Kurvenrollen

Aufgrund ihrer dickwandigen Außenringe können Kurvenrollen hohe radiale Belastungen aufnehmen. Mit Axialführung, durch die Halteflansche des Bolzens und der aufgepressten Endscheibe, tolerieren diese Lagerausführungen Axiallasten. Die Größe der zulässigen Last wird durch die Innenkonstruktion bestimmt.

Wenn eine Kurvenrolle auf einer geraden oder gekrümmten Gegenlaufbahn läuft, bewirkt der Kontakt unter radialer Belastung eine elastische (ovale) Verformung des Außenrings. Deswegen besitzen diese Lagerarten einen Außenring, der im Vergleich zu Standardlagern, wo die Kräfte über den Außenring direkt in das Gehäuse (ohne wesentliche Verformung) übertragen werden, einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Dadurch ist der Außenring in der Lage, erhöhte Biegespannungen und damit verbundene Verformungen aufzunehmen.

Die Verformung führt jedoch dazu, dass ein kleinerer Bereich der Laufbahn belastet (reduzierte Kontaktzone) und somit die Last auf weniger Wälzkörper verteilt wird, was sich wiederum auf die dynamischen und statischen Tragzahlen auswirkt.

Die Tragzahlen C_rw und C_{0r w} sind entscheidend für die Lebensdauerberechnung. Im Rahmen einer Lebensdauerberechnung nach DIN ISO 281 gilt:

C_{0r w} = C_0r

C_{r w} = C_r

Durch die zulässigen wirksamen Radialbelastungen F_r und F_0r sind Biegebeanspruchungen im Außenring berücksichtigt. Die Biegebeanspruchungen dürfen die zulässigen Festigkeitswerte des Werkstoffes nicht überschreiten. Falls die Datenblätter keine Werte für F_r und F_0r enthalten, gilt:

F_0r = C_{0r w}

F_r = C_{r w}

Die dynamische Tragzahl kennzeichnet jene Radiallast, bei der 90 % einer Gruppe gleicher Kurvenrollen 1 Mio. Umdrehungen ohne Materialschäden aufgrund von Ermüdung im Wälzkontakt ausführen können.

Die elastische Verformung des Außenrings wirkt sich auf die Lastverteilung zwischen den Wälzlagerelementen aus und verringert die nach den ISO-Normen für Lager berechnete Belastung. Die wirksame dynamische Tragzahl C_{r w} gilt für dynamisch belastete umlaufende Lager. Mit C_{r w} ist die nominelle Lebensdauer zu berechnen. Die zulässige dynamische Radiallast Fr darf nicht überschritten werden. Falls F_r nicht angegeben ist, gilt stattdessen die wirksame dynamische Tragzahl C_{r w} . Diese darf von der vorhandenen Radiallast ebenfalls nicht überschritten werden. Ist die statische Tragzahl C_{0r w} niedriger als die dynamische Tragzahl C_{r w}, dann gilt C_{r w}.

Die statische Tragzahl kennzeichnet eine statische Radiallast in der Mitte der Kontaktfläche der Wälzkörper Laufbahn unter höchstmöglicher Belastung, in Bezug auf die plastische Verformung der Kurvenrollen.

Für statisch belastete Lager, bei Stillstand oder selten auftretenden Drehbewegungen, gilt die wirksame Tragzahl C_{0r w}. Mit C_{0r w} ist die statische Tragsicherheit so zu berechnen.

Dem gegenüber steht die zulässige statische Radiallast F_0r und darf nicht überschritten werden. Ist F_0r nicht angegeben, gilt stattdessen die wirksame statische Tragzahl C_{0r w}. Als zulässige Maximalbelastung gilt der jeweils kleinere Wert. Die zulässige Belastung von Kurvenrollen wird in einigen Anwendungen durch die Biege- und Scherfestigkeit des Bolzens und die Festigkeit des Außenrings und nicht durch die Tragzahl des Nadel- bzw. Zylinderrollenlagers begrenzt. Daher wird die maximal zulässige statische Belastung, die durch diese Festigkeiten begrenzt wird, angegeben.

Neben der zulässigen Radiallast des Lagers muss auch die zulässige Radiallast der Gegenlaufbahn beachtet werden.

Kurvenrollen unterliegen wie alle Wälzlager auch einer Mindestbelastung. Wird diese unterschritten, können die Wälzkörper nicht sauber abrollen. Dadurch erhöht sich die Gefahr von Gleitreibung. Durch das Gleiten wird der Schmierfilm im Kontaktbereich durchbrochen und es kommt zu einem Metall-Metall-Kontakt, welcher sowohl die Reibung als auch den Adhäsiven – Verschleiß (Anschmierung) stark ansteigen lässt. Gerade bei Kurvenrollen, die oftmals schnellen Start-Stopp-Belastungen oder hohen Beschleunigungen ausgesetzt sind, ist die Mindestbelastung eine wichtige Größe. Sofern diese Anforderungen nicht erfüllt werden können, sollten DLC-Beschichtungen, anwendungsspezifische Schmierungskonzepte oder Kurvenrollen einer kleineren Maßreihe in Erwägung gezogen werden.

Die maximale Fettmenge, die ein Lager aufnehmen kann, ist eine Funktion des im Inneren des Lagers verfügbaren Freiraums. Das bedeutet, es handelt sich um das Volumen, das zwischen der äußeren Wälzkörperlaufbahn und der inneren Wälzkörperlaufbahn entsteht, abzüglich des Volumens der Wälzkörper und des zusätzlichen Raums, der eventuell durch Dichtungskonzepte, zwei Wälzkörperlaufbahnen etc. vorhanden ist. Idealerweise sollte regelmäßig nachgeschmiert werden, auch wenn die Erstbefüllung noch vollumfängliche Schmiereigenschaften aufweist.

Bei Kurvenrollen mit Nadeln nimmt die Vielzahl der Nadeln den größten Teil des verfügbaren Raums ein, so dass nur wenig Platz für den Schmierstoff bleibt. Er füllt in erster Linie den Hohlraum zwischen benachbarten Wälzkörpern und der inneren oder äußeren Laufbahn. Die Hauptursache für einen frühzeitigen Verschleiß ist ein Mangel an Schmierstoff. Je größer die Fettfüllung ist, desto länger hält das Produkt in den meisten gängigen Anwendungen. Überschüssiges Fett wird als Schutzfunktion durch die Zentrifugalkraft und Mithilfe der Dichtungslippenstruktur (inkl. Nutgeometrie) nach außen getragen.

Bei Kurvenrollen mit Zylindern als Wälzkörper werden die Hohlräume zwischen den Rollen und den Laufbahnen größer, obwohl es weniger davon gibt. Im Bereich zwischen den Rollenpaaren und zwischen Rollen und Dichtungen ist jedoch zusätzlicher Raum für Schmiermittel vorhanden. Dies führt dazu, dass in gleich großen Kurvenrollen bis zu viermal mehr Schmierfett vorhanden ist als in Kurvenrollen mit Nadeln.

Für KIS-Kurvenrollen wird ein EP-additiviertes vollsynthetisches Hochleistungsfett (Konsistenzklasse NLGI 2)standardmäßig eingesetzt, das speziell für den Einsatz in radial stark beanspruchten (auch im stark oszillierenden Betrieb) Anwendungen entwickelt wurde. Es kombiniert die Vorteile eines synthetischen Grundöls und eines speziellen Lithiumkomplexes-Verdickers mit denen eines hochmodernen Additivpakets.

Er ist aufgrund seines großen Temperaturbereichs, seiner hohen mechanischen Stabilität und außergewöhnlichen Lasttragfähigkeit eine ausgezeichnete Wahl. Der erforderliche Aufwand für eine sichere Fettversorgung wird durch den Einsatz dieses Produktes erheblich reduziert. Der Schmierstoff kann mit Fettpressen, automatischen Nachschmiersystemen und Zentralschmieranlagen verwendet werden.

Zur Schmierung der Gegenlaufbahn können alle für die Wälzlagerschmierung geeigneten Schmierstoffe verwendet werden. Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen die Gegenlaufbahn ungeschmiert bleiben muss. Sofern eine Schmierung nicht möglich ist, muss besonders bei hohen Belastungen und hohen wechselseitigen Geschwindigkeiten mit Verschleiß gerechnet werden. Bitte kontaktieren Sie in diesen Fällen gerne unseren technischen Support.

Nachschmierzyklen können nur unter Betriebsbedingungen eruiert werden. Spätestens jedoch, wenn erste Spuren von Tribokorrosion im tribologischen System zu erkennen sind.

Die auf den Datenblättern angegebenen zulässigen Drehzahlen sind Erfahrungswerte. Sie sind keine pauschal exakten Werte und können je nach Betriebsbedingungen und Anwendung der rotativen Lösung unter realen Bedingungen nach unten oder oben abweichen und somit abgeändert werden.

Die Drehzahlen müssen reduziert bzw. genauer eruiert werden bei:

• Belastungen > 0,05 * C_{0r w}
• Lagervarianten mit Nadeln als Wälzkörpern
• Schwierigen Schmierungsbedingungen (inkl. Gegenlaufbahn)
• Hohen Dichtungsanforderungen (höhere Kontaktreibung)
• Engen Radiallagerlufttoleranzen
• Zusätzlichen axialen Belastungen
• Unzureichender Wärmeabfuhr
• Bedarf eine hochviskosen Schmierstoffes
  

Ölgeschmierte Kurvenrollen können in der Regel mit einer 50% höheren Drehzahl betrieben werden als fettgeschmierte Lösungen, wobei die Wälzkörperführung einen wesentlich stärkeren Einfluss auf die maximale Drehzahl hat. Auch ein intermittierender Betrieb kann diesen Wert weiter anheben.

Bei einer abgedichteten Kurvenrolle mit Zylindern wird die Drehzahl durch die maximal zulässige Oberflächengeschwindigkeit der Dichtung begrenzt.

Auch käfiggeführte (i.d.R.. Kunststoff) Wälzkörper verringern die innere Reibung und bieten ein größeres Schmierstoffreservoir als vollrollige (-nadellige) Varianten. Allerdings sind nun geringere Tragzahlen zu beachten, da weniger und kürzere Wälzkörper aufgrund des Käfigvolumens verwendet werden.

Mögliche Verfahren für die Lebensdauerberechnung sind die nominelle und modifizierte nominelle Lebensdauerberechnung nach DIN ISO 281 und der erweiterten Berechnung der modifzierten Referenz-Lebensdauer nach DIN ISO 281-4.

Die nominelle Lebensdauer ist die Anzahl der Umdrehungen, die von 90 % einer genügend großen Menge gleicher Lager bei konstanter Belastung und Drehzahl erreicht oder überschritten wird, bevor die ersten Anzeichen einer Werkstoffermüdung auftreten.

Unter Tragfähigkeit und Lebensdauer sind diese Verfahren beschrieben. Für Stütz- und Kurvenrollen werden dabei folgende Werte eingesetzt:

• für C_r die wirksame dynamische Tragzahl C_{r w}
• für C_0r die wirksame statische Tragzahl C_{0r w}
• für C_ur die wirksame Ermüdungsgrenzbelastung C_{ur w}

Die Gebrauchsdauer ist die tatsächlich erreichte Lebensdauer einer Stütz-, Kurven- oder Laufrolle und kann deutlich von der errechneten nominellen Lebensdauer abweichen.

Abweichungen zwischen nomineller Lebensdauer und Gebrauchsdauer ergeben sich aufgrund von Verschleiß oder Ermüdung durch:

• Fluchtungsfehler zwischen Laufrolle und Gegenlaufbahn
• abweichende Betriebsdaten
• zu geringes oder großes Betriebsspiel
• Sehr hohe Stoßlasten, statische Überlastung
• Verschmutzung der Laufrolle
• zu hohe Betriebstemperatur
• unzureichende Schmierung
• oszillierende Lagerbewegung mit sehr kleinen Schwenkwinkeln, die Riffelbildung erzeugen
• Verschleiß zwischen der Außenring-Mantelfläche und der Gegenlaufbahn
• Vibrationsbeanspruchung und Riffelbildung
• Vorschäden bei der Montage

Die Gebrauchsdauer kann aufgrund der Vielfalt der Einbau- und Betriebsverhältnisse nicht exakt vorausberechnet werden und lässt sich am sichersten durch den Vergleich mit ähnlichen Einbaufällen abschätzen.

Beim Einbau von Kurvenrollen muss mit großer Sorgfalt gearbeitet werden, um einen störungsfreien Lauf zu gewährleisten:

• Kurvenrollen müssen vor Staub, Schmutz und Feuchtigkeit geschützt werden. Verunreinigungen können zu erhöhtem Verschleiß und vorzeitigem Ausfall führen
• Kurvenrollen nicht unterkühlen. Schwitzwasserbildung führt ggf. zu Korrosion in den Lagern und Lagersitzen
• Montageplatz staubfrei und sauber halten
• Achssitz auf Maß-, Form-, Lagegenauigkeit und Sauberkeit prüfen
• Sitzflächen der Lagerringe leicht ölen oder mit Festschmierstoff einreiben
• Lager nach dem Einbau mit Schmierstoff versorgen
• Abschließende Funktionsprüfung der Lagerung

Je nach Applikation sind folgende Werkzeuge geeignet:

• Induktions-Erwärmungsgeräte unter Beachtung der Herstellerangaben bezüglich Dichtung und Schmierstoff
• Wärmeschränke mit Erwärmung bis +80 °C
• mechanische oder hydraulische Pressen: Montagehülsen einsetzen, die über den gesamten Umfang der Lagerring-Stirnflächen anliegen
• Hammer und Montagehülsen: Schläge zentrisch auf die Hülse ausführen

Bei Kurvenrollen mit Exzenter kann der Monteur die radiale Position des Lagers relativ zu seinem Trägergehäuse einstellen. Dies ist besonders nützlich, wenn mehrere Kurvenrollenlager eine Last tragen und Ungenauigkeiten bei der Montage verhindern, dass die Standardlager die Last gleichmäßig verteilen. Durch die exzentrische Einstellung kann auch der Verschleiß von Laufbahnen reduziert werden.

• Einbaukräfte nicht über die Wälzkörper leiten
• Dichtungen nicht beschädigen
• keine Schläge auf die Lagerringe

Die Ausbau-Möglichkeit sollte bereits beim Design der Lagerstelle berücksichtigt werden. Bei Wiederverwendung:

• direkte Schläge auf die Lagerringe vermeiden
• Ausbaukräfte über die Wälzkörper vermeiden
• Lager nur im ausgebauten Zustand reinigen
• keine harte Flamme

• Kurvenrollen möglichst mit einer Montagepresse wie in der Abbildung dargestellt montieren
• Keine Schläge auf den Anlaufbund des Rollenzapfens
• Die Schmierbohrung darf nicht in der belasteten Zone liegen und ist auf der Bundseite des Rollenzapfens gekennzeichnet.

• Schmiernippel vor dem Einbau der Lager montieren
• Einschlag-Schmiernippel liegen den Kurvenrollen bei. Diese müssen vor dem Einbau der Lager fachgerecht eingepresst werden. Es dürfen nur die beiliegenden Schmiernippel verwendet werden.
• Zur Schmierung der Kurvenrollen mit dem Zentralschmieradapter.
• Wird über die Aufnahmebohrung geschmiert, müssen die axialen Schmierbohrungen in der Kurvenrolle vor dem Einbau mit den Schmiernippeln verschlossen werden.

Die höchste Stelle des Exzenters ist auf der Rollenzapfenseite markiert, wo sich auch die radiale Schmierbohrung befindet.

Kurvenrollen haben je eine Schmierbohrung zum Nachschmieren:

• auf der Bundseite des Rollenzapfens
• auf der gewindeseitigen Stirnfläche, ab Außendurchmesser 22 mm
• am Schaft des Rollenzapfens, ab Außendurchmesser 30 mm mit zusätzlicher Schmierrille

Inbetriebnahme und Nachschmierung, wichtig zu beachten:

• Kurvenrollen mit Exzenter können nicht über den Schaft nachgeschmiert werden, da der Exzenterring die Schmierbohrung verdeckt.
• Zum Schmieren nur Fettpressen mit Nadel-Spitzmundstücken verwenden, die einen Öffnungswinkel von 60° haben.
• Vor Inbetriebnahme der Schmierbohrungen und Zuleitungen müssen diese aus Korrosionsschutzgründen mit Fett befüllt werden, dabei kann gleichzeitig geschmiert werden.
• Das Schmieren wird erschwert, wenn ein Wälzkörper über der radialen Schmierbohrung steht. Deshalb ist bei betriebswarmem und drehendem Lager nachzuschmieren sowie vor dem Stillstand und vor längeren Betriebsunterbrechungen.
• Zum Nachschmieren muss der gleiche Schmierstoff wie bei der Erstschmierung verwendet werden. Ist dies nicht möglich, muss die Mischbarkeit und Verträglichkeit der Schmierstoffe geprüft werden. Es wird nachgeschmiert, bis sich an den Dichtspalten ein frischer Fettkragen bildet. Dabei muss der alte Schmierstoff ungehindert aus dem Lager austreten können.