Hallo Bernhard,
interessante Frage. An sich löst man eine solche Anwendung durch ein Axial/Radial Lager (also Rillenkugellager/4-pkt-Lager) und ein Zylinderrollenlager, welches Axiale Verschiebungen bis zu einigen cm zulassen kann. Geht aber nicht, der, der das Gehäuse konstruiert hat, hat nicht bis zu Ende nachgedacht...
Ein Ansatz wäre es, eine Fixierung für das Rillenkugellager nachzubauen. Es gibt z.B. Rillenkugellager mit einer Nut für einen Seeger-Ring im Außenring. Aber auch wenn das klappt, stellt sich immer noch die Frage, was passiert, wenn die Welle nur einseitig fixiert ist - sind es Schrägverzahnte Zahnräder kann dann das Zahnflankenspiel bei Wellenausdehnung verdammt knapp werden, und man hat den Bock zum Gärtner gemacht...
In meinen Augen gehören da grundsätzlich Kegelrollenlager rein. Die vertragen ne Ecke mehr als die Rillenkugellager bei gleicher Baugröße und man kann sich das Lagerspiel einstellen, wie man es möchte. Die Konstruktion scheint dafür ja prädestiniert.
Prinzipiell lassen sich Rillenkugellager von den Abmessungen her auch durch Kegelrollenlager+Scheiben ersetzen, jedoch gibt es bei den Kegeln eine verschiebung um etwa 1,5mm zwischen Innenring und Außenring. Dass muss sich in der Konstruktion irgendwie "passend" machen lassen.
Vodoo bleibt jedoch die Frage: Wie viel Lagerluft braucht es an der Stelle? Solche Werte sind meist Erfahrungswerte. Was ist das größte Temperaturgefälle zwischen Welle und Gehäuse, wer weiß das schon? Von daher lässt sich das Lüftspiel nur vage berechnen.
Man müsste halt man Materialen Gehäuse (Duralalu ?) und Welle (42CrMo4 ?) vergleichen und an Hand der Wellenlänge und dem Temperaturunterschied die Ausdehnung "erraten". Danach kann man vielleicht abschätzen, ob man vielleicht schon mit C3 oder C4/C5 (Schwer zu bekommen) Lagern auskommt.
Ansonsten Kegelrollenlager nehmen (Wenn es denn passt), voll anknallen und das Lüftspiel über Gewindesteigung der Schrauben/Muttern ertasten. Ist halt dann alles etwas geraten - ich kenne keine Möglichkeit die Lagerluft bei losen Lagern zu messen. Man misst halt das Schleppmoment und schaut dann ins Werkstatthandbuch mit den Erfahrungswerten...
Kann wunderbar klappen, es fehlen einem aber irgendwie die Ergebnisse einer Versuchsserie...
Nu denn, hier mal nachgeschaut:
http://www.burde-metall.at/tctable.htm
Ergibt sich für Stahl(11,5µm/mK)/Guseisen(10,5m/mK) das Ergebniss, dass Stahl sich etwa 1µ pro °C pro Meter weniger ausdehnt. Bei einer 50cm Stahlwelle in einem Gussgehäuse würde die welle um 0,5µm pro °C länger, als das Gehäuse. Ich gehe mal davon aus, das die Welle immer heißer ist, als das Gehäuse.
Also bei 50° Temperaturunterschied sind das 25µm "Verlängerung" der Welle. Ein Lager mit einer 35mm Bohrung (NU307) hat als CN Lagerluft 6-20µm Luft.
Hmm, Das kann bei zwei Lagern also noch klappen, muss es jedoch nicht ... im Mittel würde ich sagen, dass es knallt.
C3 Lagerluft wären bei dem Lager dann: 15-33. Also Gesamtluft von 30 - 66µm. Stehen hier wirklich Guss gegen Stahl, ist die Welle zwischen den Lagern 50cm lang und beträgt der maximale Temperaturunterschied zwischen Welle und Gehäuse 50°C (Vor allem in Anlaufvorgang/Wechselnder Last) müsste C3 schon ausreichen, damit immer noch 5-40µm für den Schmierfilm bleiben... Da man zwei Lager hat und ich mal eine Normalverteilung der Toleranzen annehme, steigt die Wahrscheinlichkeit für einen Mittelwert. Nach Gefühl kann man dann vom 13-18µm für den Schmierfilm ausgehen.
C4 wären schon 28 - 46µm/Lager, also insgesamt 56-92µm. Aber C4 ist schon selten zu bekommen und je mehr Spiel die Lager haben, desto "loser" wird die Lagerung, was eventuell das Leben der Zahnräder verkürzt. Aber ich glaube die Zahnräder sind nicht das Problem bei den Getrieben.
Spannend wird es natürlich bei Alu-Gehäuse vs Stahlwelle. Da ist der Unterschied etwa um den Faktor 20 höher - und damit auch die Nötige Lagerluft. Ist hier das Temperaturgefälle höher, lässt das Getriebe schlicht nicht mehr Lagern, selbst bei losen Lagern verkanten sich dann die Zahnräder...
Man kann das Pferd natürlich auch von der anderen Seite aufzäumen: Kälteres Öl sorgt für mehr Temperaturausgleich zwischen Welle und Schachtel. Ein Ölkühler ist sicher zusammen mit erhöhter Lagerluft sicher ein guter Ansatz.
MlG,
Felix
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duck und wech