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Inhalt
Zweireihige Schrägkugellager der Serie 33 werden überall dort eingesetzt, wo eine einzelne Kompaktlagereinheit gleichzeitig tragen muss Radiallasten, bidirektionale Axiallasten (Schublasten) und mäßige Momentlasten – alles innerhalb einer platzbeschränkten Installation. Ihre Hauptanwendungen umfassen Werkzeugmaschinenspindeln, Automobilkomponenten, Industriegetriebe, Pumpen, Kompressoren, Präzisionsinstrumente, Elektromotoren und landwirtschaftliche Maschinen. Die Bezeichnung der Serie 33 kennzeichnet speziell ein zweireihiges Kugellager mit einem Kontaktwinkel von 30 Grad in einer bestimmten Abmessungsreihe und ist damit die bevorzugte Wahl für Anwendungen, die im Vergleich zu zweireihigen Standardkonfigurationen eine höhere axiale Belastbarkeit im Verhältnis zur radialen Belastung erfordern. Das Verständnis der Breite und Spezifität ihrer Anwendungen hilft Ingenieuren und Wartungsfachleuten, das richtige Lager für jeden Anwendungsfall sicher auszuwählen.
Bevor Sie bestimmte Anwendungszwecke untersuchen, ist es wichtig zu verstehen, was sie unterscheidet Zweireihige Schrägkugellager der Serie 33 von anderen Lagerkonfigurationen und warum diese Unterschiede sie für ihre charakteristischen Anwendungen geeignet machen.
Die Serie 33 gehört zur Familie der zweireihigen Schrägkugellager, die durch zwei symmetrisch angeordnete Kugelreihen in einer einzigen Lagereinheit gekennzeichnet sind, die jeweils in einem definierten Kontaktwinkel arbeiten – 30 Grad für die 33er-Serie . Dieser Kontaktwinkel ist steiler als der 15-Grad-Winkel von Standard-Rillenkugellagern, was bedeutet, dass jeder Kugelkontaktpunkt die ausgeübte Kraft in eine größere axiale Komponente und eine kleinere radiale Komponente auflöst, verglichen mit einem Lager mit flacherem Winkel derselben Größe.
Die praktische Auswirkung dieser Geometrie ist ein Lager, das speziell für Anwendungen optimiert ist, bei denen die Axiallasten erheblich sind – entweder als Primärlasten oder als erhebliche Sekundärlasten neben der Radiallast. Der Kontaktwinkel von 30 Grad ergibt ungefähr die 33er-Serie 40 bis 60 % höhere axiale Tragfähigkeit pro Einheit radialer Tragfähigkeit Im Vergleich zur Serie 32 (die einen Kontaktwinkel von 15 Grad verwendet) ist sie die richtige Wahl, wenn Schublasten der dominierende Designfaktor sind. (Quelle: ISO 15:2017, Wälzlager – Radiallager – Grenzabmessungen, Übersichtsplan)
Werkzeugmaschinenspindeln stellen eine der anspruchsvollsten und historisch bedeutsamsten Anwendungen zweireihiger Schrägkugellager dar, einschließlich der Serie 33. CNC-Bearbeitungszentren, Schleifmaschinen, Bohrwerke und Drehmaschinen erfordern alle Spindellageranordnungen, die gleichzeitig drei widersprüchliche Anforderungen erfüllen: maximale Steifigkeit (um die Durchbiegung des Werkzeugs zu minimieren und die Bearbeitungsgenauigkeit aufrechtzuerhalten), hohe Drehzahlfähigkeit und lange Lebensdauer unter kombinierten Schnittlasten.
Bei Bearbeitungsvorgängen erzeugt das Schneidwerkzeug Kräfte, die sowohl radiale als auch axiale Komponenten haben, deren Größen und Richtungen sich kontinuierlich ändern, wenn sich die Werkzeugbahn ändert. Ein Spindellager muss auf diese kombinierten Belastungen reagieren, ohne dass es zu einer Auslenkung der Werkzeugspitze kommt, die über die Bearbeitungstoleranz hinausgeht – das heißt für Präzisionsschleifoperationen Spindelradialsteifigkeit von 50 bis 200 N/Mikron ist am Werkzeugaufnahmepunkt erforderlich. (Quelle: Fundamentals of Machine Tool Design, Klocke und Kuchle, Springer, 2011)
Die Rücken-an-Rücken-Doppelreihengeometrie des Lagers der Serie 33 erzeugt eine große effektive Stützspanne innerhalb der eigenen axialen Länge des Lagers und erzeugt eine Momentensteifigkeit, die der Durchbiegung der Werkzeugspitze bei exzentrischen Schnittlasten weitaus effektiver widersteht als einreihige Alternativen mit gleicher Bohrungsgröße. Präzisionslager der Serie 33 (Klassen ISO P5 und P4) werden an der vorderen Spindelposition (am Werkstückende) von CNC-Bearbeitungszentren und Schleifspindeln eingesetzt, wo die Genauigkeitsanforderungen am kritischsten sind.
Die Automobilindustrie ist einer der größten Abnehmer von zweireihigen Schrägkugellagern, und die Serie 33 ist speziell auf verschiedene Fahrzeuganwendungen ausgerichtet, bei denen eine hohe axiale Belastbarkeit die vorherrschende Konstruktionsanforderung ist.
Moderne Radnabenlagereinheiten für Pkw – Konstruktionen der 1. und 2. Generation – verwenden zweireihige Schrägkugellager als strukturelles Herzstück der Nabenbaugruppe. Die Lastumgebung an einem Fahrzeugrad ist ein klassischer kombinierter Belastungsfall: Radiallast aus dem Fahrzeuggewicht, die über die Aufhängungsgeometrie wirkt, Axiallast aus Seitenführungskräften und Straßensturz, die seitlich wirken, und Momentlast aus Bremsmoment und Aufhängungsgeometrie, die ein Kippmoment an der Radmittellinie erzeugt.
Der 30-Grad-Kontaktwinkel der 33er-Serie ist für dieses Lastprofil gut geeignet, da Seitenführungskräfte bei dynamischen Fahrmanövern axiale Belastungen erzeugen, die sich annähern können 0,8- bis 1,2-fache der statischen Radiallast am Außenrad – ein hohes Axial-Radial-Verhältnis, das die 33er-Serie effizienter bewältigt als Alternativen mit flachem Winkel. (Quelle: SAE International Journal of Passenger Cars – Mechanical Systems, Wheel Bearing Load Analysis, Band 5, 2012)
Manuelle und automatische Fahrzeuggetriebe erzeugen Wellenlasten, die beim Wechseln des Getriebes zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang die Radialkräfte des Zahnradeingriffs mit den Axialkräften der Schrägverzahnung in beide Axialrichtungen kombinieren. Die Serie 33 bietet die bidirektionale axiale Unterstützung, die diese Wellenpositionen erfordern, und nimmt gleichzeitig einen kompakteren axialen Raum ein als gepaarte einreihige Alternativen – ein wichtiger Gesichtspunkt bei kompakten Getriebekonstruktionen, bei denen der Bauraum stark eingeschränkt ist.
Motorwellen elektrischer Servolenkungen (EPS) und Antriebswellen von Traktionsmotoren von Elektrofahrzeugen erfordern Lager, die kombinierte radiale und axiale Lasten aus der Kraftübertragung über Riemen oder Zahnräder aufnehmen und gleichzeitig bei Drehzahlen von nahezu Null bis 100 °C geräusch- und vibrationsarm bleiben 15.000 U/min oder mehr in modernen EV-Architekturen. Die Serie 33 in Präzisionsausführung bietet die Kombination aus geräuscharmem Betrieb, kombinierter Belastbarkeit und werkseitiger Vorspannungsgenauigkeit, die für diese geräuscharmen Hochgeschwindigkeitsanwendungen erforderlich ist.
Kreiselpumpen und Rotationskompressoren stellen ein natürliches Anwendungsgebiet dar Zweireihige Schrägkugellager der Serie 33 weil die Fluiddynamik dieser Maschinen axiale Schublasten erzeugt, die neben den radialen Lasten aus dem Wellengewicht und dem Fluiddruck auf Laufrad- oder Rotoroberflächen vom Wellenlagersystem getragen werden müssen.
Bei einer einstufigen Kreiselpumpe erzeugt der Druckunterschied zwischen Laufradeinlass und -auslass eine axiale hydraulische Schubkraft, die in Richtung der Flüssigkeitsannäherung an das Laufradauge wirkt. Diese Schublast ist während des Betriebs kontinuierlich und muss vollständig vom Lagersystem der Pumpenwelle aufgenommen werden. Bei mittelgroßen Kreiselpumpen in der Wasseraufbereitung, der chemischen Verarbeitung und in HVAC-Anwendungen kann die Axialschubkraft eine Rolle spielen 20 bis 60 % der Radiallast aus Wellengewicht und Riemen- oder Kupplungsseitenlasten.
Das Lager der Serie 33 berücksichtigt dieses Lastprofil direkt: Sein Kontaktwinkel von 30 Grad sorgt für eine hohe axiale Kapazität für die hydraulische Schubkomponente, während die zweireihige Konstruktion die radiale Kapazität für Wellengewicht und Riemenlasten bereitstellt und die Rücken-an-Rücken-Geometrie für Momentenunterstützung für die auskragenden Lasten von fliegenden Laufrädern sorgt. Diese Kombination macht die Baureihe 33 besonders wertvoll für endsaugende Kreiselpumpen im industriellen Prozessservice. (Quelle: Pump Handbook, Karassik, Messina, Cooper and Heald, McGraw-Hill, 4. Auflage, 2008)
Schrauben- und Scrollkompressoren in Kühl-, Klima- und industriellen Druckluftanwendungen erzeugen Axialkräfte aus der spiralförmigen Geometrie der Schraubenrotoren oder aus dem Differenzgasdruck auf den Scrollplattenoberflächen. Diese axialen Belastungen werden mit radialen Belastungen aus Rotormasse und Gaskräften senkrecht zur Wellenachse kombiniert. Die Serie 33 bietet die erforderliche kombinierte Belastbarkeit im kompakten radialen Gehäuse dieser Maschinen, wo der Einbau eines separaten Axiallagers die Maschinengröße und -kosten erheblich erhöhen würde.
Industriegetriebe – insbesondere Stirnrad-, Kegelrad- und Schneckengetriebe – erzeugen Wellenbelastungen, die von Natur aus kombiniert sind. Die Eingriffsgeometrie von Schrägverzahnungen erzeugt einen Wellenkraftvektor mit drei Komponenten: tangential (rotierend), radial (trennend) und axial (Schub vom Schrägungswinkel). Auf alle drei muss durch das Wellenlagersystem reagiert werden, und die axiale Komponente von Schrägverzahnungen kann erheblich sein – repräsentierend 30 bis 70 % der Tangentialkraft abhängig vom Spiralwinkel. (Quelle: Shigley's Mechanical Engineering Design, Budynas und Nisbett, 10. Auflage, McGraw-Hill, 2014)
Die Abtriebswelle eines Stirnradgetriebes trägt das höchste Drehmoment und damit die höchste Tangentialkraft im Getriebe. Der gleichzeitige Axialschub durch den Schrägzahnradeingriff macht diese Wellenposition zu einer natürlichen Anwendung für die 33er-Serie. Ein einzelnes zweireihiges Lager an der Abtriebswelle sorgt für die erforderliche kombinierte radiale und bidirektionale axiale Unterstützung – und ermöglicht die Umkehrung des Axialschubs, wenn sich das Zahnrad während Brems- oder Umkehrzyklen in beide Richtungen dreht – in einer kompakten Installation, die ein einreihiges Lager mit einer separaten Anlaufscheibe nicht erreichen kann.
Kegelrad-Ritzelwellen in Winkelgetrieben stellen besonders anspruchsvolle Lageranwendungen dar, da die Zahneingriffsgeometrie große axiale Trennkräfte erzeugt, die bei Lastumkehr die Richtung wechseln. Die zweireihige Rücken-an-Rücken-Anordnung der Serie 33 ist speziell für diese Anwendung geeignet, da ihre symmetrische Geometrie auf axiale Belastungen in beide Richtungen gleichermaßen reagiert, ohne dass eine Vorspannungsanpassung vor Ort erforderlich ist, wenn sich die Lastrichtung ändert.
Pitch-Steuerungsantriebe, Gierantriebe und Hilfsgeneratorantriebe in Windkraftanlagen verwenden kompakte Getriebe- und Motorbaugruppen, wobei die Serie 33 die kombinierte Last und bidirektionale Schubunterstützung bietet, die im begrenzten Installationsraum einer Windkraftanlagengondel erforderlich ist. Auch diese Anwendungen profitieren von den abgedichteten und fettgefüllten Varianten der 33er-Serie, die die erforderlichen verlängerten Wartungsintervalle für Komponenten ermöglichen, die in Höhen von 80 bis 120 Metern über dem Boden montiert sind.
Elektromotoren im mittleren bis großen Leistungsbereich – insbesondere Motoren, die Axialventilatoren, Lasten mit Schrägverzahnung oder riemengetriebene Geräte antreiben – erfordern Lager, die kombinierte radiale und axiale Belastungen an den Wellenpositionen aufnehmen können. Die Serie 33 wird an der Lagerposition auf der Nicht-Antriebsseite (NDE) von Motoren verwendet, wo eine axiale Positionierung des Rotors erforderlich ist, und an der Position der Antriebsseite (DE), wo Riemenseitenlasten mit durch Getriebe oder Kupplung übertragenem Schub kombiniert werden.
Motoren, die mit Frequenzumrichtern (VFDs) betrieben werden, können über Lagerkontakte Wellenstrom erzeugen – ein gut dokumentierter Fehlermechanismus, bei dem elektrischer Strom, der durch die Lagerkontaktzone fließt, Lochfraß und vorzeitigen Ausfall verursacht. Bei isolierten Lagervarianten der Baureihe 33 ist der Außenring bzw. das Gehäuse mit elektrisch isolierender Keramik beschichtet, um einen Stromdurchgang zu verhindern. Die Serie 33 in isolierter Konfiguration ist die Standardauswahl für die oben genannten VFD-angetriebenen Motoren 75 kW Wellenleistung an der NDE-Position und verhindert dadurch durch den Wellenstrom verursachte Lagerschäden, die eine der Hauptursachen für vorzeitige Ausfälle bei diesem Motortyp sind. (Quelle: IEEE Transactions on Industry Applications, Electric Motor Bearing Damage from Shaft Currents, Band 37, Ausgabe 6, 2001)
Bei Anwendungen in Land- und Baumaschinen sind Lager Stoßbelastungen, Verunreinigungen, großen Temperaturschwankungen und längeren Wartungsintervallen ausgesetzt, die Standardlagerkonstruktionen in Frage stellen. Die Baureihe 33 in abgedichteter und verstärkter Ausführung kommt in dieser Gerätekategorie an mehreren Schlüsselpositionen zum Einsatz.
Am anderen Ende des Anwendungsspektrums als schwere Industriemaschinen stehen Zweireihige Schrägkugellager der Serie 33 in Präzisionsklassen (Genauigkeitsklassen P5, P4 und P2 nach ISO 492) werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Rotationsgenauigkeit, geringe Vibration und minimale Reibung die primären Auswahlkriterien und nicht die Belastbarkeit sind.
Drehachsmodule in KMG-Systemen erfordern Lager mit einem Rundlauffehler unten 0,5 Mikrometer an der Spindelbefestigungsfläche und Planlauf unten 0,3 Mikrometer um die Messgenauigkeit an der Sondenspitze aufrechtzuerhalten. Präzisionslager der P4-Klasse 33 mit werkseitiger Vorspannung und geräuscharmer Kugelauswahl erfüllen diese Anforderungen und bieten gleichzeitig die bidirektionale axiale Unterstützung, die erforderlich ist, wenn die Drehachse aus unterschiedlichen Sondenkontaktrichtungen belastet wird.
Drehtische auf Schleifmaschinen, Erodiermaschinen und mehrachsigen CNC-Bearbeitungszentren verwenden Präzisionslager der Serie 33, um die Kombination aus radialer und axialer Positionierungsgenauigkeit und Momentensteifigkeit zu gewährleisten, die für eine genaue Werkstückindizierung erforderlich ist. Durch die werkseitig eingestellte Vorspannung der zweireihigen Einheit entfällt die Notwendigkeit, die Lagervorspannung neu einzustellen, wenn der Drehtisch neu positioniert oder gewartet wird – ein praktischer Wartungsvorteil in Produktionsumgebungen.
Die Lebensmittelindustrie stellt hohe Anforderungen an Lagermaterialien und Schmierung – Korrosionsbeständigkeit, Kompatibilität mit lebensmitteltauglichem Schmierstoff und Beständigkeit gegen Abwaschen – und erfordert gleichzeitig die gleichen kombinierten Belastbarkeitseigenschaften, die in allgemeinen industriellen Anwendungen gelten. Edelstahlvarianten und lebensmitteltaugliche, fettgefüllte, abgedichtete Versionen der Serie 33 werden verwendet in:
| Anwendungsbereich | Spezifische Verwendung | Schlüssellastanforderung | Warum Serie 33 |
|---|---|---|---|
| Werkzeugmaschinen | CNC-Spindeln, Schleifköpfe, Bohrwerke | Hohe radiale Axialmomentsteifigkeit | Kompakt, hohe Steifigkeit, werkseitige Vorspannung |
| Automobil | Radnaben, Getriebe, EPS-Motoren | Kombiniert radial hoch axial (Kurvenfahrt) | Hohe axiale Kapazität, kompakte Einheit, keine Einstellung vor Ort |
| Pumpen | Kreiselpumpenwellen, Kompressorwellen | Hydraulischer Druck radial vom Gewicht/Kupplung | Der 30-Grad-Winkel ermöglicht ein hohes Axial-Radial-Verhältnis |
| Industriegetriebe | Schrägverzahnte Wellen, Kegelritzelwellen | Bidirektionale axiale radiale Zahneingriffskräfte | Bidirektional axial in einer Einheit, kompakt |
| Elektromotoren | VFD-Motoren, Generatorwellen | Radial axial vom Riemen oder Zahnrad; Wellenstromrisiko | Isolierte Varianten verhindern Wellenstromschäden |
| Landwirtschaftliche Ausrüstung | Dreschtrommeln, Zapfwellen, Pflanzmaschinen | Schock radial axial in kontaminierter Umgebung | Versiegelte, zweireihige Kapazität für Stoßbelastungen |
| Präzisionsinstrumente | CMM-Rundachsen, Präzisionsdrehtische | Kombinierte Belastbarkeit im Submikron-Rundlaufbereich | Werksvorspannung der Güteklasse P4/P5, geringer Rundlauf |
| Lebensmittelverarbeitung | Mischer, Förderer, Verpackungsmaschinen | Kombinierte Belastung in korrosiver, abwaschbarer Umgebung | Es sind rostfreie und versiegelte Varianten in Lebensmittelqualität erhältlich |
Das breite Anwendungsspektrum von Zweireihige Schrägkugellager der Serie 33 bedeutet, dass Spezifikationsdetails genauso wichtig sind wie die Serienbezeichnung selbst. Bestätigen Sie bei der Auswahl für eine bestimmte Anwendung die folgenden Parameter:
Die Zweireihige Schrägkugellager der Serie CNCJ 33 werden nach ISO-Maß- und Toleranznormen für alle Bohrungsgrößen und Präzisionsklassen hergestellt, die für die in diesem Artikel beschriebenen Anwendungen erforderlich sind. Ihre Produktpalette reicht von der Standardklasse P0 für den industriellen Einsatz bis zur Präzisionsklasse P4 für Werkzeugmaschinen- und Instrumentierungsanwendungen mit abgedichteten und offenen Konfigurationen, mehreren Freiraumoptionen und anwendungstechnischer Unterstützung für Last- und Lebensdauerberechnungen.