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UMBAUANLEITUNG für spielfreie chinesische Festlager und Kugelgewindespindeln

Liebe Leser!

Dieser Artikel haben manche Leser schon lange erwartet und ich wurde immer wieder via PN und Emails dazu ersucht, mit einigen Tipps auszuhelfen. Das war für mich jedes Mal sehr aufwändig, daher stelle ich jetzt endlich die soeben fertig gewordene Anleitung nach über einem Jahr online.

Viel Spaß beim Lesen,
Heini

Im Zuge der Justier- und Einstellarbeiten meiner mechanisch fertigen Fräse erhielt ich rasch einen herben Rückschlag. Alle drei Spindeln hatten ein axiales Spiel von 2-4 Zehntelmillimeter, also fast einen halben Millimeter. 

Nach umfangreichen Untersuchungen fand ich heraus, dass die Kugelmutter lediglich 2/1000mm Spiel hat, jedoch das mit 2 chinesischen Schrägkugellagern verspannte Festlager für die 2-4 Zehnel-Millimeter verantwortlich war. Kurz gesagt: Das ist ein Konstruktionsfehler der Chinesen. Wer das also nicht korrigiert, lebt weiterhin mit diesem riesigen axialen Spiel und Kreise werden weiterhin zu Ellipsen.
Beim chinesischen Original liegen die inneren und die äußeren Kugellagerschalen plan aufeinander und ein Verspannen der inneren Kugellagerschalen durch festziehen der eckigen Mutter wäre unmöglich.  

Bei meiner Lösung hingegen ist dazwischen eine Distanzscheibe (Handels- bzw. Fachausdruck: „Passscheibe“), die dafür sorgt, daß die inneren Kugellagerschalen nicht aufeinanderliegen können. Durch das gewonnene Spiel zwängt die aufgeschraubte viereckige Mutter die beiden Innenschalen (hier blau gezeichnet) in die Kugelbahnen, die Vorspannung ist damit hergestellt. Der wichtigste Ansatz ist der hier in meiner damals „ersten Handskizze“. 

Man sieht hier schön das Problem:

Kugellager richtig verspannen

1) Hier fehlt die Distanzscheibe noch:

 Festlagerproblem falscher Ansatz

Wie man hier schön sehen kann, wurden die beiden Kugellager einfach zusammengelegt und eingebaut, im Lagerblock gibt es zwischen den beiden Kugellagern gar keinen Steg. Wie schon oben erwähnt, liegen sowohl die äußeren Schalen als auch die inneren Schalen der beiden Kugellager glatt aufeinander. Für das Vorspannen haben die inneren Schalen keinerlei Platz zum Nachgeben.habe das Haarlineal draufgelegt und da ist nichts, auch kein Hundertstel Millimeter, frei, um es doch noch richtig Vorspannen zu können. Egal, wie stark man die Mutter zuschraubt, die beiden Lager pressen sich mit innerem und äußeren Ring gleich an gleich aneinander. Nachdem beide Kugellager jeweils gleichviel, 2-3/10mm, axiales Spiel haben, wird dieses weiterhin ans ganze System übertragen, die Spindel fährt also genau über diesen Weg hin- und her. Da könnte man ja gleich nur ein einziges Kugellager verbauen. Spinnen die, die Chinesen?. Das war auch das, was ich vor Tagen schon von außen mit freiem Auge gesehen hatte.

2) Hier ist die Distanzscheibe (Passscheibe) (grün) schon richtig eingezeichnet

 K800_Festlagerproblem richtiger Ansatz

 In den Fachbüchern wird zwischen 2 möglichen Arten der Vorspannung unterschieden:

 K640_X und O Methode

Bei diesen beiden Varianten werden einmal die inneren Kugellagerschalen beim Vorspannen nach außen gedrückt, das andere Mal nach innen. Also wäre es genauso gut lösbar gewesen, eine Distanzscheibe in der Größe der inneren Kugellagerschalen zu verwenden. Der Nachteil dabei aber wäre gewesen, dass ich dann den Vorspannungsdruck auf die äußeren Lagerschalen ausüben hätte müssen. Dazu aber wäre die von den Chinesen beigelegte viereckige Mutter zu klein gewesen, was wiederum neue Konstruktionen zur Folge gehabt hätte.

Materialkosten:  Etwa € 0,30 Cent pro Festlager

Passcheiben zweizehntel und Einmillimeter

IMG_4828neu2


Das Ergebnis des Umbaus kann sich sehen lassen

Wenn man die beiden Kugellager sehr streng vorspannt ist das Spiel bei 70kg axialem Druck laut Messuhr etwa ein Fünftel der 1/100mm-Markierung – also 2/1000mm. Davon rate ich aber ab, weil ich dadurch nach mehrmonatigem Betrieb schon 2 Kugellager „verbraten“ habe. Es ist nämlich so, dass die kalten Kugellager zunächst spielfrei arbeiten, aber bei zunehmendem Erwärmen im  Betrieb alles zu eng wird. Man hört dann die Kugellager richtig „klackern“ und irgendwann sind sie dann defekt.  

Korrekt hingegen ist es, die Vorspannung so zu wählen, dass die Kugelgewindespindel gerade noch mit 2 Fingern drehbar bleibt. Dieser Einstellprozess erfordert Geduld und Erfahrung. Aber auch Anfänger können nach wenigen Minuten „fühlen“ ob es richtig oder falsch ist. Das Spiel wird dann in diesem Fall nicht hundertprozentig verschwunden sein, aber 1-2/100mm sind bei Kugelgewindespindeln der Hobbypreisklasse durchaus richtig!

Es ist nämlich wichtig, die Fräse ordentlich warmzufahren, also auch die Kugellager, damit dieses geringe Spiel von selbst verschwindet. Das mache ich jetzt selbst immer so, und das funktioniert bestens. Ein kleiner Tipp: Die Schmidtscreen von Manfred Schmidt wird in der nächsten Release so eine Warmfahrfunktion haben! Was auch helfen könnte, diese letzten 2 Hunderstel wegzubekommen, ohne durch Erwärmung schaden zu nehmen, wäre, den Expertentipp von Hermann Möderl anzuwenden. Herr Möderl verwendet, ich zitiere:

Tellerfedern aus Stahl

Tellerfedern aus Stahl  Werkstoff 1.1231 (bei zwei Scheiben aneinander in gleicher Richtung verdoppelt sich die Kraft) – zu finden hier

Diese Lösung ist hochinteressant und wird von mir gerne weiterempfohlen, wenn jemand wirkliche Präzision sucht.

Resümee

All der Aufwand entschädigt einen dann doch sehr. Man erhält für geringe Kosten und ein wenig Zeit sehr genaue Kugelgewindespindeln. Chinesische Kugelgewindespindeln sind so manchen Forenkritikern zum Trotz nämlich sehr gut verarbeitet und sehr genau, wenn man diese Modifikation berücksichtigt. Es ist halt immer leichter, laut zu Schimpfen und zu Schreien, als Nachzudenken und etwas zu lösen.

Dass der Umbau funktioniert, beweisen zahlreiche Lesermeinungen (zB. eine davon hier):

 K640_IMG_4843

„Hallo Heini, danke für Deine Anleitungen, seither habe ich kaum mehr Spiel und kann Deine Ergebnisse vollinhaltlich bestätigen. Ich wollte die chinesischen Spindeln schon entsorgen, jetzt bin ich sehr zufrieden damit!“ (Herbert A., Mail vom 02.04.2012 als Antwort auf meinen Forenbeitrag in der „Bastelstube“)

Als Anhang hier noch einige (selbsterklärende) Bilder

 K800_IMG_4831  K640_IMG_4829
Auf diesen beiden Fotos sieht man sehr schön, dass beide Schrägkugellager einfach bis zum Anschlag reingeschoben werden und ein Steg dazwischen völlig fehlt.

K640_img_4847K640_img_4846
Schön zu sehen: Links der erwähnte Abstand am Gehäusedeckel,
rechts der ursprüngliche Zustand.

housing lid housing lid 2

 

27 Gedanken zu „UMBAUANLEITUNG für spielfreie chinesische Festlager und Kugelgewindespindeln

  • Michael Drosihn

    Hallo Heini,
    ich will mich heute mal zu diesem Thema äußern.
    Leider kann ich hier nur einen Erfahrungsbericht von einer Meßanordnung geben.
    Aber… bei meinen Lagern, Schrägkugellager 7200, ist bei der Anordnung des Berührens der äußeren Lagerschalen eine Verspannung der inneren Lagerschalen durchaus möglich.
    Ich habe sie auf einen Dorn verspannt und es war durchaus möglich die Lager zu Drehen, sie klemmten also nicht.
    Die Kontrolle mit einem Haarlineal ergab auch den notwendigen Luftspalt, je nach Anordnung außen oder innen.
    Ich Denke, dass man bei Verwendung von Schrägkugellagern keine Zwischenlagen einbauen muß.
    Es kann durchaus sein, das bei den chinesischen Festlagern nur Radiallager verwendet werden, die klemmen dann bedingt durch Lagertoleranzen von Fall zu Fall.
    (die Fotos ober kann ich leider nicht sehen, fehlen)

    LG
    Michael

  • admin

    Hallo Michael!

    Das komische daran ist, dass die Chinesen auch Schrägkugellager drinnen haben, diese aber nicht die von Dir erwähnten Qualitäten bieten. Möglicherweise gibt es da zweierlei Schrägkugellager, möglicherweise liefern die Chinesen da auch in unterschiedlichen Margen aus, einmal gut, einmal schlecht. Das wäre dann eine logische Erklärung, denn dass die Konstrukteure in China zu blöd dafür wären, glaube ich ja doch nicht. Eher sind da wohl die Mitarbeiter in der Assemblierung zu wenig schlau und packen rein, was gerade vorhanden ist?

    Jedenfalls habe ich teilweise schon auf Rillenkugellager umgestellt, da braucht man die Distanzscheiben ohnehin.

    BILDER: Ich jage jeder Seite einzeln hinterher beim Berichtigen, das ist für mich allerdings sehr schwierig, denn ich sehe sie ja, weil sie auf die jeweiligen Foren verlinken, wo das Original steht. Wenn ich in den Foren ein Logout mache, müssten auch bei mir die Bilder unsichtbar sein, ist aber nicht immer der Fall, speziell dann, wenn ich auf den Browsercache vergesse 🙂 Ich repariere die Seite gleich und bitte schicke mir auch weiterhin immer eine Nachricht, wenn Du Fehler findest.

    LG, Heini

  • Edgar

    Hallo Heini,
    zuerst einmal Hochachtung für den Bau Deiner Fräse und Deine ganzen Berichte hier und in den Foren, die ich alle schon mehrmals „verschlungen“ habe und die mit daran „Schuld“ sind, dass mein ganzes Weihnachtsgeld jetzt in Alu und Führungsschienen und Kugelgewindespindeln verwandelt wurden. Ich baue gerade eine CNC, die Deiner recht ähnlich wird. (Schäm, hab abgeguckt, wie in der Schule)

    Aber trotzdem stoße ich gerade auf Probleme.
    Ich möchte die Passscheiben bestellen, um Festlager nach Deiner wirklich guten Anleitung zu überarbeiten.

    Du hast aber nirgends Maße für die Passscheiben, die Du benutzt hast angegeben.
    Wäre eigentlich kein Problem, einen Messschieber habe ich ja auch. Und ein Lager aus der Loslagereinheit habe ich ausgebaut. Das Lager hat einen Durchmesser von 26 mm.
    Dafür passend wären dann wohl Passscheiben mit 25 mm und 0,5 mm Dicke. Die habe ich bei ebay gefunden.

    Ich wollte dann ein Festlager auseinanderbauen, um zu sehen, ob dort dieselben Lager wie im Loselager verbaut sind, aber ich bekomme die viereckige Spannmutter nicht herunter.
    Diese ist an einer Ecke gekontert mit einer Madenschraube. Weißt Du welche Größe der Imbus hat?
    2mm dreht durch, aber 2,5mm passt schon nicht mehr rein. Ist das was zolliges? Oder wie hast Du diese Schraube offenbekommen? Notwendig ist die ja auch später zum Sichern.

  • Heini

    Hallo Edgar!

    Es ist schon ein wenig spät, daher nur eine kurze Antwort: Ich glaube, mich daran erinnern zu können, dass die Passscheiben 28mm Außendurchmesser hatten. Ich gehe sie tagsüber abmessen und schreibe Dir hier und in einem Mail zurück.

    Die chinesische Inbusschraube ist weicher als Pudding, bei mir war die auch bald hinüber. Ich denke, das war 2mm Inbus, ich schaue aber auch morgen nach. Alle diese Schrauben sind rausgeflogen und ich habe sie durch Edelstahl-Madenschrauben vom örtlichen Baumnarkt ersetzt (die zu 5 Stück im Sackerl zu Apothekerpreisen:-)

    Falls Du die alte Schraube nicht rausbekommst, hilft oft ein kleiner Trick: Schlage einen passenden Torx-Inbus vorsichtig mit dem Hämmerchen rein, dann gehts meistens noch einmal drehen.

    Gute Nacht, Heini

  • Heini

    So, ich war gerade in der Werkstatt (brrr, dort hat es heute nur 18 Grad :-)).

    Die Loslager sind vom Typ 6000Z und haben 26mm Außendurchmesser.
    Die FESTLAGER aber, die wir ja umbauen wollen, sind vom Typ 7001Z und haben 28mm Außendurchmesser. Die Paßscheibe ist eine mit 28mm Außendurchmesser, tatsächlich gemessen habe ich aber 27,52mm.

    Gruß
    Heini

  • Frank Bertling

    Hi,

    ich habe mir auch KGS aus China bestellt und hätte zwei Fragen:
    * lässt sich ein ggf. vorhandenes Spiel vor dem Einbau feststellen (z. B. in dem man die Lager mit Schraubzwingen provisorisch festklemmt? Oder ist das alles zu wackelig?
    * worauf muss man beim (de)montieren der Lager achten? Welches Werkzeug braucht man dazu zwingend?

    Danke für jeglichen Tipp.

    Gruß
    Frank

  • Heini Mandl

    Hallo Frank!

    Ich hoffe, Deine Kugelgewindespindeln sind gleich von Anfang an ok, denn meine lange Spindel war ja verbogen geliefert worden. Wenn Du die Kugelgewindemutter kontrollieren willst, so geht das ganz einfach. Ich habe das im Artikel „Hilfe – Schrittverluste, Achsennullpunkte wandern“ erklärt. So wie auf dem Foto mit dem Schraubstock kannst Du das ja vermutlich auch ganz einfach für die Festlagerschalen gestalten. Soviel mir Leser berichtet haben, stattet der deutsche Discounter CNC-Discount diese Chinaspindeln so wie ich auch, mit Distanzscheiben aus. Warum das die Chinesenmänner nicht gleich machen, ist mir unbekannt.

      Demontieren:

    Man muss ziemlich aufpassen, dass man die beiden Kugellager nicht verletzt (besonders die Abdichtungsscheibe hat rasch eine Delle). Bei mir war ein Rohrsechskant-Steckschlüssel genau passend, um auf die Außenschale des Kugellagers zu klopfen, das schwarze Festlagergehäuse hatte ich in den Schraubstock geklemmt. Also alles ganz einfach, die beiden Lager gehen mit nicht allzu zu schweren Schlägen sehr gut raus. Du könntest Dir aber auch ein passendes Rohr besorgen. Wichtig ist, dass man bei Kugellagern nie auf die falsche, Schale hämmert, sonst sind Kugeln und Lauffläche sofort zerstört.

      ACHTUNG:

    Auf einer Seite der Festlagerschale (das wäre dann die innere Seite, wenn man das an der Fräse montiert betrachtet) sind eine schwarze Gummidichtung und darunter eine Distanzhülse (etwa 12mm Durchmesser und 12mm lang?, ich schätze das mal) drinnen. Die bitte rausnehmen (geht mit der Hand oder mit einem Schraubendreher herausquengeln).

    Liebe Grüße
    Heini

  • Hallo,
    ich habe (noch) keine CNC-Fräsmaschine, hatte aber beruflich schon viel mit Lagerungen für Gewindespindel zu tun und kann hier ein paar Informationen spielfreien Festlagern liefern.

    Wenn die Lagerringe nicht auf Block geschraubt werden kann folgenes Problem auftreten:
    Einstellmuttern mit seitlichen Klemmschrauben neigen zum Verkippen beim Anziehen der Klemmschrauben. Bei Schrägkugellagern führt das zu einem Verkippen des Innenrings gegenüber dem Außenring wodurch sich die Kontaktpunkte verschieben so dass die Lagerung exzentrisch läuft und die Gewindespindel eiert. Unsauber gearbeitete Einstellmuttern haben evtl. von Grund auf einen Planschlag und können ebenfalls die Achse verkippen.
    Spielfreie Lager die auf Block geschraubt werden laufen sauber, auch wenn eine minderwertige Einstellmutter verwendet wird.

    Ideal wären spielfreie Präzisions-Axial-Schrägkugellager mit 60° Druckwinkel.
    Neben Lagersätzen aus Einzellagern gibt es welche mit gemeinsamem Außenring und getrennten Innenringen (herstellerabhängige Bezeichnungen ZKLN, ZKLF, ZKLFA,BSD, BSDF,BEAS, BEAM ) . Die Lagerringe werden auf Block zusammengespannt und haben dann eine definierte Vorspannung, Steifigkeit und Reibung. Ein ZKLN1242-2RS (12 mm Bohrungsdurchmesser) hat z.B. 5000 N Vorspannung und eine Steifigkeit von 375 N/µm bei einer relativ keinen Reibung von 0,16 Nm. Es gibt Varianten mit vergrößerten Außenring, der als Anschraubflansch verwendet wird. Ein zusätzliches Lagergehäuse kann entfallen.
    -> leider für den Hobbybereich unerschwinglich, wobei die hohe Steifigkeit auch nicht sinnvoll wäre für eine spielbehaftete China-Gewindespindel.

    Standard-Schrägkugellager 70…B, 72…B, 73…B
    Standard-Schrägkugellager mit der Bezichung 7…B haben einen Druckwinkel von 40°.
    Sie sind deutlich günstiger als Axialschrägkugellager. Die Toleranzen sind größer (Abmessungen, Rundheit, Rundlauf, Planlauf…). Die axiale Belastbarkeit ist eher etwas größer als bei den Axialschrägkugellagern da die Kugeln größer sind. Dafür ist aber die axiale Steifigkeit deutlich niedriger. Sie ist aber immernoch wesentlich höher als bei Rillenkugellagern (60…, 62…, 63…).
    Lager in Standardausführung haben deutliches Spiel, wenn sie in X- oder O- Anordnung aufeinander geschraubt werden. Deshalb können sie nur vorgespannt werden, wenn eine Scheibe dazwischengelegt wird. Es gibt aber auch spezielle Ausführungen, die für paarweisen Einbau vorgesehen sind und dann definierte Lagerluft oder Vorspannung haben. Das entsprechende Nachsetzzeichen ist UA (Universalausführung mit Axialspiel), UO(spielrei) oder UL(leichte Vorspannung).
    Die Variante UL wäre meiner Meinung nach die richtige Wahl für einfache nicht all zu hochwertige Kugelgewindetriebe. Die Nachsetzzeichen variieren je nach Hersteller. Bei SKF wäre die entsprechende Bezeichnung …BEGAP.
    Leider werden in den günstigen China-Lagergehäusen Lager der Breitenreihe 60… bzw. 70… eingesetzt während 40°-Schrägkugellager mit definierter leichter Vorspannung nur für 72… und 73… verfügbar sind.
    Für selbgebaute Lagergehäuse lassen sich aber mit den Lagern 72… UL oder 72… BEGAP sehr hochwertige, spielfreie, relativ steife und relativ günstige Lagerungen realisieren.
    Ein 7201 BEGAP (SKF) bekommt man ab ca. 25€.

    Viele Grüße
    Uli

  • Peugeotfahrer

    Servus Uli!

    Ich danke Dir für Deinen aufschlußreichen Artikel!

    Grüße, Heini

  • KarlG

    Hallo Uli,

    sehr schöner Beitrag! Hast Du eine Ahnung, wie die (rein axiale) Belastbarkeit eines 7201 ist?
    Ich habe mir mal irgendwann ein c von 8,2kN und ein c0 von 4,1kN in eine Textdatei gekritzelt, aber keine Ahnung, wo diese Werte hergekommen sind.

    >wobei die hohe Steifigkeit auch nicht sinnvoll wäre für eine spielbehaftete China-Gewindespindel.

    Für China mag das z.T. zutreffen; ordentliche, spielfreie Taiwanspindeln haben durchaus auch gute Steifigkeitswerte: Eine SFU1605-4 von TBI ist mit 32kgf/µm angegeben.

    Gruss
    Karl

  • Hallo Karl,

    7201B sind Radial-Schrägkugellager. Im Vergleich zu Axialschrägkugellagern werden die Tragzahlen C und C0 für radiale Lasten angegeben, was oft auch durch ein r gekennzeichnet wird.
    Kombinierten Lasten (axial + radial) werden in eine äquivalente Vergleichslast berechnet, die sich wie eine rein radiale Last auswirkt. In unserem Fall kann die Radiallast vernachlässigt werden. Dann berechnen sich die äquivalenten Lasten folgendermaßen:

    Die äquivalente dynamische Lagerlast: Pr = 0,57*Fa (Fa = Axialkraft)
    Die äquivalente statische Lagerlast: P0r = 0,26*Fa

    Die Berechnung der äquivalenten Lasten ist z.B. hier beschrieben:
    https://medias.schaeffler.de/medias/de!hp.info/72..-B*UK*kshinweise
    Dort werden für X und O-Anordnung andere Formeln angegeben als für Einzellager. Es werden aber auch andere Tragzahlen eingesetzt, so dass am Ende dasselbe herauskommt.

    Anstatt die Lasten umzurechnen könnten auch die radialen Tragzahlen des Lagers in axiale umgerechnet werden so dass sie sich direkt mit den axialen Lasten vergleichen lassen.
    Ca=Cr/0,57 (a steht für axial, r für radial)
    C0a=C0r/0,26

    Das Lager 7201B hat die radialen Tragzahlen (kleine Abweichungen sind möglich, je nach Hersteller)
    Cr = 7,4 kN
    C0r=3,55 kN
    umgerechnet auf axiale Tragzahlen:
    Ca = 13,0 kN
    C0a = 13,6 kN
    In axialer Richtung sind die Tragzahlen höher, da sich die Last gleichmäßig auf alle Kugeln verteilt.
    Bei radialer Last tragen nur die Hälfte der Kugel und sind dabei noch unterschiedlich stark belastet.

    Die statische Tragzahl C0 gibt die Last an, bei der eine minimale bleibende plastische Verformung im Lager auftritt. Bei dieser Last tritt also bereits eine leichte Beschädigung des Lagers auf.
    Die statische Tragsicherheit ist das Verhältnis aus statischer Tragzahl / Maximallast und sollte mindestens 1,5 betragen. Somit ist die maximal zulässige Axiallast auf ein Lager vom Typ 7201B ca 9 kN (sowohl im Stillstand als auch bei Rotation).

    Die dynamische Tragzahl C ist keine Belastungsgrenze sondern ein Lebensdauerkennwert. Er kann höher als die statsiche Tragzahl sein, was aber nicht bedeutet, dass höhere Kräfte zulässig sind als die statische Tragzahl. Sie definiert einen Punkt auf der Lebensdauerkennlinie im Zeitfestigkeitsbereich.
    Zeitfestigkeit bedeutet, dass die Lagerung nicht dauerfest ist und dass sie unterhalb der statischen Belastbarkeit liegt.
    Die dynamische Tragzahl ist die Last, bei der die Lebensdauer 1 Mio. Umdrehungen beträgt mit einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 10%.
    In der Regel sind die Betriebslasten deutlich kleiner als die statische Tragzahl somit ergeben sich höhere Lebensdauern als 1 Mio. Umdrehungen.
    Diese nominelle Lebensdauer lässt sich mit folgender Formel berechnen:
    L10 =(Ca/Pa)^3 * 1E+06 Umdr. (die 10 bedeutet 10% Ausfallwahrscheinlichkeit)
    Beispiel: Fa = 500 N
    L10 = (13000N/500N)^3 * 1E6 Umdr.=1,8 E+10 Umdr.
    -> hält ziemlich lang sofern die Schmierung passt und kein Dreck reinkommt.

    Wenn über die radialen Tragzahlen gerechnet wird muss zunächst die äquivalente Lagerlast berechnet werden.
    Pr =0,57*Fa =285N
    L10 =(Cr/Pr)^3 * 1E+06 Umdr.
    L10=(7400N/285N)^3* 1E6 Umdr.=1,8 E+10 Umdr.
    -> gleiches Ergebnis

    Schäffler gibt für das Lager eine radiale Ermüdungsgrenzbelastung von 241 N an.
    Die statische Tragzahl und auch die Ermüdungsgrenzbelastung werden anhand bestimmter Flächenpressungen in den Wälzkontakten definiert. Somit ist für die Umrechung in die Axiallast derselbe Äquivalenzfaktor von 0,26 anzusetzen.
    Die axiale Ermüdungsgrenzbelastung liegt demnach bei 241 N / 0,26 = 927 N
    -> Lasten unterhalb dieser Last liegen im Dauerfestigkeitsbereich (bei idealer Schmierung).
    Die oben angegebene Berechnung der nominellen Lebensdauer gilt nur für höhere Lasten als 927 N.

    Belastungsmäßig ist dieses Lager völlig überdimensioniert, wobei die Steifigkeit nicht hoch genug sein kann. Aufgrund des Spindelendes sind auch keine Lager mit kleinerer Bohrung möglich.

    zur spielfreien Spindel SFU1605-4 von TBI:
    32kgf/µm entspricht 314N/µm
    Ein Lagerpaar 7201B-UL hat eine Nennvorspannung von 4 µm bei einer Kraft von 53 N.
    Pro Lager wirkt die Kraft von 53 N bei einem Vorspannweg von 2 µm.
    Die Steifigkeit pro Lager wäre demnach ca. 26,5 N/µm (lineare Näherung, der tatsächliche Wert müsste etwas höher sein)
    Beide Lager zusammen verhalten sich wie parallelgeschaltete Federn und haben die doppelte Steifigkeit: 53N/µm. -> deutlich weniger als die TBI-Spindel

    Wahrscheinlich lässt sich mit Passcheibe und hoher Federvorspannung (z.B. 500N … 900N) eine höhere Steifigkeit erreichen als mit Lagern in UL Ausführung.

    Gruß Uli

  • KarlG

    Puhhh – jetzt bin ich etwas erschlagen. Nicht weil ich das nicht verstehen kann (das wird schon, wenn ich das noch dreimal lese), sondern von soviel geballtem Wissen auf kleinem Raum und präzise dargestellt. Das findet man heutzutage kaum noch und dafür möchte ich mich herzlich bedanken.

    @Uli und Heini: Darf ich diesen Part in mein Forum: https://forum.cncwerk.de übernehmen?
    Denke, das hat einen eigenen Thread verdient, wo man das auch weiter diskutieren kann….

    Gruss
    Karl

  • @Karl: Bitte, meinerseits gerne.
    Grüße, Heini

  • klar, kannst du machen.
    Gruß Uli

  • Claus

    Hallo Zusammen,
    das Thema Lager beschäftigt mich, weil am umkonstruieren von fester Mutter auf angetriebene Mutter bastle.
    Ein paar Sachen aus dem Blog vorab zur Diskussion:
    Die Verwendung von Tellerfedern zur Temperaturkompensation am Festlager d. Z-Achse macht m. E. überhaupt keinen Sinn, da sich die Spindel zum freien Ende hin ausdehnen wird und nicht zum Lager. Das ist auch bei den anderen Achsen so (es sei denn, die Spindellagerung ist Fest-Fest). Damit ist die thermische Positions-Abweichung = Ungenauigkeit auch in Richtung Loslager immer größer werdend.

    Die „Steifigkeit“ ist die Federkonstante des Lagers und ich bin mir sicher, die Federkennlinie ist nicht linear sondern progressiv. Das hieße, dass durch die zusätzliche Axialkraft z. B. durch die Tellerfeder der Arbeitspunkt des Lagers im Ruhezustand entlang der Federkennlinie des Lagers so verschoben wird, dass auch beim Einleiten der axialen Betriebskräfte eine nur sehr geringe axiale Wegänderung im Lager ergibt. Mit anderen Worten: Lagerluft und Vorspannung ist ein und das selbe. Zu Beachten ist, dass die Vorspannkräfte und die Betriebslasten nicht die zulässige Lagerbelastung übersteigt.

    Lager der Baureihen 70 gibts in China gut und günstig, je nach Größe und Qualität. Allerdings findet man dort kaum welche mit 40° Druckwinkel =Nachsetzzeichen B sonder eher 30° Druckwinkel =Nachsetzzeichen A. (Zum Beispiel 7001 A TDYN D UL P4 liegt bei rund 150Rmb incl Steuern). Diese Lager werden zu entweder O oder X gepaart und erreichen ihren optimalen Einbau wenn sich Außen und Innenring berühren (Die Lager sind bereist mit geringer Lagerluft = leichte Vorspannung). Das entspricht dem Aufbau der meisten CN Lagergehäuse, allerdings vermutlich mit den falschen Lagern.
    In meinem Fall mit angetriebener Mutter brauche ich schon mind. eine 40mm Hohlwelle und damit ein 7008A TDYN D UL P4 (40x68mm, die kosten dann rund 200Rmb ) Hier habe ich eher das Problem, dass die Lager unterbelastet sind und damit die Gefahr besteht, dass die Kugeln gleiten und nicht rollen. In diesem Fall muss ich Tellerfedern vorbauen, so dass eine genügend große Minimalbelastung erreicht wird. Kling erst mal komisch, ist aber nachvollziehbar.

    In Deiner (Heini’s) Konstruktion hätt ich eher Bedenken das das Lager sehr schnell tot vorgespannt wenn Luft zwischen den Innenringen ist. Mir scheint aber der Preis für ein solche Lager mit 3 Euro wirklich seeehr günstig. Vermutlich haben die halt auch eine entsprechende Ungenauigkeit. Es lohnt sich in jedem Fall die Schäffler-Seiten und Medias zu durchstöbern und sich genau über die Lagereingenschaften zu informieren, bevor man was aus der Grabbelkiste holt, oder halt anschließend nachließt, was man damit machen kann.
    Wenn ich überlege, wieviel Geld wir schon in diese Fräsen reingesteckt haben, macht es wahrscheinliche eher kaum einen Unterschied wenn wir die „guten“ Lager kaufen.

    so, hoffentlich habe ich jetzt keinem vor den Kopf gestoßen, sonst dürft ihrm mir den Kopf waschen 🙂

    Gruß, Claus

  • Servus Claus!

    Keine Idee von Kopfwaschen! Wir schätzen Deinen fachlichen Rat und Deine Kompetenz sehr! Du darfst natürlich nicht vergessen, dass ich vor einige Jahren noch nicht einmal eine Feile gerade halten konnte und wir meistens in einer hobbyhaften Amateurliga angesiedelt sind. Alleine schon das Knowhow der Produktkataloge, Deine Markterfahrung, all das fehlt uns halt. Erst über Links in Foren, durch Zufälle und vor allem über Ebay entdecken die Allermeisten von uns erst, welche Kugellager es gibt, was der Unterschied ist, etc.

    Das mit den Tellerfedern stammt jetzt nicht von mir, sondern von mixware.de. Hermann Möderl weiss, was er tut, und ich gehe davon aus, dass das richtig ist. Der praktische Erfolg an meiner Fräse bestätigt das auch (mehrere Jahre schon). Es ist halt so, dass die beiden verspannten Schrägkugellager warm werden und das ist dann sehr wohl Sache dieser Seite der Kugelgewindespindel. Es ist also nicht die axiale Ausdehnung der Spindel an sich unser Thema.

    Trotzdem, da wird es wohl rasch ein echter Religionskrieg, unsereiner kann sich gerade mal Lager der Billigklasse leisten und wohl verlieren wir Genauigkeit eher wo anders, als hier. Somit ist alles relativ und wir machen trotz unserer Selbstbau-Billigalukisten ansprechbare Sachen – die Jagd nach dem letzten Hundertstel verbietet uns alleine schon die eigene Werkstattumgebung, viele unserer Kameraden haben nicht einmal geeignete Messmittel.

    Ein Beispiel: Da kaufen sich Kunden um € 5.000,00 bis 10.000,00 eine schwere, massive GP10050 von Hans Auracher aus Stahl, präzisionsgeil bis zum geht nicht mehr, um dann jahrelang damit lediglich Schwibbögen und Bastelsachen herzustellen. Auch rümpfen sie nicht annähernd die Nase, weil die billige Ausführung anstatt Linearschienen nur Kugellagerrollenführungen hat – andererseits geiern sie bei den Festlagern um Toleranzen im µm-Bereich.

    Das ist es, was ich vermitteln will. Den gesunden, günstigen Kompromiss.

    Liebe Grüße
    Heini

  • Claus

    Servus Heini,

    Es ist schon so eine Sache mit dem Know How. das Verhältnis unserer Betriebsstunden ist wohl umkehrt zu Feile gerade halten in Jahren. Um der Wahrheit die Ehre zu geben, ich spiele ebenfalls und allenfalls in der Amateurliga. Und auch ich reite auf einer Alufräse in den Sonnuntergang. Und wie Du und alle hier hab ich mich durch unzählige Seiten, Kataloge usw. durchgelesen. Ich mag sowohl diese Seite, die von Hermann M. als auch das Forum von Karl G. Und meine größte Hochachtung, dass Du so bereitwillig veröffentlichst.

    Vielleicht zwei Dinge: Auch wenn Hermann M. das so macht, muss das nicht heißen daß man aufhören kann darüber nachzudenken, oder? Siehe die Lager in seinen angetriebenen Spindelmuttern. Darüber hab ich mir z.B. Gedanken gemacht. Ich habe den Lagerbau nicht erfunden, noch bin ich Speziallist darin. Aber hinterfragen muss ich es doch. Daher die Kommentare.
    Wenn man beschließt ein Fräse zu besitzen, ist bauen oder kaufen schon eine Glaubensfrage. Wenn man sich fürs bauen entscheidet, dann ist kostengünstig absolut wichtig und wenn man dan eine hat, fängt man sie zu ändern. Jedenfalls gehts mir so. „Das Bessere ist des Guten Feind“ wie man so schön sagt.
    Und das ist mein Ansatz, die gemachten Fehler sinnvoll an den entscheidenden Stellen -sofern ich sie als entscheidend erkennen kann- mit möglicht guten aber günstigen Komponenten zu verbessern.

    Ein Forum wie dieses wird aber dazu beitragen, dass man auch die o.g. Maschine entsprechend bewerten und verstehen kann und Vor und Nachteile gegeneinander abwägen und für sich selbst nutzen kann. (Z.B. sind gelaserte Kernlöcher nicht wirklich gut zum Gewindeschneiden, weil im Loch immer ein leichter Grad zurück bleibt und die Oberfäche aufzundert. Man braucht schon gute Gewindebohrer und sollte wissen wie man den wieder aus dem Loch kriegt, wenn er abreißt)

    Liebe Grüße
    Claus

  • KarlG

    Moin Claus,

    ich muss gestehen, dass ich Deine Argumentation nicht nachvollziehen kann. Die Tellerfedern sollen keine Temperaturkompensation machen (das ist eher ein angenehmer Nebeneffekt), sondern das Lagerpaar spielfrei.
    Das funktioniert auch solange, wie die Axiallasten die Vorspannkraft nicht überschreiten.

    D.h. Nach den Ausführungen von Uli weiter oben kann man ein billiges 7201-Paar mit bspw. 900N vorspannen und das auch dauerhaft so betreiben.

    Ich habe mal mit 600N vorgespannt und mit 200N axial belastet und dabei ein Axialspiel in beiden Richtungen von ~4µ incl. Kugelumlaufspindel/-mutter und Portalwange gemessen.

    Mindestens 2µ davon kommen von der Portalwange. Besser geht das wohl mit so einfachen (und billigen) Mitteln nicht und man müsste schon richtig Geld in die Hand nehmen, um das besser hinzukriegen. Da stellt sich die Frage: Wozu? Solange man bei den Spindeln nicht tief in die Portokasse greift, wäre das rausgeschmissenes Geld….

    Gruss
    Karl

  • Daniel Krajcer

    Hallo zusammen. Ich habe die FK15 Lagereinheuten hier und leider bekomme ich die Kugellager nicht aus dem Gehäuse. Man kommt an den Außenring nicht richtig dran, da ja die Anschlagkante für das Lager Störe. Also ich meine die Gehäusekante die verhindert dass die Lager bein Verspannen auf der anderen Seite rausfalle. Habe das ganze auch schon eauf etwa 80* erwärmt abee nichts geht. was könnte ich noch versuchen?

  • Daniel K.

    hat sich erlädigt. hab sie mit hilfe eines Rohrs rausgehämmert. Funktioniert auch ohne dass man auf den Außenring der Lagers kommt.
    sollte nur so knapp wie möglich an die Außenringe kommen.

  • Michael Willenbrink

    Hallo liebe CNC-Kollegen,
    Ich bin Michael und baue mir gerade eine Portalfräse selber. Die Sache mit den Passscheiben finde ich sehr interessant und würde sie gerne in meine Anlage übernehmen, leider konnte ich nicht in Erfahrung bringen wie stark die Scheiben sein müssen. Es wäre schön, wenn mir einer von Euch helfen könnte.
    Gruß, Michael

  • Servus Michael!

    Das hängt davon ab, wie präzise oder wie „ausgelutscht“ Deine Kugellager sind. Wenn die inneren Ringe mehr Platz brauchen, bis sie an den Kugeln anstossen, so wird auch mehr beigelegt werden müssen – das kannst Du sogar messen, wenn Du einen Messschieber und Küchenalufolie hast – leg einfach so lange bei, bis Du gegen das Sonnenlich einen Lichtspalt siehst, dann miss mit dem Messchieber, wie dick die Alufolien zusammen waren.

    Damals, bei meinen einfachen, billigen, den BK12-Festlagern beigelegten China-Kugellagern habe ich 3mal 0,2mm beigelegt, das war mehr als ausreichend. Wenn Du dicker beilegst, kannst Du am BK12 den Deckel kaum mehr aufschrauben. Bei Selbstbaulagerschalen ist es natürlich flexibler. Bei meinen nachbestellten Kugellagern (auch aus China geliefert) sind sowohl die bessere P4-Qualität, als auch die normalen (P5) Kugellager so gut, dass vermutlich 0,2-0,3mm ausreichen würden.

    Meine Empfehlung geht aber ganz klar in Richtung „sichere Seite“, wie bei mir also mind. 0,5mm, das aber bitte in kleinen Stückelungen zu zB. 0,2mm, denn dann kannst Du nach Belieben nachjustieren, wenn Du nicht zufrieden sein solltest.

    Gruß, Heini

  • Michael Willenbrink

    Hallo Heini,

    Danke für Deine schnelle Antwort.

    Meine Lagerböcke sind einseitig offen, ohne Deckel und beide Lager werden eingeschrumpft, das heißt, Lagerbock erhitzen, Lager rein, abkühlen lassen und die Lager sind fest. Meine Lager sind von SKF, also keine Chinalager, denke ich jedenfalls. Deshalb werde ich bei mir wohl auch eine 0,3mm und eine 0,2mm dazwischen legen. Was meinst Du dazu?

    Gruß, Michael.

  • Daniel

    Hallo Heini,
    habe jetzt auch so ein Bk12 mit normalen Rillenkuggellagern bekommen und möchte das umbauen. Wo und wie rum müssen die Tellerfedern rein?…da steh ich gerade auf dem Schlauch.

    Gruß Daniel

  • Hallo Daniel!

    Tellerfedern sind ein ganz anderes Thema, hier im Beitrag geht es um Passscheiben. Falls Du das meinst, dann siehe die grüne Passcheibe im zweiten Bild des Beitrags.
    Gruß, Heini

  • Daniel

    Okay also kommen bei den BK Lagerböcken nur die Passscheiben zwischen die Schrägkugellager und vorgespannt wird dann nur über das anziehen der Mutter. Dann hatte ich das Missverstanden.
    Danke für die Info.
    Gruß Daniel

  • Generell ist das mal richtig. Ob Du darüber hinaus auch Tellerfedern verwendest, habe ich hier nicht erkklärt. Ich würde Dir aber dazu raten. 1-3 Stück, je nach gewünschter Vorspannung und natürlich auch vorhandenem Platz, können sinnvoll sein. Die Einlegerichtung darf nicht entgegengesetzt sein: () wäre falsch, )) ist richtig. Ohne Tellerfedern könnte es sein, dass das Kugellager Probleme bekommt. Warum? Wenn sich der Stahl der Spindel und der Lager erwärmt, dehnt er sich aus und die Kugellager beginnen merklich laut zu klackern. Das kannst Du dann gar nicht überhören. Tellerfedern können das, wie der Name schon sagt, abfedern. Also spätestens die angezogene Mutter etwas und so lange lockern, bis es passt, oder Tellerfedern nehmen, oder beides. Es kann auch sein, dass die Kugellager schon hinüber sind, wenn es klackert (das sieht man nur, wenn man sie zerlegt).

    Grüße
    Heini

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