Titel: Kugel- und Rollenlager, ihre Konstruktion und Anwendung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1911, Band 326 (S. 329–333)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj326/ar326098

Kugel- und Rollenlager, ihre Konstruktion und Anwendung.

Von Regierungsbaumeister Dierfeld.

(Fortsetzung von S. 312 d. Bd.)

Textabbildung Bd. 326, S. 329
Textabbildung Bd. 326, S. 329

Im Hebezeugbau sind Kugellager für viele Zwecke eingeführt; wir erwähnen hier nur Laufkatzenrollen, Kranhaken und Kransäulen. Als im Pumpenbau schnellaufende Kreiselpumpen mehr und mehr Boden gewannen, war ein neues Gebiet für Anwendung der Kugellager eröffnet; anfangs waren einige Schwierigkeiten damit verbunden, Wasser von den Kugellagern fernzuhalten, doch wurde auch diese Aufgabe befriedigend gelöst (siehe Fig. 75) (Ausführung von Fichtel & Sachs). Die Anwendung von Kugellagern im Automobil- und Fahrradbau ist zu bekannt und zu oft geschildert, um hier noch behandelt zu werden; erwähnenswert sind einige Versuche über die Kraftersparnis durch Verwendung von Kugellagern an Elektromotoren, die von verschiedenen Seiten angestellt wurden. Fig. 76 zeigt die Kurven für Wattverbrauch, Tourenzahl und Wirkungsgrad eines kleinen Elektromotors mit D. W. F. Kugellagern und Ringschmierlagern. Man bemerkt, daß bei Anwendung von Kugellagern die Tourenzahl höher, der Wirkungsgrad besser und der Wattverbrauch niedriger ist. Die Stromersparnis bei Anwendung von D. W. F.-Kugellagern gegen Ringschmierlager sehen wir aus Fig. 77, worin die Ersparniskurven für einen 0,3, 3 und 30 PS-Motor bei wechselnder Belastung verzeichnet sind. In Amerika wurden ebenfalls vergleichende Versuche an einem 5 PS-Motor angestellt, der bei 220 Volt Spannung einmal mit Weißmetallringschmierlagern und dann mit Standardkugellagern lief, wobei die Tourenzahl von 225 bis 1350 i. d. Min. gesteigert wurde.

Textabbildung Bd. 326, S. 329

Die Kurven A (Fig. 78) veranschaulichen den Wirkungsgrad (als Ordinaten aufgetragen) mit Kugellagern, die Kurven B mit Ringschmierlagern. Man sieht, daß bei kleiner Tourenzahl (225) beide Kurven fast gleich verlaufen, erst bei 1350 Umdr. zeigt sich das Kugellager bedeutend überlegen. Aus den Kurven ergibt sich, daß bei einer Leistung |330| des Motors von 5 PS der Stromverbrauch sich wie folgt stellt:


Umdr.

PS.
Stromverbrauch in Amp. Er-
sparnis
Amp.
Er-
sparnis
PS
Ringschmier-
lager

Kugellager
1350 5 22,4 20,7 1,7 0,501
Textabbildung Bd. 326, S. 330
Textabbildung Bd. 326, S. 330
Textabbildung Bd. 326, S. 330

Bei der Lagerung wagerechter Elektromotoren der englischen Hoffmann Mfg. Co. sitzt entsprechend den Belastungen das größere Radiallager auf der Antriebsseite, das kleinere auf der Kollektorseite, wo auch ein kleines Doppeldrucklager angeordnet ist; die Lager sind vollständig eingekapselt, als Dichtungen sind hier Lederstulpe angewandt, die sich bei kleineren Motoren gut bewährt haben. Bei stehenden Motoren ist es besonders wichtig, das Oel am Austreten zu hindern, da dadurch Störungen herbeigeführt werden können. Diese Aufgabe ist sehr gut bei der Ausführung der D. W. F. (Fig. 79) gelöst; eine eingesetzte Buchse, deren Stand etwas höher liegt als die Oeleinfüllöffnung, hindert das Oel, an der Welle hindurchzutreten. Im übrigen wird das Oel durch die Zentrifugalkraft stets nach außen geschleudert, wo zwischen den Flanschen eingelegte Bleiplatten gut abdichten. Während im Automobilbau Kugellager für die Kurbelwellen der Motore weniger benutzt werden, was zum Teil in dem beträchtlichen Preisunterschied gegenüber Gleitlagern begründet ist, können sie doch bei den Kurbellagern von Dampfmaschinen mit Erfolg verwandt werden, wenn die Größe entsprechend gewählt ist. Der Einbau der Kugellager bei den Hauptlagern einer Dampfmaschinenkurbelwelle erläutert Fig. 80 (Ausführung der D. W. F.). In jedem Lagergehäuse sind zwei Laufringsysteme vorgesehen. Die Kugellager sind mittels Spannhülsen, die nach dem Aufbringen der Lager fest angezogen werden, auf der Welle befestigt. Das Lagergehäuse, in dem Oelkammer und Labyrinthdichtung vorhanden sind, „sellert“ in dem auf dem Fundament befestigten Lagermantel. Die seitlich angebrachte Füllschraube dient zur Schmierung; die Kugeln tauchen in der tiefsten Stelle in das Oel ein und der Käfig nimmt dann das Oel wie ein Paternosterwerk mit. Zweireihige Kugellager bauen, wie schon oben erwähnt, bedeutend kleiner im Durchmesser als einreihige Lager, und sind deshalb außer für Kurbellager mit Vorteil für die Pleuelstangenlager der Dampfmaschinen zu verwenden, wie Fig. 81 zeigt. Diese Figur stellt Kurbelwellen- und Pleuelstangenlagerung einer kleinen Lokomobile dar; nach Ausführung der schwedischen Kugellagerfabrik. Das Pleuelstangenlager hätte bei Verwendung einreihiger Kugellager zu große Dimensionen angenommen.

Textabbildung Bd. 326, S. 330

Auch im Eisenbahnbetriebe kann viel Kraft gespart werden durch die Anwendung von Kugellagern. Zweckmäßig sind diese z.B. bei den Lagern der Schiebebühnen oder besonders den Königstühlen der Drehscheiben, wo bisher stets Gefahr des Festfressens der Lager bestand, auch große Drehscheiben im Winter bei gefrorenem Schmiermaterial schwer zu bedienen waren, bezw. viel Kraft verbrauchten. In Fig. 82 sehen wir einen mit Kugellagern der D. W. F. ausgerüsteten Königstuhl, der sich im Betriebe gut bewährt hat. Daß auch |331| Eisenbahnwagen vorteilhaft mit Kugellagern versehen werden, beweisen folgende Versuche der Königl. Preußischen Eisenbahn. Im Mai 1903 stellte genannte Verwaltung einen dreiachsigen Wagen II. Klasse im Gewich tvon 17020 kg und einen dreiachsigen Wagen III. Klasse im Gewicht von 16130 kg, in Kugellagern D. W. F. gelagert, in den Dienst ein. Fig. 83 stellt die Achsbuchse dieser Wagen dar; auf jedem Achsschenkel sind zwei Laufringsysteme angebracht, die Gehäuse wurden in den äußeren Dimensionen den Untergestellmaßen angepaßt, so daß Federn und Achshalter in bisheriger Weise unverändert montiert werden können. Die Wagen werden gleichmäßig wie die anderen Personenwagen behandelt und haben jetzt bereits über 400000 km zurückgelegt. Es wurden Vergleichsmessungen angestellt, bei denen die beiden Wagen erst mit gut eingelaufenen Gleitlagern und dann mit Kugellagern ausgerüstet wurden, und Anzugsversuche durch Belasten mit Gewichten vorgenommen. Das Ergebnis zeigt nebenstehende Tabelle.

Textabbildung Bd. 326, S. 331
Textabbildung Bd. 326, S. 331
Textabbildung Bd. 326, S. 331

Nun wurden Zugkraftmessungen während der Fahrt angestellt; bei diesen Versuchen fuhren die Wagen eine Steigung von 1 : 200 bergauf mit 40 km Geschwindigkeit.

Ein Zugkraftdynamometer in eigens dazu eingerichteten Wagen zeichnete hierbei den Kraftverbrauch vollständig selbsttätig auf. Bei den nachstehenden Zahlen ist der Zugkraftverbrauch auf das ebene Gleise reduziert. Während dieser Fahrt verbrauchten die beiden Wagen Nr. 2672 und 1839 im Gesamtgewicht von 33150 kg

a) mit Gleitlagern 98 kg Zugkraft,
b) mit Kugellagern 88
Textabbildung Bd. 326, S. 331
Textabbildung Bd. 326, S. 331

Kraftverbrauch beim Anzug.

Wagen-
klasse

Nr.
Gewicht
kg
Bei Gleitlagern
kg Zugkraft
Bei Kugellagern
kg Zugkraft
III. 2672 16130 350 25
II. 1839 17020 400 40
II. u. III. zus.-
gekuppelt
2672
1839
33150 448 63
Textabbildung Bd. 326, S. 331

Diese Messungen beweisen die Zweckmäßigkeit, der Kugellager bei den Eisenbahnen und besonders beim Stadtbahnverkehr oder bei Lokalzügen, die oft halten. Eine etwas anders ausgebildete Achsbuchse mit Doppeldrucklagern für Eisenbahnwagen sehen wir in Fig. 84 und |332| 85 nach einer Ausführung der Schwedischen Kugellagerjabrik in Gotenburg.

Im Schiffbau machen sich ebenfalls die Vorteile der Kugellager geltend; es werden zweckmäßig nicht nur die Rudermaschinen und Steuerungsmechanismen in Kugellagern gelagert, sondern auch die Hauptlager der Schraubenwellen werden mit bestem Erfolge durch Kugellager ersetzt (siehe Fig. 86 Ausführung der D. W. F.).

Textabbildung Bd. 326, S. 332

Kugellager baut man sehr schmal, sie erhalten aber für stärkere Belastungen verhältnismäßiggroße Durchmesser, während Rollenlager im Durchmesser klein, dafür aber breiter gehalten werden. In allen Fällen, wo bei großer Belastung und mittleren Tourenzahlen ein gewisser Durchmesser nicht überschritten werden darf, sind Rollenlager vorteilhaft anzuwenden. Der gewöhnlich gegen Rollenlager erhobene Vorwurf, daß die Rollen schränken oder nicht ganz aufliegen, besteht nur zu Recht, wenn die Rollen nicht. an den Seiten hinreichend geführt sind, wenn sie zu lang und nicht mit genügender Sorgfalt hergestellt sind.

Textabbildung Bd. 326, S. 332
Textabbildung Bd. 326, S. 332

In Fig. 87 und 88 ist ein Rollentraglager dargestellt, wie es die Firma Schäfer & Cie. in Schweinfurt normal baut. Die gehärteten und genau geschliffenen Rollen sind in zwei Seitenscheiben gut gelagert, welche durch Verbindungsstangen aus Stahl zusammen gehalten werden. Rollen mit Führung bilden also hier ein Ganzes, ähnlich wie die Kugeln mit ihrem Käfig. Um zu verhindern, daß der Rollenkäfig abgenutzt wird, sowie zur freieren Führung der Rollen, bringt die Standard Roller Bearing Co., Philadelphia, an den Enden jeder. Rolle Kugeln an. Diese Lager werden nach Normalien gebaut: das größte ausgeführte Lager hatte 95 cm . Gewöhnlich werden derartige Lager innen und außen mit Stahlbuchsen versehen (s. Fig. 89), um ein Anfressen der Welle usw. zu vermeiden. Dieselbe Firma baut auch ein sehr kurzes Lager, das besonders für Motore bestimmt ist. Es besteht, wie Fig. 90 zeigt, aus einem inneren Laufring aus Stahl, der auf die Welle gepreßt wird, und einem äußeren Ring, der das Gehäuse bildet. Beide Laufringe sind an entgegengesetzten Seiten innen mit konischen Ansätzen versehen, gegen die sich die konischen Rollenenden legen. Bei dieser Anordnung soll ein Ecken der Rollen vermieden und auch ein etwaiger Achsialdruck aufgenommen werden. Der gezeichnete Käfig aus Stahl hat hier keinen anderen Zweck, als die Rollen in gehöriger Entfernung voneinander zu halten. Für leichtere Lasten baut die Auto Machinery Co., Coventry (Engl.) ein Lager nach Fig. 91.

Textabbildung Bd. 326, S. 332

Der die Rollen haltende Käfig besteht aus zwei Stahlringen, die durch Distanzstücke aus weichem Stahl verbunden sind. Um die Rollen von einem etwaigen Achsialdruck zu entlasten, ist der eine Käfigring zur Aufnahme von Kugeln ausgebildet, die einerseits auf der äußeren Lagerbuchse, andererseits auf besonderer Spurplatte laufen.

Textabbildung Bd. 326, S. 332

Bei dem Transmissionslager derselben Firma, dessen Rollenkäfig zwecks leichterer Montage geteilt ist, laufen die Rollen direkt auf dem gußeisernen Gehäuse, welches geteilt und mit gezahnter Teilfuge versehen ist, damit die Rollen bei der Drehung nicht stoßen. Ein seitliches Spiel wird dadurch verhindert, daß die Käfigflansche über die Gehäuseenden greifen. Diese Konstruktion ist nicht gut, da die harten Rollen das Gußeisen anfressen werden, außerdem wird an der Teilfuge wohl immer ein merkbarer Stoß entstehen; das richtige wäre, zwischen Rollen und Gehäuse eine . Stahlbuchse zu setzen. Da bei längeren Rollen ein gutes Aufliegen schwer zu erreichen ist, unterteilt die Bantam Antifriction Co., Bantam, Com., die einzelnen Rollen (s. Fig. 92), und versetzt die Teilfugen gegeneinander, die Reibung zwischen den einzelnen Rollen wird hierbei ziemlich groß, besser wäre, die Rollenenden ballig auszugestalten.

Textabbildung Bd. 326, S. 332

Ein sehr gut durchgebildetes Rollenlager, das gegen Kugellager austauschbar ist, führt die Norma-Gesellschaft in Cannstatt aus. Die Rollen dieses Lagers sind sehr kurz und können sich |333| mit dem Innenring bei einer Durchbiegung der Welle entsprechend einstellen, da der Außenring etwas ballig gedreht ist, wie Fig. 93 zeigt. Jede Rolle wird auf einem Zäpfchen geführt. Alle Zäpfchen sind um das links gezeichnete Blech genietet und besitzen rechts eine Nut. Der Zusammenbau des Käfigs erfolgt derart, daß zuerst die Rollen um den Innenring herumgelegt werden und sodann das linke Blech mit den Zapfen von links her eingeführt wird. Hierauf wird von rechts aus das dicke Blech über die Zapfen geschoben, wodurch der gegenseitige Abstand der Rollen gesichert ist. Zum Schluß wird das Innenblech über die Zapfenenden gestreift und ein wenig verdreht. Es werden hierdurch, wie aus Fig. 94 zu ersehen, die Zapfen am Herausfallen gehindert.

Textabbildung Bd. 326, S. 333

Die Anwendung der Rollentraglager ist ziemlich mannigfaltig. So sehen wir in Fig. 95 ein Stehlager von Schäfer & Cie., das für größere Belastungen und bis 300 Umdr. empfohlen wird. Die Rollen laufen auf gehärteten Stahlbuchsen d und e und werden in den oben beschriebenen Käfig geführt. Die Schmierung erfolgt durch Tropföler; das sich unten ansammelnde Oel wird vom Käfig in die Höhe gehoben und überall verteilt. Die Labyrinthdichtung links verhindert das Eintreten von Staub; durch den rechten Schraubdeckel können Rollen und Laufbuchsen entfernt werden. Fischer in Schweinfurt führt ein zweiteiliges Stehlager nach Fig. 96 u. 97 aus, dessen Lagerschalen derart gestaltet sind, daß sie gegen die Schalen von Seilers Ringschmierlagern ausgewechselt werden können, was in mancher Beziehung von Vorteil ist. Für die Naben von Motorlastwagen haben sich Kugellager infolge der überaus hohen Beanspruchungen nicht als brauchbar erwiesen, daher wendet man in Deutschland hier meistens Gleitlager an. In England und Amerika gebraucht man dagegen seit einiger Zeit mit Erfolg Rollenlager hierfür. Fig. 98 zeigt den Schnitt durch die Vorderradnabe eines solchen Lastwagens nach Ausführung der Standard Roller Co. Die Rollen des äußeren Lagers links sind an ihren Enden mit Kugeln versehen, um seltener vorkommende Stöße auf die Innenseite des Rades aufzunehmen, rechts ist ein großes Kugeldrucklager angeordnet zur Aufnahme starker achsialer Stöße von außen nach innen.

Textabbildung Bd. 326, S. 333

(Schluß folgt.)

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