Auf ein Lager wirkende Kräfte

Ein Gelenklager kann unterschiedlich belastet werden:

  • zeitlich konstant oder veränderlich, Bild 1
  • statisch oder dynamisch

bild1

 

 

 

 

Bild 1: Belastungsfaktoren fB= 0,35


Kräfte bei statischer Belastung

Es wirken nur radiale (Fr) oder radiale und axiale (Fa) Kräfte, Bild 2, und es findet keine
Bewegung zwischen Innenring und Lagerschale statt.


Radiale und axiale Kräfte

 

 

 

 

 

 

 



Bild 2: Radiale und axiale Kräfte

Kräfte bei dynamischer Belastung

Es wirken radiale oder radiale und axiale Kräfte, wobei der Innenring um den Winkel α kippt
oder um den Winkel ß schwenkt oder sich gegenüber der Lagerschale dreht. Bild 3 und 5.


bild3

 

 

 

 

 

 

 


Bild 3: Kipp- und Schwenkwinkel


Für den Fall konstanter Belastung durch Fr, Fa, wird entsprechend Formel (2) eine dynamische äquivalente Lagerlast Fä ermittelt.

(2)

Fä = Fr + Y . Fa

[kN]

es muss gelten:  Fä ≤ Fr, zul nach Formel (6); Fa ≤ Fa, zul (6a)

Der Axialfaktor Y nach Tabelle 2 ist abhängig vom Lastverhältnis.

Lastverhältnis Fä : Fr 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Axialfaktor Y 0,8 1 1,5 2,5 3

Tabelle 2: Axialfaktoren Y

Für den Fall veränderliche Belastung, Bild 4, kann aus den einzelnen Laststufen Fi
und den zugehörigen Zeitanteilen ti mit Formel (4) eine mittlere dynamische Lagerlast
Fm berechnet werden.


Zeitliche veränderliche Belastung

 

 

 

 

 

 

Bild 4: Zeitliche veränderliche Belastung

(3)

Fm = 0,1 F12 . t1 + F22 . t2 +....)

[kN]

Kraft F [kN]; Zeitanteile t [%]; außerdem muss gelten: Fi, max ≤ Fr, zul nach (6)

Bei zusätzlicher Axialbelastung wir dann die äquivalente Lagerlast  nach
Formel (4) berechnet.

(4)

Fä = Fm + Y . Fa

[kN]

Axialfaktor Y nach Tabelle 2; Fa Fa, zul (6a)

 

 

 

 

Tragzahlen

 

Tragzahlen sind lagerspezifische Kennzahlen, abgeleitet von den Werkstoffdaten des eingesetzten Materials. Sie werden verwendet zur Auswahl eines Gelenklagers oder eines Gelenkkopfes für eine vorliegende Belastung, müssen aber gegebenenfalls bei besonderen Betriebsverhältnissen reduziert werden.

Statische Tragzahl Co [kN]
Co gibt die zulässige radiale Belastung im Stillstand an, die ein Gelenkkopf im
schwächsten Querschnitt bei ruhender Last ohne bleibende Verformung aushält. Die angegebenen Co-Werte wurden durch Rechnung unter Benutzung der jeweiligen
Werkstoffkennwerte ermittelt und an einer repräsentativen Anzahl von Gelenkköpfen im Zugversuch bei Raumtemperatur überprüft; es wurde jeweils eine 80%ige Ausnutzung der Streckgrenze zugrundegelegt, sodass ein Sicherheitsfaktor von 1,25 enthalten ist. Die statische Tragzahl Co dient weiter zur Ermittlung der zulässigen Axialbelastung, die begrenzt ist durch zusätzlich am Stangenschaft auftretende Biegespannungen, hauptsächlich aber durch die axiale Befestigung des Innenteils. Durch Ausdrückversuche wurden diese maximalen Werte (Deformierung) ermittelt.

(1)

Fa = Fa, zul = a . Co

[kN]

a = ≤ 0,4 für GI/GA + GIO/GAO + GXO
a = ≤ 0,2 für GXS, GXSW, GL im eingebauten Zustand
a = ≤ 0,1 für EI/EA, EI/EA...D-NIRO

Bei Gelenklagern gibt Co diejenige radiale Belastung an, bei der keine bleibende Verformungen der Gleitfläche eintritt. Voraussetzung ist eine genügend stabile Ausführung des Außenteils.

 

Dynamische Tragzahl C [kN]
Die angegebenen dynamischen Tragzahlen sind die Berechnungsgrundlage zur Ermittlung der Lebensdauer von gynamisch beanspruchten, also unter Belastung schwenkenden oder kippenden Gelenklagern bzw. Gelenkköpfen. Diese beziehen sich allerdings rein auf die Lagerung und können somit nicht auf das Gelenkkopfgehäuse angewandt werden. Die in den Tabellen angegebenen Werte ergeben sich durch Multiplikation der bei Gleitbewegung zulässigen Flächenpressung pzul mit der projezierten Lagerfläche Aproj. Die bei verschiedenen Gleitpaarungen üblichen, in der Praxis bewährten Richtwerte für die zulässige Flächenpressung bei Schwenkbewegungen sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Es ist zu beachten, dass je nach Materialfestigkeit bei einem Gelenkkopf-Gehäuse (z.B. auf Seite 34 und 35) die statische Tragzahl niedriger als die dynamische Tragzahl liegen kann. Auf Seite 19 ist hierzu die Vorgehensweise beschrieben. Bei schwellender oder wechselnder Belastung muss die dynamische Tragfähigkeit des Gelenkkopfgehäuses separat betrachtet werden.

Pzul
[N/mm2]

Stahl/Messing Stahl/Bronze

Stahl/Stahl
weich

Stahl/Stahl
hart

Stahl/Teflon-
Bronzegewebe
Stahl/Teflon-
Nylongewebe
50 50 50 100 150 50

Tabelle 1: Zulässige Flächenpressung

Abkürzungen: St= Stahl, Ms= Messing, Bz= Bronze, TBz= Teflon-Bronzegewebe, TNy= Teflon-Nylongewebe

 

Schmierung


Wartungsfreie Gelenkköpfe und Gelenklager dürfen nicht nachgeschmiert werden.
Der Innenring gleitet auf einem in die Lagerschale eingebrachten PTFE-Gewebe.


Gelenkköpfe und Gelenklager mit der Gleitpaarung Stahl/Sondermessing, Stahl/Bronze und Stahl/Stahl bedürfen einer regelmäßigen Schmierung. Die Erstbefettung muss bei der Inbetriebnahme erfolgen. Die Schmierintervalle richten sich nach den Einflussparametern wie Umwelteinflüsse (Temperatur, Staub, etc.) und der mechanischen Belastung im Anwendungsbereich (Flächenpressung, Lastwechselzahl, Kippwinkel, Gleitgeschwindigkeit, etc.).

Für die Schmierung von Gelenklagern bis zu etwa 110° C haben sich besondere Pasten, wie z.B. Gleitmo 805k, in der Praxis bewährt. Bei höheren Temperaturen, von 110° C - 220° C ist die Verwendung von Hochtemperaturfetten geeignet, z. B. Notropeen EHT2. Die Befettung erfolgt bei nachschmierbaren Gelenkköpfen der Maßreihe K über einen Trichterschmiernippel nach DIN 3405.

Bei Stahl/Stahl Gelenkköpfen der Maßreihe E werden ab Nenngröße 20 Hydraulikschmiernippel DIN 71412 eingebaut.


Temperaturbereiche der FLURO®-Gelenkköpfe und -Gelenklager

Gleitpaarung Temperatur Celsius Temperatur
Fahrenheit
Stahl/Sondermessing -50° bis +200° -58° bis +392°
Stahl/Bronze -50° bis +250° -58° bis +480°
Stahl/PTFE-Gewebe -150° bis +250° -238° bis +480°
Stahl/PTFE-Glasgewebe -75° bis +150° -103° bis +302°
Stahl/Stahl -50° bis +200° -103° bis +392°
GE..EC, FW, AW, SW -50° bis +150° -58° bis +302°
GE...-2RS -30° bis +130° -22° bis +266°
GE..EC-NIRO -150° bis +250° -238° bis +480°

Ab einem Temperaturbereich von über +250° C kommen unsere Hochtemperatur-Gelenklager zum Einsatz.


Materialschlüssel

Material Deutschland Frankreich Italien Schweden UK USA
1.0402 C22 XC25 C21 1450 070M20 M1023
1.0503 C45 1C45 C45 1650 080M46 Aisi 1045
2.1030 CuSn8 - - - - -
2.0561 CuZn40AI1 - - - - -
1.3505 100Cr6 100Cr6 100Cr6 2258 2S135 Aisi 52100
1.7225 42CrMo4 42CrMo4 42CrM04 2244 708M40 Aisi 4140
1.0715 11SMn30+C S250 CF9SMn28 1912 230M07 Aisi 1213
1.4006 X10Cr13 Z10C13 Z12Cn13 2302 410C21 Aisi 410
1.4034 X46Cr13 Z44C14 X40Cr14 - 420S45 Aisi 420C
1.4057 X20CrNi172 Z15CN16-02 X16CrNi16 2321 431S29 Aisi 431
1.4112 X90CrMoV18 - - - - Aisi 440B
1.4125 X105CrMo17 Z100CD17 - - - Aisi 440C
1.4301 X5CrNi1810 Z4CN19-10FF X5CrNi1810 2332 304S17 Aisi 304
1.4305 X10CrNiS189 Z8CNF18-09 X10CrNS1809 2346 303S22 Aisi 303
1.4401 X5CrNiMo17122 Z7CND17-12-02 X5CrNiMo1712 2347 316S17 Aisi 316
1.4542 X5CrNiCuNb174 Z7CNU15-05 - - - Aisi 630 (174Ph)
1.4571 X6CrNiMoT i17-12-2   X6CrNiMoT i1712 2350 320S18 Aisi 316T i
 

Materialschlüsselung

 

Material

Deutschland

Frankreich

Italien

Schweden

UK

USA

1.0402

C22

XC25

C21

1450

070M20

M 1023

1.0503

C45

1C45

C45

1650

080M46

Aisi 1045

2.1030

CuSn8

-

-

-

-

-

2.0561

CuZn40AI1

-

-

-

-

-

1.3505

100Cr6

100Cr6

100Cr6

2258

2S135

Aisi 52100

1.7225

42CrMo4

42CrMo4

42CrMo4

2244

708M40

Aisi 4140

1.0715

11SMn30+C

S250

CF9SMn28

1912

230M07

Aisi 1213

1.4006

X10Cr13

Z10C13

X12Cn13

2302

410C21

Aisi 410

1.4034

X46Cr13

Z44C14

X40Cr14

-

420S45

Aisi 420

1.4057

X20CrNi172

Z15CN16-02

X16CrNi16

2321

431S29

Aisi 431

1.4112

X90CrMoV18

-

-

-

-

Aisi 440B

1.4125

X105CrMo17

Z100CD17

-

-

-

Aisi 440C

1.4301

X5CrNi1810

Z4cn19-10FF

X5CrNi1810

2332

304S17

Aisi 304

1.4305

X10CrNiS189

Z8CNF18-09

X10CrNiS1809

2346

303S22

Aisi 303

1.4401

X5CrNiMo17122

Z7CND17-12-02

X5CrNiMo1712

2347

316S17

Aisi 316

1.4542

X5CrNiCuNb174

Z7CNU15-05

-

-

-

Aisi 630 (174Ph)

1.4571

X6CrNiMoTi17-12-2

Z6CNDT17-12

X6CrNiMoTi1712

2350

320S18

Aisi 316Ti

Für etwaige fehlerhafte oder unvollständige Angaben kann keine Haftung übernommen werden.

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