Der moderne Maschinenbau wird zunehmend durch eine komplexe Kombination von Anforderungen geprägt:
mehr Leistung, höhere Zuverlässigkeit, kompaktere Bauweise und strengere Kostenkontrolle.
Von den Konstrukteuren wird erwartet, dass sie die Größe und das Gewicht der Maschinen reduzieren und gleichzeitig den Durchsatz steigern. Die Einkaufsabteilungen stehen unter ständigem Druck, die Kosten für Komponenten und das Gesamtsystem zu kontrollieren. Die Fertigungsteams wünschen sich weniger Teile, eine einfachere Montage und eine wiederholbare Produktion.
Die Lagerauswahl befindet sich genau an der Schnittstelle aller drei Bereiche.
Gerade in vielen Anwendungsbereichen sind zweireihige Kugellager besonders interessant.
Bei der Neuweg Fertigung GmbH bildet die zweireihige Lagertechnik seit Jahrzehnten den Kern unserer Fertigungskompetenz. Wir fertigen sowohl
Zweireihige Schrägkugellager und zweireihige Rillenkugellager in Deutschland, einschließlich anwendungsspezifischer Varianten, bei denen ein Standardlager aus dem Katalog nicht die optimale Lösung darstellt.
Der Reiz des zweireihigen Konzepts ist relativ einfach:
Durch zwei Reihen von Wälzkörpern lässt sich eine hohe Tragfähigkeit in einem einzigen integrierten Bauteil unterbringen.
Die Vorteile gehen jedoch weit über die bloße Tragfähigkeit hinaus.
Die technische Herausforderung: Mehr Leistung auf kleinerem Raum
Der für ein Lager verfügbare Platz ist selten unbegrenzt.
Elektromotoren, Pumpen, Kompressoren, Getriebe, Ventilatoren, Förderanlagen, Landmaschinen und industrielle Automatisierungssysteme – sie alle stehen unter dem Druck, immer kompakter zu werden.
Gleichzeitig werden die Lasten nicht unbedingt kleiner.
Konstrukteure müssen unter Umständen radiale Belastungen, Axialkräfte, Wellendurchbiegungen und Kippmomente innerhalb eines zunehmend begrenzten Konstruktionsrahmens berücksichtigen.
Eine gängige Lösung besteht darin, zwei separate Lager zu verwenden. In vielen Anwendungsfällen ist dies nach wie vor völlig angemessen.
Dafür ist jedoch auch axialer Platz erforderlich.
Ein zweireihiges Schrägkugellager vereint im Wesentlichen die Funktion eines gegenüberliegenden Paares von Schrägkugellagern in einer einzigen Anordnung aus Innen- und Außenring. Dadurch können radiale Belastungen, axiale Belastungen in beide Richtungen sowie Momentbelastungen in einer vergleichsweise kompakten Bauform aufgenommen werden.
Das kann die Konstruktion der zugehörigen Maschine grundlegend verändern.
Ein Lager statt zwei?
Dies ist aus Sicht der Maschinenkonstruktion einer der überzeugendsten Vorteile.
Betrachten wir zwei einreihige Schrägkugellager, die Rücken an Rücken angeordnet sind.
Der Konstrukteur muss zwei separate Bauteile und den damit verbundenen axialen Platzbedarf berücksichtigen. Die Lagersitze, Ansätze, Toleranzen und die Montagestrategie müssen alle dieser Anordnung Rechnung tragen.
Ein zweireihiges Schrägkugellager vereint die Funktionen beider Lagerreihen in einem einzigen Lager.
Wichtig ist, dass dies nicht bedeutet, dass ein zweireihiges Lager grundsätzlich mit einem beliebigen Paar einreihiger Lager austauschbar ist. Tragzahlen, Drehzahlfähigkeit, Kontaktwinkel, Vorspannung oder Spiel, Steifigkeit und Anwendungsanforderungen müssen weiterhin korrekt berechnet werden.
Sofern es die Anwendung zulässt, kann die Platzersparnis jedoch beträchtlich sein.
Beispielsweise vergleichen veröffentlichte NSK-Daten ein zweireihiges Lager vom Typ 5206 mit einer gepaarten Anordnung vom Typ 7206ADB, die denselben Innendurchmesser von 30 mm und denselben Außendurchmesser von 62 mm aufweisen. Das zweireihige Lager ist 23,8 mm breit, während die gepaarte Anordnung eine Breite von 32 mm aufweist. Die gepaarten Lager weisen in diesem speziellen Vergleich höhere Nennlastwerte auf, was einen wichtigen Punkt verdeutlicht: Kompaktheit ist ein technischer Kompromiss und kein Hinweis auf eine allgemein höhere Tragfähigkeit.
Genau aus diesem Grund sollte die Auswahl der Lager vom jeweiligen Einsatzzweck bestimmt werden.
Umgang mit kombinierten Lasten
In der Praxis erzeugen Maschinen selten vollkommen isolierte Kräfte.
Eine Riemenscheibe kann zwar überwiegend radial belastet werden, ist jedoch aufgrund der Ausrichtung und der Betriebsbedingungen dennoch Axialkräften ausgesetzt. Eine Pumpenwelle kann neben radialen Belastungen auch hydraulischen Axialdruck erfahren. Getriebe erzeugen Kräfte in verschiedene Richtungen. Bei landwirtschaftlichen Maschinen kommen Stoßbelastungen, Verunreinigungen und erhebliche Momentbelastungen hinzu.
Für einen Konstrukteur stellt sich daher die Frage:
Wie reagiert die Lageranordnung, wenn diese Belastungen gleichzeitig auftreten?
Zweireihige Schrägkugellager sind unter diesen Bedingungen besonders effektiv, da sie aufgrund ihrer Geometrie sowohl radiale als auch in beide Richtungen wirkende axiale Belastungen aufnehmen können. Außerdem können sie Momentbelastungen aufnehmen und bieten eine relativ hohe Steifigkeit.
Dadurch eignet sich diese Technologie besonders für Anwendungen, bei denen das Lager sowohl die Drehbewegung unterstützen als auch eine präzise Wellenpositionierung gewährleisten muss.
Auf die Steifigkeit kommt es an
Die Tragfähigkeit ist nur ein Aspekt der Lagerleistung.
Eine Maschine kann zwar ein Lager enthalten, das der berechneten Belastung standhält, dennoch können Probleme auftreten, da die Gesamtkonstruktion keine ausreichende Steifigkeit bietet.
Eine Durchbiegung kann sich auf Zahnräder, Dichtungen, Laufräder, Riemenscheiben und andere an der Welle befestigte Bauteile auswirken.
Zweireihige Schrägkugellager verfügen in dieser Hinsicht über eine von Natur aus vorteilhafte Geometrie. Die einander gegenüberliegenden Reihen bilden eine Lageranordnung, die Kippmomenten standhält und gleichzeitig radiale und axiale Steifigkeit gewährleistet. Dies ist ein Grund dafür, dass zweireihige Ausführungen in zahlreichen Anwendungen wie Pumpen, Kompressoren, Elektromotoren und anderen Industriemaschinen weit verbreitet sind.
Für den Konstrukteur kann das Lager daher Teil der statischen Auslegung des Wellensystems werden und ist nicht mehr nur ein Bauteil, das dessen Drehbewegung ermöglicht.
Die Perspektive des Einkaufs: Über den Preis der Lager hinausblicken
Der technische Sachverhalt ist relativ leicht zu verstehen.
Auch die wirtschaftlichen Aspekte verdienen ebenso große Beachtung.
Ein zweireihiges Lager wird vielleicht zunächst mit dem Preis eines einreihigen Lagers verglichen, doch das kann ein falscher Vergleich sein.
Die wichtigere Frage lautet: Wie hoch sind die Kosten für die gesamte Lageranordnung?
Wenn eine zweireihige Lösung eine Funktion erfüllen kann, für die andernfalls zwei Lager erforderlich wären, sollte der Einkauf das gesamte System berücksichtigen:
Zwei Lager statt eines. Zwei zu beschaffende Bauteile statt eines. Zugehörige Distanzstücke, Ansätze oder Sicherungselemente. Lagerbestandsanforderungen. Montagevorgänge. Prüfung und Handhabung. Mögliche Wartungsanforderungen.
Das Lager mit dem niedrigsten Stückpreis führt nicht zwangsläufig zu den niedrigsten Herstellungskosten der Maschine.
Hier müssen die Einkaufsabteilung und die Konstruktionsabteilung die Gesamtkosten für den Einbau bewerten, anstatt die Preise einzelner Lager isoliert miteinander zu vergleichen.
Weniger Komponenten können zu weniger Komplexität führen
Die Reduzierung der Anzahl der Bauteile hat einen wirtschaftlichen Nutzen, der über die Kosten der Bauteile selbst hinausgeht.
Jedes zusätzliche Teil muss spezifiziert, beschafft, entgegengenommen, gelagert, gehandhabt und montiert werden.
Außerdem entsteht dadurch eine weitere potenzielle Abweichungsquelle innerhalb des Produktionsprozesses.
Eine integrierte zweireihige Lösung kann daher gleichzeitig zur Vereinfachung der Konstruktion und der Lieferkette beitragen.
Das bedeutet jedoch nicht automatisch, dass es in jedem Anwendungsfall die kostengünstigste Lösung ist.
Das bedeutet jedoch, dass die Einkaufsabteilung die Wirtschaftlichkeit auf Montageebene und nicht auf Lager-Ebene bewerten sollte.
Die Perspektive der Fertigung: Einfachheit ist wertvoll
Betrachten wir nun denselben Entwurf aus der Perspektive der Fertigung.
Zwei separate Lager müssen korrekt gehandhabt und eingebaut werden. Je nach Bauart kann auch ihre zueinander relative Lage von Bedeutung sein.
Ein integriertes zweireihiges Lager wird als ein Bauteil geliefert.
Sofern es eine Anordnung mit mehreren Lagern ersetzen kann, bietet dies die Möglichkeit, die Installation zu vereinfachen, den Handhabungsaufwand zu verringern und die Montage reproduzierbarer zu gestalten.
Möglicherweise stehen weniger Komponenten zur Auswahl.
Weniger Bauteile müssen positioniert werden.
Es gibt weniger Möglichkeiten, die falsche Komponente einzubauen.
Und möglicherweise wird innerhalb der Baugruppe weniger axialer Platz benötigt.
Aus diesem Grund kann der Nutzen der Komponentenintegration schwer zu erkennen sein, wenn der Einkauf nur den Preis eines Lagers betrachtet oder die Konstruktionsabteilung nur die dynamische Tragzahl.
Bei einer guten Maschinenkonstruktion wird berücksichtigt, wie die Maschine tatsächlich hergestellt wird.
„Zweireihig“ bedeutet nicht, dass für jede Anwendung ein Lager erforderlich ist
Hier muss eine wichtige Unterscheidung getroffen werden.
Nicht alle zweireihigen Lager lösen dasselbe Problem.
Bei Neuweg sind zwei Produktfamilien von besonderer Bedeutung: zweireihige Rillenkugellager und zweireihige Schrägkugellager.
Zweireihige Rillenkugellager
Diese sind besonders dann attraktiv, wenn radiale Belastungen überwiegen, aber dennoch eine höhere Tragfähigkeit und axiale Belastbarkeit in einer kompakten Bauweise erforderlich sind.
Je nach Anwendungsfall bieten sie eine effektive Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit zu steigern, ohne den Lagerraum wesentlich zu vergrößern.
Zweireihige Schrägkugellager
Diese werden besonders interessant, wenn bei der Anwendung erhebliche kombinierte radiale und axiale Belastungen, eine axiale Fixierung in beide Richtungen, Steifigkeit oder Kippmomente eine Rolle spielen.
Der Kontaktwinkel ist für ihr Verhalten von grundlegender Bedeutung. Mit steigendem Kontaktwinkel nimmt die axiale Tragfähigkeit in der Regel zu, weshalb die Lagergeometrie sorgfältig auf die Belastungsbedingungen der jeweiligen Anwendung abgestimmt werden muss.
Die Entscheidung sollte daher niemals einfach lauten: „Wir brauchen ein zweireihiges Lager.“
Es sollte heißen: „Was muss die Lageranordnung leisten?“
Standardlager oder maßgeschneiderte Lösung?
Die frühzeitige Berücksichtigung des Lagers im Konstruktionsprozess bietet noch einen weiteren wichtigen Vorteil.
Die optimale Lösung ist möglicherweise kein Kataloglager.
Maschinenkonstrukteure entwickeln manchmal zusätzliche Bauteile, um die Einschränkungen eines verfügbaren Standardlagers auszugleichen.
Es gibt jedoch noch eine andere Möglichkeit:
Wechseln Sie das Lager aus.
Da wir bei Neuweg anwendungsspezifische Lagerlösungen herstellen können, sind wir in der Lage, Anpassungen entsprechend den Anforderungen der Maschine zu besprechen.
Je nach Anwendungsfall kann dies folgende Bereiche umfassen: – Innengeometrie
- Lagerabmessungen
- Merkmale des Innen- oder Außenrings
- Verlängerte Innenringe
- Schmierbohrungen
- Innenabstand
- Dichtungsvorrichtungen
- Schmierstoffspezifikation
- Anwendungsspezifische Komponentenmerkmale
Dadurch entsteht eine ganz andere Diskussion unter Ingenieuren.
Anstatt zu fragen:
„Welches Standardlager entspricht am ehesten unserer Konstruktion?“
Wir können fragen:
„Welches Lager würde sich am besten für die Konstruktion eignen, die wir entwickeln wollen?“
Diese Unterscheidung kann bei OEM-Anwendungen mit hohen Stückzahlen von entscheidender Bedeutung sein.
Drei Abteilungen. Eine bessere Maschine.
Die wahre Stärke des zweireihigen Lagers wird deutlich, wenn man diese drei Aspekte gemeinsam betrachtet.
Für den Konstrukteur bietet es eine kompakte Methode zur Berechnung erheblicher Belastungen, kombinierter Radial- und Axialkräfte, Steifigkeit und Momentbelastung.
Für den Einkauf kann eine integrierte Lösung potenziell die Anzahl der Komponenten reduzieren und den Fokus der Diskussion vom Lagerpreis auf die Gesamtkosten nach der Installation verlagern.
In der Fertigung kann eine geringere Anzahl einzelner Komponenten eine einfachere Handhabung, Installation und Montage bedeuten.
Und für den Maschinenhersteller insgesamt können diese Vorteile zu etwas noch Wichtigerem beitragen:
Eine kleinere, einfachere und wirtschaftlich wettbewerbsfähigere Maschine, ohne dabei unnötige Abstriche bei der Leistung zu machen.
Deshalb sollten zweireihige Lager nicht einfach als „zwei Reihen statt einer“ betrachtet werden.
Sie sind eine technische Architektur.
Kompakt muss nicht gleichbedeutend mit Abstriche sein
Es wird immer Anwendungsfälle geben, bei denen zwei Einzel-Lager, ein einreihiges Lager oder eine andere Lagertechnologie die technisch bessere Wahl darstellen.
Das Ziel sollte niemals darin bestehen, ein zweireihiges Lager zu wählen, nur weil eines verfügbar ist.
Doch wenn die Herausforderung lautet: Hohe Belastungen. Kombinierte Kräfte. Begrenzter Einbauraum. Hohe Steifigkeit. Geringere Anzahl an Bauteilen. Vereinfachte Montage.
…das zweireihige Lager sollte ernsthaft in Betracht gezogen werden.
Bei der Neuweg Fertigung GmbH kommt hier die mehr als 70-jährige Erfahrung in der Kugellagerfertigung besonders zum Tragen.
Wir fertigen zweireihige Schrägkugellager und zweireihige Rillenkugellager in Deutschland und können gemeinsam mit den Entwicklungsteams der Erstausrüster (OEM) Lagerlösungen an die spezifischen Anforderungen der Maschinen anpassen.
Denn manchmal lässt sich eine Maschine nicht dadurch verbessern, dass man das Lager vergrößert.
Das liegt daran, dass die Lageranordnung intelligenter gestaltet wurde.
