Drehlager: So passen Sie die Konstruktion an die Beanspruchung an

Eine Drehplattform mag auf den ersten Blick einfach aussehen – bis das darunterliegende Lager Gewicht tragen, einer seitlichen Belastung standhalten und die Konstruktion stabil halten muss, während eine außermittige Belastung versucht, sie zum Kippen zu bringen. Das ist die Aufgabe von Drehgelenklagern. Sie verbinden zwei Teile einer Maschine, ermöglichen deren relative Drehung oder Schwingung und nehmen an einer einzigen Befestigungsstelle eine Kombination aus axialer Belastung, radialer Belastung und Kippmoment auf.

Die entscheidende Frage ist nicht nur, ob ein Lager auf den verfügbaren Durchmesser passt. Es geht vielmehr darum, ob seine innere Struktur, die Anordnung der Lager, die Befestigungsschnittstelle und das Schmierkonzept den tatsächlichen Betriebsbedingungen der Maschine entsprechen. Ein Lager, das im Katalog auf den ersten Blick passend erscheint, kann dennoch die falsche Wahl sein, wenn die Belastung über einen flexiblen Rahmen übertragen wird oder die Maschine wiederholt um einen kleinen Winkel schwingt.

Was befindet sich im Inneren eines Drehgelenks?

Eine typische Einheit besteht aus einem Innen- und einem Außenring, zwischen denen sich Laufbahnen befinden. Kugeln oder Rollen übertragen die Last über diese Laufbahnen. Je nach Bauart sorgen Trennscheiben, Distanzstücke oder ein Käfig dafür, dass die Wälzkörper voneinander getrennt bleiben. Die Ringe verfügen außerdem über Befestigungsbohrungen und können mit Verzahnungen, Dichtungen und Schmierkanälen versehen sein.

Ein Ring ist mit dem feststehenden Teil verbunden, der andere mit dem rotierenden Teil. Welcher Ring sich dreht, hängt von der jeweiligen Maschine ab. Dieses Detail wirkt sich auf die Schraubverbindung, die Anordnung des Antriebs, den Zugang für Inspektionszwecke und die Art und Weise aus, wie Lasten auf das Lager einwirken.

Das Lager ermöglicht die Drehbewegung, erzeugt sie jedoch nicht. Verwendet die Maschine einen Zahnkranz, müssen ein passendes Ritzel und ein Antriebsstrang das Drehmoment übertragen. Ein zahnloser Ring erfordert eine andere Antriebsanordnung. Ein kompletter Schwenkantrieb geht noch einen Schritt weiter, indem er ein Lager mit Getriebekomponenten und einem Gehäuse integriert, sodass sich sein Lieferumfang von dem eines eigenständigen Lagers unterscheidet.

Beginnen Sie mit Lasten, die gemeinsam auftreten

Die Axialkraft wirkt entlang der Drehachse. Die Radialkraft wirkt quer dazu. Das Kippmoment entsteht durch Belastungen, die außerhalb der Bezugsebene des Lagers oder der Drehachse aufgebracht werden. Diese drei Belastungen wirken im Laufring und in der Schraubverbindung zusammen. Der größte Wert jeder einzelnen Belastung kann bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen auftreten, sodass die Kombination unabhängiger Maximalwerte den tatsächlichen Fall falsch darstellen kann.

Erstellen Sie stattdessen eine kurze Aufzeichnung der Betriebsfälle. Notieren Sie für jeden relevanten Betriebszustand die gleichzeitig wirkende Axialkraft, Radialkraft und das Kippmoment sowie die Bewegung und die Dauer. Berücksichtigen Sie dabei den Normalbetrieb, das Anfahren und Anhalten, ungewöhnliche, aber plausible Belastungen sowie alle Park- oder Haltezustände, die für die Anlage von Bedeutung sind. Wenn ein Getriebelager beteiligt ist, erfassen Sie auch die Ritzelkraft sowie etwaige Rücklauf- oder Bremsbelastungen.

Das Modell sollte anhand seiner eigenen Laufbahnbelastungskurve und Bolzenbelastungskurve überprüft werden. Das Bestehen einer Prüfung macht die andere nicht überflüssig. Die Tragkonstruktion muss zudem ausreichend steif und eben sein, damit diese Berechnungen aussagekräftig bleiben: Eine Verformung des Rahmens kann die Last auf einen kleineren Teil der Laufbahn verlagern, selbst wenn die Nenntragfähigkeit ausreichend erscheint.

Wählen Sie Wälzkörper entsprechend der Beanspruchung aus

Drehlager sind in Kugel- und Rollenausführungen erhältlich. Eine einreihige Vierpunkt-Kugellagerausführung kann eine kompakte Ausgangslösung für kombinierte Belastungen darstellen. Zweireihige Kugel- und mehrreihige Rollenausführungen kommen ebenfalls in Frage, wenn sich das Belastungsmuster oder die Anforderungen an die Steifigkeit ändern. Kreuzrollenlager kommen zum Einsatz, wenn die Anwendung eine andere Kombination aus Belastungsaufnahme und Drehverhalten erfordert.

Keiner dieser Bezeichnungen stellt für sich genommen eine Nennleistung dar. Die Wahl hängt von den gleichzeitigen Belastungsfällen, dem verfügbaren Einbauraum, den Anforderungen an Steifigkeit und Präzision, der Drehzahl oder dem Schwenkwinkel sowie den tatsächlichen Konstruktionsdaten des Produkts ab. Eine geringe Schwingung verdient besondere Beachtung, da dieselbe begrenzte Laufbahnfläche wiederholt belastet werden kann. Kontinuierliche Drehung, intermittierendes Indexieren und Hin- und Herbewegungen sollten daher bei der Auswahl gesondert beschrieben werden.

Das Produktprogramm von Slewbearingtec umfasst einreihige Kugel-, zweireihige Kugel-, dreireihige Rollen- und Kreuzrollen-Drehverbindungen. Dieses Sortiment bietet verschiedene Bauformen zum Vergleich, doch die Wahl des richtigen Modells hängt weiterhin vom Belastungsfall der Maschine und der genehmigten Zeichnung ab.

Entscheide, wo die Ausrüstung hingehört

Bei einem Außenverzahnungslager sind die Zähne an der Außenseite eines Rings angeordnet, sodass der Eingriff entlang des gesamten Außenumfangs möglich ist. Bei einem Innenverzahnungslager sind die Zähne zur zentralen Öffnung hin ausgerichtet. Ein zahnloses Lager verfügt über keine integrierten Zahnradzähne. Slewbearingtec bietet alle drei Ausführungen an.

Berücksichtigen Sie bei der Auslegung die gesamte Maschine und nicht nur das Lager. Prüfen Sie, wo das Ritzel eingesetzt werden kann, welchen Achsabstand erforderlich ist, welcher Ring sich dreht, wie die Zähne geschmiert und geschützt werden und ob genügend Platz für die Inspektion des Zahneingriffs vorhanden ist. Bei einer zahnlosen Ausführung geben Sie die separate Methode an, mit der das rotierende Teil angetrieben oder positioniert wird. Die Lage des Getriebes gibt keinen Aufschluss über die Wälzkörperstruktur oder die Tragfähigkeit; diese müssen separat geprüft werden.

Überprüfen Sie die Schnittstelle, bevor Sie einen Austausch genehmigen

Der Gesamtdurchmesser ist nur ein Aspekt der Austauschbarkeit. Vergleichen Sie den Innen- und Außendurchmesser, die Höhe, das Befestigungslochmuster, die Positionierungsmerkmale, die Getriebedaten, das Spiel bzw. die Vorspannung sowie den vorgesehenen Drehring mit einer validierten Zeichnung. Vergleichen Sie anschließend die tatsächliche Tragfähigkeit und die Betriebsgrenzen. Ein dreidimensionales Modell kann bei der Überprüfung von Platzverhältnissen und Interferenzen hilfreich sein, ersetzt jedoch nicht die genehmigte Maß- und technische Dokumentation.

Austauscharbeiten erfordern besondere Sorgfalt. Ein verschlissenes Teil entspricht möglicherweise nicht mehr seiner ursprünglichen Geometrie, und eine alte Baugruppe kann Reparaturen oder Änderungen aufweisen, die nie dokumentiert wurden. Notieren Sie die Maschinenkennzeichnung, die ursprüngliche Teilebezeichnung, die Wartungshistorie sowie alle festgestellten Schäden und gleichen Sie anschließend die gemessenen Schnittstellen mit der genehmigten Zeichnung ab, bevor Sie die Bestellung aufgeben.

Montage und Schmierung sind Teil der Auswahl

Saubere, ebene Montageflächen und eine gleichmäßige Vorspannung der Schrauben tragen dazu bei, dass das Lager die Last wie vorgesehen aufnehmen kann. In den Montageanleitungen für Produkte von Slewbearingtec wird darauf hingewiesen, dass die markierte Weichzone und der Füllstopfen in einem Bereich ohne oder mit geringer Belastung angeordnet werden sollten. Die erforderliche Schraubenqualität und die Anzugsmethode sollten anhand der Produktanleitung und der Konstruktion der Verbindung überprüft werden und nicht anhand der Ringgröße geschätzt werden.

Die Schmierung muss auch die Teile erreichen, die sich tatsächlich bewegen. Ein Lager kann mit nur einer geringen Menge Fett in der Laufbahn geliefert werden, daher muss vor der Inbetriebnahme überprüft werden, ob die Schmierung beim Einbau erfolgt ist. Bei einer Version mit Getriebe ist möglicherweise eine gesonderte Planung für den Zahneingriff erforderlich. Achten Sie während des Betriebs auf die Dichtungen und untersuchen Sie ungewöhnliche Geräusche, Stöße oder einen plötzlichen Anstieg des Antriebswiderstands, bevor Sie den Betrieb der Maschine fortsetzen. Wasser und Fremdkörper sollten vom Laufring ferngehalten werden.

Eine praktische Spezifikation, die einer Anfrage beizufügen ist

Für eine möglichst aussagekräftige Anfrage sollten Sie die Maschine und den Mechanismus, die gleichzeitigen Belastungsfälle, das gewünschte Dreh- oder Schwingungsverhalten sowie den für den Ring und den Antrieb verfügbaren Platz beschreiben. Geben Sie außerdem die feststehenden und rotierenden Seiten, die Montagezeichnung, die bevorzugte Getriebeart, die Umgebungsbedingungen, den Zugang für die Schmierung sowie etwaige Anforderungen an Präzision oder Steifigkeit an. Bei einer Ersatzanfrage fügen Sie bitte die Originalzeichnung und die Typenbezeichnung bei, sofern verfügbar.

Anhand dieser Angaben kann ein Lieferant verschiedene Strukturvarianten vergleichen und die entscheidenden Prüfpunkte dokumentieren: Laufbahn- und Schraubenkapazität, Getriebeschnittstelle, Passgenauigkeit bei der Montage, Betriebsverhalten und Wartungszugang. Dies ist eine fundiertere Grundlage für die Auswahl von Drehgelenken als ein gleicher Name oder ein übereinstimmender Außendurchmesser.