Lagerspiel: C2, CN, C3, C4 und C5 erklärt

Kernaussagen

• Innenluft ist der gesamte Abstand, um den sich ein Ring eines Lagers relativ zum anderen bewegen kann. Sie ist nicht dasselbe wie die Präzisionsklasse.
• Die Standardklassen reichen von C2 (kleiner als normal) über CN (normal), C3, C4 bis C5 (am größten). Die Werte für jede Klasse hängen vom Lagertyp und der Bohrungsgröße ab und sind in ISO 5753-1 definiert.
• Die Katalogangabe zur Innenluft wird am unmontierten Lager gemessen. Presspassungen und Temperaturunterschiede reduzieren die Innenluft, daher ist die Betriebsinnenluft immer kleiner als die Zahl auf der Verpackung.
• C3 ist nicht „besser“ als CN. C3 ist die richtige Wahl, wenn Montagepassungen oder Wärme mehr Innenluft entfernen als in einer normalen Anwendung zu erwarten wäre, und die falsche Wahl, wenn dem nicht so ist.
• Falsche Innenluft zeigt sich in Vibrationsdaten und Lagertemperatur lange vor einem Ausfall, weshalb die Wahl der Innenluft in Ihre Instandhaltungsunterlagen gehört.

Was die Innenluft eines Lagers tatsächlich ist

Radiale Innenluft ist das gesamte radiale Spiel zwischen den Ringen und den Wälzkörpern eines nicht montierten Lagers: den Außenring vollständig nach unten drücken, dann vollständig nach oben; die gesamte Wegstrecke ist die Innenluft. Axiale Innenluft ist dasselbe Prinzip gemessen entlang der Wellenachse.

Hersteller gruppieren dieses Spiel in Klassen. Von klein nach groß: C2, CN (normal), C3, C4, C5. Ein Lager ohne Spiel-Suffix ist CN. Die zugrundeliegenden Mikrometerwerte jeder Klasse sind keine festen Zahlen: sie skalieren mit dem Bohrungsdurchmesser, unterscheiden sich nach Lagertyp und sind in ISO 5753-1 sowie in den Katalogen der großen Hersteller aufgeführt.

Für ein übliches Rillenkugellager mit 50 mm Bohrung (z. B. ein 6310) sehen die Katalogbereiche etwa so aus:

Verwechseln Sie Spielklassen nicht mit Präzisionsklassen (P0, P6, P5 und höher). Präzisionsklassen regeln Maß- und Laufgenauigkeit. Ein P5-Lager kann C3-Innenluft haben, und ein Lager mit Standardpräzision kann C2 sein. Es sind unterschiedliche Fragen, die sie beantworten.

Warum die montierte Innenluft immer kleiner ist

Zwei Effekte verringern die Kataloginnenluft in dem Moment, in dem das Lager in Betrieb geht:

1. Übermaßpassungen. Das Aufpressen des Innenrings auf die Welle dehnt diesen, und das Einpressen des Außenrings ins Gehäuse komprimiert ihn. Als Faustregel gehen grob 80 Prozent der effektiven Übermaßwirkung direkt von der Innenluft weg.

2. Temperaturdifferenz. Der Innenring läuft gewöhnlich heißer als der Außenring. Die differentielle Ausdehnung reduziert die Innenluft ungefähr um α × ΔT × d_m, wobei α für Stahl 12 × 10⁻⁶ pro °C ist und d_m der mittlere Lagerdurchmesser ist.

Ein Rechenbeispiel mit realen Zahlen

Betrachten Sie das 6310 auf einer 50 mm Motorwelle mit einer k5-Wellenpassung und einer lockeren Gehäusepassung:

• Kataloginnenluft, CN-Klasse: 6 bis 23 µm. Nehmen wir den Mittelwert, etwa 15 µm.
• Effektive Übermaßwirkung durch die k5-Passung: etwa 15 µm. Innenluftverlust bei 80 Prozent: 12 µm.
• Der Innenring läuft 5 °C heißer als der Außenring. Der mittlere Durchmesser eines 6310 beträgt etwa 80 mm. Thermischer Verlust: 12 × 10⁻⁶ × 5 × 80.000 µm = etwa 5 µm.
• Betriebsinnenluft: 15-12-5 = ungefähr null.

Eine null oder negative Betriebsinnenluft in einem Rillenkugellager führt zu steigender Temperatur, wachsender Vorspannung und einer sich selbst verstärkenden Ausfallschleife. Genau deshalb werden Elektromotoren routinemäßig mit C3 ausgestattet: Startet man bei etwa 24 µm (Mittelwert von C3), ergibt dieselbe Rechnung eine gesunde Betriebsinnenluft von ca. 7 µm.

Wie man die richtige Klasse wählt

• CN, wenn ein Ring klemmt, der andere gleitet und die Maschine in der Nähe der Umgebungstemperatur läuft.
• C3, wenn der Innenring eine Presspassung erhält, die Maschine warm läuft oder der Hersteller der angetriebenen Ausrüstung dies vorschreibt. Die meisten Industriemotoren werden serienmäßig mit C3 ausgeliefert.
• C4 und C5, wenn beide Ringe mit Übermaß gepasst sind oder die Temperaturdifferenz groß ist: Trocknerabschnitte, Vibrationssiebe, Traktionsmotoren.
• C2 nur, wenn das Design ein minimales Spiel verlangt und die Belastungen gering sind. Es ist in der Anlagentechnik selten.

Was auch immer Sie wählen: Schreiben Sie es auf. Wird ein Lager bei einer Störung um 2 Uhr morgens ersetzt, setzt der Monteur das ein, was auf Lager liegt. Wenn die Maschinenhistorie in Ihrem CMMS die genaue Bezeichnung einschließlich des Innenluft-Suffixes dokumentiert, kommt das richtige Ersatzteil hinein. Steht dort nur „6310“, wird das bestellt, was beim letzten Mal am günstigsten war. Dieses fehlende Suffix ist eine klassische versteckte Ursache für wiederkehrende Ausfälle und verkürzte MTBF.

Wie sich falsche Innenluft vor dem Ausfall zeigt

Zu kleine Innenluft zeigt sich als stetig steigende Lagertemperatur und ein ansteigendes Gesamtschwingungsniveau. Zu große Innenluft zeigt sich als Losheits-Signale im Vibrationsspektrum und hörbares Brummen bei niedriger Drehzahl. Beides ist in ISO 20816-Vibrations-Schweregradmessungen und in Temperaturtrends lange vor dem tatsächlichen Lagerausfall sichtbar, und genau das liefern Predictive-Maintenance-Werkzeuge als Eingangsgrößen.

Innenluftprobleme treten häufig in Gesellschaft auf: Ein Lager, das kalt eingeschlagen wurde, ein Wellensitz, der untermaßig verschlissen ist, oder eine übermäßig angezogene Adapterhülse werden jeweils das Verhalten einer falschen Innenluft nachahmen. Gutes Montierverhalten ist genauso wichtig wie das Suffix auf der Verpackung, so wie korrektes Flanschschrauben-Drehmoment wichtiger ist als die Dichtungsmarke.

Häufige Fehler

• C3 für alles bestellen „um auf Nummer sicher zu gehen“. Bei einer losen, kühl laufenden Anwendung erhöht das zusätzliche Spiel nur Vibration und Geräusch.
• Innenluft als Qualitätsmerkmal lesen. Ein C4-Lager ist kein Schwerlastlager. Es ist ein Lager, das erwartet, bei Montage und Betrieb mehr Innenluft zu verlieren.
• Die Gehäuseseite ignorieren. Eine Übermaßpassung im Gehäuse am Außenring verringert die Innenluft genauso wie eine Wellenpassung.
• Das alte Lager nach dem Ausbau messen und das Ersatzteil danach auswählen. Verschlissene Innenluft ist nicht die ursprünglich designte Innenluft.
• Die vollständige Bezeichnung nicht im Arbeitsauftrag erfassen, sodass der nächste Ersatz die Spielklasse stillschweigend ändert.

Die Pflege von Lagerbezeichnungen, Passungen und Ausfallhistorien an einem Ort ist Aufgabe Ihres Instandhaltungssystems, nicht eines Notizbuchs. Ein CMMS, das die Maschinenhistorie und die exakte Ersatzteil-Spezifikation pro Position speichert, wie im Leitfaden zum vorbeugenden Wartungsplan beschrieben -, schließt diese Lücke. Wenn Sie sehen möchten, wie Fabrico Maschinenhistorien bis auf Komponentenebene erfasst, buchen Sie eine kurze Demo.

Häufig gestellte Fragen

Ist C3 größer oder kleiner als normal?

Größer. Die Skala läuft C2, CN (normal), C3, C4, C5 von klein nach groß. C3 ist eine Stufe mehr Innenluft als normal.

Warum verwenden Elektromotoren C3-Lager?

Motorwellen erhalten eine Übermaßpassung und der Innenring läuft heißer als der Außenring. Beide Effekte reduzieren die Innenluft, daher muss der Motor mit mehr Anfangsinnenluft beginnen, um auf eine gesunde Betriebsinnenluft zu kommen.

Kann ich ein CN-Lager durch ein C3-Lager ersetzen?

Mechanisch passt es, aber das Laufverhalten ändert sich. An einer warmen, pressgesitzten Stelle ist es oft eine Verbesserung. An einer kühlen, lose gesitzten Stelle erhöht es Spiel, Geräusch und Vibration. Passen Sie die Innenluft an die Anwendung an, nicht an das Lagerregal.

Was ist der Unterschied zwischen Spielklasse und Präzisionsklasse?

Spielklassen (C2 bis C5) beschreiben das innere Spiel. Präzisionsklassen (P0, P6, P5) beschreiben Maßhaltigkeit und Laufgenauigkeit. Es sind unabhängige Entscheidungen.

Woran erkenne ich, welche Innenluft ein Lager hat?

Lesen Sie das Suffix in der Bezeichnung: 6310 C3 hat C3-Innenluft, ein einfaches 6310 ist CN. Der tatsächliche Mikrometerbereich hinter der Klasse hängt von Bohrung und Lagertyp ab und ist in ISO 5753-1 sowie in den Katalogen der Hersteller aufgeführt.