalb die Bohrung in zwei Orientierungen gemessen wird).
Schritt 2, tatsächliches Übermaß. Das Übermaß ist Wellen- minus Bohrungsdurchmesser, abzüglich der Reduktion durch das Abflachen von Oberflächeasperitäten während der Montage: 60.014 minus 59.996 ergibt 0.018 mm, also 18 Mikrometer gemessenes Übermaß, ein oder zwei Mikrometer weniger wirksam bei einem geschliffenen Sitz, mehr bei einem gedrehten. Eine Welle am unteren Ende des k5-Bandes gegen eine Bohrung bei Nennmaß hätte nur 2 Mikrometer ergeben, und eine Welle am oberen Ende des Bandes gegen eine Bohrung 15 Mikrometer unter Nennmaß hätte 30 ergeben: die Zeichnung allein lässt eine fünfzehnfache Unsicherheit.
Schritt 3, am Sitz verlorenes Spiel. Nach der 80-Prozent-Regel: 18 mal 0.8 ergibt 14.4 Mikrometer an radialem Innenluftspiel, das bei der Montage verloren geht.
Schritt 4, Startspiel. Dieses C3-Lager misst vor der Montage 38 Mikrometer radiales Innenluftspiel; nach der Montage sind es 38 minus 14.4 gleich 23.6 Mikrometer.
Schritt 5, thermischer Effekt. Der Innenring läuft 20 K heißer als der Außenring. Diese Ring-zu-Ring-Differenz ist, was die Schließformel benötigt; eine Gehäuseflächenmessung liegt unter dem Außenring dahinter, deshalb nicht direkt verwenden. Die Schließung = mittlerer Lagerdurchmesser = 0,5 × (60 + 130) = 95 mm, mal Ausdehnungskoeffizient mal Temperaturdifferenz: 95 mm × 0.0000115 pro K × 20 K = 0.0219 mm. Das radiale Innenluftspiel ist eine Gesamtlage, daher geht die gesamte differenzielle Ausdehnung verloren: ungefähr 22 Mikrometer.
Schritt 6, Urteil. Das Betriebs-Spiel ist ungefähr 23.6 minus 22, also rund 2 Mikrometer, positiv, aber nur knapp: eine Welle am oberen Ende des k5-Bandes, 60.015 mm, gegen eine Lagerbohrung am unteren Ende ihrer Normal-Klasse, 59.985 mm, würde 30 Mikrometer Übermaß ergeben, 24 Mikrometer wären bei der Montage verloren und ein Betriebs-Spiel von 38 minus 24 minus 22, also minus 8 Mikrometer: Voreinstellung bevor die Maschine gelaufen ist. Entscheidung: 2 Mikrometer sind kleiner als die Unsicherheit der Eingabewerte, behandle es also als null. Halte das gemessene 60.014 mm fest und montiere die C4-Variante: ein C4-Lager mit 45 Mikrometer lässt 45 minus 14.4 minus 22, also etwa 9 Mikrometer Betriebs-Spiel, was eine reale Reserve statt eines Rundungsartefakts ist. Das C3 nur bei einer Aufgabe belassen, bei der die Ring-zu-Ring-Differenz unter etwa 15 K verifiziert ist. Erwärme es auf einem Induktionsheizer auf 100 °C: 60 mm × 0.0000115 × 80 K ergibt grob 55 Mikrometer Bohrungswachstum, ausreichend, um gegen die Schulter zu treiben. Hätte die Welle ein Standard-CN-Lager mit 15 Mikrometer Spiel getragen, würde die Rechnung 15 minus 14.4 minus 22 ergeben, stark negativ: starke Voreinstellung. Entscheidung: nicht montieren; größere Spielvariante beschaffen.
Ja, durch ein Passwerkzeug, nur bei kleinen Lagern mit leichtem Übermaß. Bei Wellenpassung muss das Werkzeug ausschließlich auf dem Innenring aufliegen, da dieser der zu treibende Ring ist; eine Hülse, die beide Ringflächen berührt, ist nur dann richtig, wenn das Lager in einem Hub sowohl auf die Welle als auch ins Gehäuse getrieben wird. Nie direkt auf eine Ringfläche schlagen und niemals einen Ring schlagen, während der andere die Kraft aufnimmt: dieser Kraftweg läuft über die Wälzkörper und verursacht Dellen in der Laufbahn.
Ziele auf 80 bis 90 K über der Wellentemperatur, was in einer Werkstatt bei 20 °C ungefähr 100 bis 110 °C bedeutet. Behandle 120 °C als feste Obergrenze für Standardlager: darüber riskierst du dimensionsbedingte Instabilität der Ringe. Verwende einen Induktionsheizer mit Sonde oder ein thermostatisches Ölbad und erwärme niemals ein abgedichtetes oder vormontiertes Lager in Öl.
Ziehe ungefähr 80 Prozent deines gemessenen Übermaßes vom gemessenen radialen Innenluftspiel des Lagers ab, und subtrahiere dann die thermische Schließung durch den wärmer laufenden Innenring gegenüber dem Außenring. Wenn der Rest gegen Null geht oder darunter, brauchst du eine größere Spielklasse, nicht eine lockerere Passung.
Praktisch nein, für jedes Lager, das von einer Welle gepresst oder gezogen wurde: die Demontage belastet es in einer Richtung, für die es nicht ausgelegt ist, und die Sitzüberdeckung ist bereits verschlissen. Die einzige vertretbare Wiederverwendung ist ein Lager, das intakt von einer Kegelhülse mit hydraulischem Werkzeug entfernt wurde und mit einer frischen Spielmessung wieder montiert wird.
Bei kleinen Standardlagern auf gut kontrollierten Sitzen reicht der Katalogbereich meist aus. Miss das tatsächliche Spiel, wenn das Lager groß ist, die Passung eng, die Temperaturdifferenz erheblich oder eine vorherige Einheit an derselben Stelle früh ausgefallen ist: mit einer Fühllehre für Zylinder- und Kegelrollenlager, mit einer Messuhr unter umgekehrter Belastung für Rillenkugellager, wo eine Fühllehre den Kontakt nicht erreichen kann.
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