Angegebene Tragzahlen können bei Kegelrollenlagern täuschen!

Typische Einsatzgebiete von Kegelrollenlagern sind hoch belastete Anwendungen. Sie finden sich beispielsweise in Pkw- und Lkw- sowie Industriegetrieben, in der Metall- und Windenergieindustrie oder auch in der Fördertechnik. Derartige Anwendungen sind gekennzeichnet durch kombinierte Radial- und Axialbelastungen und erfordern einen Betrieb mit hoher Steifigkeit. Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sowie die Fähigkeit, extremen Bedingungen standzuhalten, sind maßgebliche Anforderungen. Denn Kegelrollenlager kommen meist unter verschmutzten und widrigen Bedingungen zum Einsatz, sollen aber dennoch eine größtmögliche Maschinenverfügbarkeit gewährleisten. Als maßgebliche Leistungsparameter beim Vergleich von Lagern verschiedener Hersteller werden meist die Tragzahlen herangezogen. Tatsächlich ist die dynamische Tragzahl auch entscheidend für die Berechnung der nominellen Lagerlebensdauer. Dies lässt sich anhand der Lebensdauergleichung veranschaulichen:

Gemäß ISO 281 wird die nominelle Lebensdauer eines Radial-Rollenlagers wie folgt berechnet:

• L₁₀ = (C_r/P_r)^(10/3)
• L₁₀ = nominelle Lebensdauer (mit 90-prozentiger Erlebenswahrscheinlichkeit)
• C_r = dynamische radiale Tragzahl
• P_r = dynamische äquivalente radiale Belastung

Dabei fußt die Berechnung der dynamischen radialen Tragzahl für Radial-Rollenlager gemäß ISO 281 auf folgender Formel:

• C_r=b_m·f_c·(i·L_we·cos α)(·^(7/9)D^(3/4)·D_we^(29/27)
• C_r = dynamische radiale Tragzahl
• b_m = Beiwert für Lagerbauart (Wert von 1,1 für Kegelrollenlager)
• f_c = Faktor für Werkstoff / Geometrie / Maß
• i = Anzahl der Rollenreihen
• L_we =    effektive Rollenlänge
• α = Berührungswinkel
• Z = Anzahl der Rollen pro Reihe
• D_we = mittlerer Rollendurchmesser

Daran lässt sich die Bedeutung von f_c als Leistungsfaktor erkennen: Beispielsweise bewirkt ein Leistungsfaktor von 1,23 eine doppelt so lange nominelle Lebensdauer L₁₀.

Um der Aussagekraft von Tragzahlwerten auf den Grund zu gehen, hat SKF umfangreiche Benchmark-Tests mit verschiedenen Ausführungen von Kegelrollenlagern durchgeführt. Als repräsentatives Beispiel dient im Folgenden ein Lager vom Typ 32011 X. Jeweils fabrikneue Lager wurden sowohl unter sauberen als auch verschmutzten Betriebsbedingungen geprüft. Die sauberen Tests erfolgten mit frischem Schmieröl, während bei der Testreihe unter verschmutzten Bedingungen dem Schmieröl definiert Schmutzteilchen in der Einlaufphase beigefügt wurden. Nach dieser Einlaufphase wurde das verschmutzte Schmieröl entfernt und die Lager bis zu ihrem Ausfall mit sauberem Schmieröl betrieben (siehe Tabelle).

Die Abbildung 1 zeigt einen Vergleich der in den jeweiligen Katalogen aufgeführten Tragzahlen von SKF und zwei anderen Wälzlagerherstellern, wobei sich der Referenzwert 100 auf SKF bezieht. Aus dem Vergleich geht hervor, dass für die beiden Fremdlager um 17 und 19 Prozent höhere Tragzahlen angegeben und damit signifikant höhere Produktlebensdauern in Aussicht gestellt wurden. Die Abbildung 2 zeigt die unter sauberen Betriebsbedingungen erzielten Benchmark-Ergebnisse; die Abbildung 3 stellt den Vergleich bei verschmutzten Betriebsbedingungen dar. Die Erkenntnis aus den Vergleichstests: Die SKF-Kegelrollenlager schnitten, trotz ihrer niedrigeren Katalog-Tragzahlen, in beiden Fällen deutlich besser ab als die bezüglich ihrer Tragzahl höher angegebenen Wettbewerbslager.

Zusätzlich hat SKF auch Drehzahl-Eignungstests durchgeführt. Vor Beginn der Rotation wurde eine rein axiale Belastung von 2,3 kN auf das Prüflager aufgebracht. Anschließend wurde der Temperaturverlauf
unter verschiedenen Drehzahlstufen von 2000 min-1 bis 9.000 min-1 in Schritten von 1000 min-1 gemessen. Dabei liefen die SKF Kegelrollenlager in sämtlichen Drehzahlbereichen jeweils mit den niedrigsten Temperaturen. Die Temperaturunterschiede nahmen bei höheren Drehzahlen zu. An der höchsten Drehzahlgrenze lag die mittlere Temperatur der SKF Lager um 11,5 Grad Celsius unter der mittleren Lagertemperatur des nächstbesten Wettbewerbslagers (CC 2). Bei Drehzahlen ab 4000 min-1 liefen die Wettbewerbslager bei zunehmend höheren Durchschnittstemperaturen als die von SKF.

Die Vergleichstests zeigen, dass die SKF-Kegelrollenlager in Bezug auf Gebrauchsdauer und Drehzahl-Eignung Maßstäbe setzen. Anwender von Wälzlagern müssen sich dessen bewusst sein, dass es einen großen Unterschied zwischen den Katalogwerten und der realen Leistung eines Lagers geben kann. Deshalb rät SKF, bei der Lager-Auswahl die Berechnungsgrundlagen der verschiedenen Hersteller für die Tragzahlen zu hinterfragen. Konstrukteure sollten die in den Lagerkatalogen aufgeführten Tragzahlen kritisch betrachten und auf Übereinstimmung mit ISO 281 oder anerkannten Prüfverfahren der Lagerhersteller kontrollieren. Tragzahlen können leicht nachvollzogen werden, indem die Abmessungen der Lagerkomponenten mit einfachen Verfahren gemessen werden. Denn je belastbarer und zuverlässiger die Tragzahlangaben sind, desto höher kann die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit in der jeweiligen Anwendung sein. wk