Die Lagerluft beschreibt, um wie viel sich ein Lagerring gegenüber dem anderen bewegen lässt. Die Normalluft CN passt für übliche Einbau- und Betriebsbedingungen. Die Gruppe C3 hat eine größere Luft als CN und wird gewählt, wenn die Luft im Betrieb durch Presssitz oder Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenring abnimmt. Dieser Beitrag erklärt die Lagerluftgruppen C2 bis C5, nennt Zahlenwerte für Rillenkugellager und zeigt an einem Rechenbeispiel, warum aus der Lagerluft im ausgebauten Zustand ein deutlich kleineres Betriebsspiel wird.
Was Lagerluft bedeutet
Die Lagerluft ist laut SKF der Gesamtweg, um den sich ein Lagerring gegenüber dem anderen bewegen lässt. In radialer Richtung spricht man von radialer, in axialer Richtung von axialer Lagerluft. Bei Rillenkugellagern wird die radiale Lagerluft angegeben. Bei Schrägkugellagern und Vierpunktlagern ist dagegen die axiale Lagerluft von größerer praktischer Bedeutung. Beide Größen hängen von der Lagerbauart und der inneren Geometrie ab.
Zu unterscheiden sind drei Zustände:
- Lagerluft im Lieferzustand: Sie wird am ausgebauten Lager ermittelt und ist in der Norm und in den Katalogen tabelliert. SKF nennt sie anfängliche Lagerluft. Die Katalogwerte gelten für nicht eingebaute Lager unter Null-Messlast.
- Lagerluft nach dem Einbau: Sie ist die Luft im montierten, aber noch nicht betriebenen Lager.
- Betriebsspiel: Es wird am eingebauten und betriebswarmen Lager ermittelt. Schaeffler definiert es als das Maß, um das sich die Welle in radialer Richtung von einer Grenzstellung zur gegenüberliegenden verschieben lässt.
In fast allen Anwendungen ist die anfängliche Lagerluft größer als das Betriebsspiel. Zwei Effekte sind dafür verantwortlich: Bei Festsitz dehnt sich der Innenring auf und der Außenring wird eingeschnürt. Außerdem erwärmt sich das Lager im Betrieb, und die Teile dehnen sich unterschiedlich aus.
Die Lagerluftgruppen im Überblick
Die Gruppen der radialen Lagerluft sind in DIN 620-4 und ISO 5753-1 festgelegt. DIN 620-4 benennt sie mit dem Buchstaben C und einer Zahl, ISO 5753-1 mit „Group“ und einer Zahl.
| DIN 620-4 | ISO 5753-1 | Bedeutung | Typisches Einsatzfeld laut Schaeffler |
|---|---|---|---|
| C2 | Group 2 | kleiner als CN | starke Wechselbelastungen in Verbindung mit Schwenkbewegungen |
| CN | Group N | normale Lagerluft | normale Betriebsverhältnisse bei üblichen Wellen- und Gehäusetoleranzen |
| C3 | Group 3 | größer als CN | Presspassungen der Lagerringe und größeres Temperaturgefälle zwischen Innen- und Außenring |
| C4 | Group 4 | größer als C3 | gemeinsame Angabe mit C3 |
| C5 | Group 5 | größer als C4 | gemeinsame Angabe mit C3 |
Die Normalluft CN wird in der Lagerbezeichnung nicht angegeben. SKF führt zusätzlich C1 als Gruppe mit einer Luft kleiner als C2. Für Lager, deren Luft innerhalb einer Gruppe eingeengt oder verschoben werden soll, ergänzt SKF Buchstaben: H bezeichnet die obere, L die untere Hälfte des Luftbereichs, P die obere Hälfte plus die untere Hälfte der nächstgrößeren Gruppe, zum Beispiel C3L.
Zahlenwerte für Rillenkugellager
Die folgende Tabelle gibt Auszüge aus der SKF-Tabelle der radialen Lagerluft von Rillenkugellagern (ISO-Werte, gemessen am ausgebauten Lager). Alle Angaben in Mikrometern.
| Bohrung d in mm (über bis) | C2 | CN | C3 | C4 | C5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 bis 18 | 0 bis 9 | 3 bis 18 | 11 bis 25 | 18 bis 33 | 25 bis 45 |
| 18 bis 24 | 0 bis 10 | 5 bis 20 | 13 bis 28 | 20 bis 36 | 28 bis 48 |
| 24 bis 30 | 1 bis 11 | 5 bis 20 | 13 bis 28 | 23 bis 41 | 30 bis 53 |
| 30 bis 40 | 1 bis 11 | 6 bis 20 | 15 bis 33 | 28 bis 46 | 40 bis 64 |
| 40 bis 50 | 1 bis 11 | 6 bis 23 | 18 bis 36 | 30 bis 51 | 45 bis 73 |
| 50 bis 65 | 1 bis 15 | 8 bis 28 | 23 bis 43 | 38 bis 61 | 55 bis 90 |
| 65 bis 80 | 1 bis 15 | 10 bis 30 | 25 bis 51 | 46 bis 71 | 65 bis 105 |
Die Bereiche benachbarter Gruppen überlappen sich: In der Zeile „24 bis 30″ reicht CN bis 20 µm, während C3 bereits bei 13 µm beginnt. Für ein Rillenkugellager 6205 mit 25 mm Bohrung gelten die Zeilen „24 bis 30″: CN 5 bis 20 µm, C3 13 bis 28 µm.
Vom Lieferzustand zum Betriebsspiel
Das Betriebsspiel ergibt sich nach Schaeffler aus der radialen Lagerluft abzüglich der passungsbedingten und der temperaturbedingten Minderung: s = sr − sP − sT.
- Passungsbedingte Minderung sP: Sie setzt sich aus der Aufweitung des Innenrings und der Einschnürung des Außenrings zusammen. Näherungsweise gilt
ΔIR ≈ 0,8 · Ufür den Innenring undΔAR ≈ 0,7 · Ufür den Außenring. U ist das theoretische Übermaß der Passteile. Bei dünnwandigen Gehäusen oder Gehäusen aus Leichtmetall muss die Minderung durch Einpressversuche bestimmt werden. - Temperaturbedingte Minderung sT:
sT = α · dM · 1 000 · (ϑIR − ϑAR)mit dem Ausdehnungskoeffizienten von Stahl α = 0,000011 K⁻¹ und dem mittleren LagerdurchmesserdM = (d + D)/2. Als übliche Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring nennt Schaeffler 5 bis 10 K.
SKF fasst die erforderliche anfängliche Mindestluft in einer eigenen Gleichung zusammen: r = rop + Δrfit + Δrtemp + Δrother. Dabei ist rop die verlangte Betriebsluft, Δrfit die Änderung durch Passungen, Δrtemp die Änderung durch Temperaturdifferenzen und Δrother die Änderung durch weitere Einflüsse wie axiales Verspannen. Für Lagerbauarten ohne Einstellung wählt man danach die Lagerluftgruppe, deren Mindestluft mindestens dieser Mindestluft entspricht, und prüft, ob die zugehörige Höchstluft für die Anwendung zulässig ist.
Rechenbeispiel Rillenkugellager 6205
Angenommen sind ein Lager 6205 (d = 25 mm, D = 52 mm), ein Übermaß von 10 µm am Wellensitz, ein loser Gehäusesitz und eine Temperaturdifferenz von 10 K zwischen Innen- und Außenring. Die Annahmen sind vereinfachend und nur als Rechenbeispiel zu verstehen.
- Passungsbedingte Minderung:
sP ≈ 0,8 · 10 µm = 8 µm - Mittlerer Lagerdurchmesser:
dM = (25 + 52)/2 = 38,5 mm - Temperaturbedingte Minderung:
sT = 0,000011 · 38,5 · 1 000 · 10 ≈ 4,2 µm - Gesamte Minderung: ca. 12 µm
| Lagerluftgruppe | Radialluft im Lieferzustand | Betriebsspiel (gerundet) |
|---|---|---|
| CN | 5 bis 20 µm | −7 bis +8 µm |
| C3 | 13 bis 28 µm | +1 bis +16 µm |
Bei CN kann das Betriebsspiel im Beispiel negativ werden, das Lager wäre dann vorgespannt. Mit C3 bleibt es im positiven Bereich. SKF gibt als allgemeine Regel an, dass Kugellager ein Betriebsspiel von praktisch null haben sollten. Zylinder-, Nadel-, Pendelrollenlager und CARB-Lager benötigen dagegen in der Regel mindestens ein kleines Betriebsspiel.
Auswahl in der Praxis: Wann C3, wann CN, wann C2
- Normale Betriebsbedingungen: CN genügt, wenn die empfohlenen Wellen- und Gehäusetoleranzen eingehalten werden. Bei größeren Lagern wird das normale Betriebsspiel laut Schaeffler überwiegend mit C3 erreicht.
- Presspassungen: Ein Festsitz auf Welle und im Gehäuse mindert die Luft deutlich. C3 oder C4 lassen noch ein ausreichendes Betriebsspiel.
- Temperaturgefälle: Erwärmt sich der Innenring stärker als der Außenring, etwa durch Wärmezufuhr über die Welle, wird ein größeres Betriebsspiel nötig. Ein größeres Temperaturgefälle entsteht außerdem beim Anlauf, bei hohen Drehzahlen sowie in Maschinen, die im Freien in kalter Umgebung arbeiten oder eine beheizte Welle haben.
- Schnell anlaufende Wellen: Hier findet kein ausreichender Temperaturausgleich zwischen Lager, Welle und Gehäuse statt. Schaeffler empfiehlt deshalb eine größere radiale Lagerluft.
- Leichtmetall-Gehäuse: Bei Teilen aus Leichtmetall können Temperaturunterschiede die Lagerluft stärker beeinflussen.
- Schwenkbewegungen und starke Wechselbelastung: Hier nennt Schaeffler C2 als Einsatzfeld.
- Zu große Höchstluft: Wenn die Höchstluft der gewählten Gruppe für die Anwendung zu groß ist, kann bei SKF eine eingeschränkte Gruppe wie C3L gewählt werden.
Ein kleineres Betriebsspiel als CN ist laut Schaeffler nur in Sonderfällen anzuwenden, zum Beispiel bei Genauigkeitslagerungen. Die Lagerpassung beeinflusst die Lagerluft unmittelbar. Eine Übersicht zu Passungen und Toleranzen gibt der Beitrag zu Lagerpassungen.
Häufige Fragen
Was bedeutet C3 bei Kugellagern?
C3 steht für eine Radialluft, die größer ist als die Normalluft CN. Die Gruppe ist in DIN 620-4 und ISO 5753-1 (dort „Group 3″) festgelegt. Sie wird bei Presspassungen der Lagerringe und bei größerem Temperaturgefälle zwischen Innen- und Außenring eingesetzt.
Gilt C3 immer für alle Lagergrößen gleich?
Nein. Die Luftbereiche hängen vom Bohrungsdurchmesser ab. Bei einer Bohrung von 25 mm liegt C3 bei Rillenkugellagern nach SKF zwischen 13 und 28 µm, bei 65 bis 80 mm zwischen 25 und 51 µm. Die Werte sind bauartabhängig und stehen in den Katalogen für jede Lagerart.
Warum steht CN nicht in der Bezeichnung?
Laut Schaeffler wird CN in den Lagerbezeichnungen nicht angegeben. Ein Lager ohne Zeichen hat daher Normalluft. SKF verwendet CN nur zusammen mit einem Buchstaben für einen eingeengten oder verschobenen Bereich.
Ist eine größere Lagerluft immer besser?
Nein. Das Betriebsspiel beeinflusst unter anderem Reibung, Größe der Lastzone und Lebensdauer. SKF bezeichnet ein Betriebsspiel von praktisch null als allgemeine Regel für Kugellager. Die Luft sollte deshalb zur Anwendung passen und nicht pauschal groß gewählt werden.
Wann ist eine Lagerluft kleiner als normal sinnvoll?
C2 wird für starke Wechselbelastungen in Verbindung mit Schwenkbewegungen genannt. Außerdem kommt ein Betriebsspiel unter CN nach Schaeffler bei Genauigkeitslagerungen in Betracht.
Wie wird die Lagerluft gemessen?
Die radiale Lagerluft wird am ausgebauten Lager ermittelt, die Katalogwerte gelten unter Null-Messlast. Das Betriebsspiel dagegen betrifft das eingebaute, betriebswarme Lager und wird in der Regel rechnerisch abgeschätzt.
Quellen und weiterführende Informationen
- SKF: Rolling bearings – Katalog PUB BU/P1 17000/1 EN, Abschnitte Internal clearance, Selecting internal clearance or preload und Deep groove ball bearings (Tabelle der radialen Lagerluft)
- Schaeffler: Katalog HR 1 Wälzlager, Kapitel 7.4 Radiale Lagerluft und 7.5 Betriebsspiel
- ISO: ISO 5753-1:2009 Rolling bearings – Internal clearance – Radial internal clearance for radial bearings
- DIN 620-4: Norm zur radialen Lagerluft von Wälzlagern (Beuth Verlag)
