Hallo zusammen. Ich ärgere mich gerade mal wieder über einen kaputten Konus am Vorderrad. Lagerhaltbarkeit lässt sich ja berechnen. Einfachste Formel: Dynamische Tragzahl des Lagers, geteilt durch dynamisch äquivalente Belastung, Ergebnis hoch 3.
Ja, so kann man als Daumenwert anfangen, aaaaber, es ist nicht so trivial, die
"Aquivalente Lagerbelastung" zu ermitteln. Hat Dein Rad keinen Sturz und Du fährt nur gradeaus, ist das sehr einfach, oder auch nicht, denn wenn keine Industrielager eingesetzt sind, und die letzte Diskussion ging ja völlig am Thema vorbei, weil wir nur um Trommelbremsennaben mit Industrielagern philosophierten, hast zu zweri Schrägkugellager
In Deinem Falle handelt es sich um klasissche Schrägkugellager. Die erzeugen aber eine axiale Komponente. Da sollte man, wenn man es genauer wissen will, in die Lagerberechnung einsteigen, das geht heute online recht einfach, Link für Industrielager folgt.
Prinzipiell hat Du Recht, der Konus wird vor allem an der Unterseite belastet. Das aber über gut 15° in beide Richtungen aus der Mitte heraus. Problem bei Schrägkugellagern ist nun, dass die immer eine Vorspannung brauchen. In der Regel stellt der reibungsbewusste Radfahrer das Spiel aber eher etwas lockerer ein, maximal ein Nullspiel. Das ist dann zwar für die Reibung gut, das Lager mag das aber gar nicht.
Der Verschleiß an Deinem Konus deutet darauf hin, dass Du das Lager zu wenig vorspannst. Weiter weiß ich jetzt nicht, was so ein Konus kostet. Der Hauptärger ist die Arbeit. Wenn ich die Nabe zerlegt hätte, würde ich immer einen neuen Konus nutzen. Wenn die aber teuer sind, kann regelmäßigen drehen aber durchaus viel bringen. Mach dann aber zumindest neue Kugeln rein.
Bei Industriekugellagern genauso.
Ja und nein, weil das Abziehen das Lager auch belastet. Die Dinger sind so billig, 6000er Lager habe ich bei Misumi für 1,30€ entdeckt, da macht man gleich neue rein. Im 50er Pack kosten sie dann unter einem Euro. Das wird "Chinaplunder" sein, und SKF Lager gibt es so um 5,-€ herum. Würde ich auch immer neue nehmen.
Edit: und wie wär's mit Tonnenlagern?
Gibt es in der Größe nicht und sind nicht dafür gedacht, hohe Axialkräfte aufzunehmen, sondern für schwingende Wellen mit Durchbiegung. Wenn, dann Kegelrollenlager, wie in Autonaben, aber das wäre mit Kanonen auf Spatzen schießen und die Temperaturproblematik bleibt dieselbe
Shimano Konus-Naben sind im Auslieferungs Zustand oftmals zu straff eingestellt.
Das ist genau die Frage, denn es bedarf einer gewissen Vorspannung, um die volle Lebensdauer des Lagers zu bekommen, Und das bedeutet Reibung. Wollen wir nicht. Nein, mit Rillenkugellagern kann man gut leben, im Prinzip ist die gewählte Konstruktion ein erträglicher Kompromiss.
Prinzipiell reichen die 6000er Kugellager völlig, aaaaaber die Temperatur ist das Problem und Axialkräfte beim "Um die Ecke sausen". Wenn Du dich in die Verspannung einlesen willst, schau Dir das hier an. Die Temperaturbelastung der Außennabe bei Schrägkugellagern ist aber ein eches Problem, denn sie erhöht die Lagervorspannung massiv, solange wir eine O-Anordnung wählen. Bei eine X Anordnung wäre das weniger ein Problem, aber die beißt sich mit Querbeschleunigung und resultierender Axialbelastung.
Die meisten Lager gehen nach unserer Erfahrung durch Wärmeeinflüsse kaputt. Ich vermute, dass hier der Schmierfilm reisst, weil der Schmierstoff einfach zu dünnflüssig wird, ...
Genau das ist das Problem. Ich habe mir gerade mal die Lagerberechnung bei SKF angeschaut. Ich nehme an, in meinem SR3 habe ich 6000er Lager, also jene mit 10mm Achse, soll ja auch 12mm Achsen geben. Hier das Lager und dann den Link zur Berechnung anklicken
www.skf.com
Und dann wird es spannend, dann geht es zuerst um das Lastkollektiv. Das hier habe ich willkürlich eingegeben, warum:
LC1: Gradeausfahren mit Temperaturbelastung durchs Bremsen:
Radlast vorne 70kg, also 0,7kN, das verteilt sich auf zwei Lager, also 0,35kN Radialkraft
15% Sturz, also 25% von 0,7kN, also 0,175kN, aber da werden nur von einem Lager aufgenommen aufgenommen.
Die Temperatur nahm ich mit erlaubten 120°C, die Nabe kann heißer sein, das Lager wird über die Achse gekühlt
Zeitanteil 5%, ist tendenziell hoch gegriffen
Diesen Term habe ich, um mit der Temperatur zu spielen, einfach mal in der Berechnung hoch setzen. Das wird ganz böse, ab 180°C ist die Lebensdauer bei null.
LC2: Ich sause um die Ecke, stark vereinfacht
Problem bei Rillenkugellagern ist die Aufnahme von Axialkräften, mögen die nicht so. Sause ich so um die Ecke, dass das innere Vorderrad abhebt, wirkt das gesamte Gewicht beider Vorderräder als Axialkraft auf ein Lager. Vernachlässigt habe ich jetzt, dass die Querkraft am Reifen auch die Radialbelastung der Lager verändert. Ich kenne den Lagerabstand nicht. Es soll ja auch nur ein Daumenwert sein
einseitige Radlast kurven äußeres Rad 140 kg, also 1,4kN radial , das verteilt sich auf zwei Lager, also 0,7kN Radialkraft (grob vereinfacht)
Radlast wirkt komplett axial, also 1,4kN als Axialanteil
Die Temperatur nahm ich mit erlaubten 120°C an. Die Nabe kann dabei etwas heißer sein, das Lager wird über die Achse gekühlt
Zeitanteil 1%, ist tendenziell hoch gegriffen
Diesen Term habe ich, um mit der Axiallast zu spielen, einfach mal in der Berechnung varieren. Die Fettschmierung versagt bei hohen Axialbelastungen!
LC1: Gradeausfahren ohne Bremsen:
Radlast vorne 70kg, also 0,7kN, das verteilt sich auf zwei Lager, also 0,35kN Radialkraft
15% Sturz, also 25% von 0,7kN, also 0,175kN, aber da werden nur von einem Lager aufgenommen aufgenommen.
Die Temperatur nahm ich mit 50°C an
Zeitanteil 95%, wird real höher sein.
Mit diesem Belastungskollektiv komme ich auf dieses Ergebnis: 3470h, kann man mit leben.
Und jetzt kann jeder mal in Ruhe für sein Fahrzeuggewicht, seinen Sturz und seinen Anteil mit Bremsen und um die Ecke sausen in der Belastung herum spielen. Ich hier im Norden werden nur gradeaus ohne Bremsen fahren, dann halten die Lager "unbegrenzt", Hauptproblem ist die Temperatur. Darum gilt in den Bergen. Kühlung, Kühlung, Kühlung, notfalls mal Hochtemoeraturfett andenken
Weiter sollte man sich überlegen, ob man jede Kurve auch zwei Rädern durchfahren muss. Genau die Axialbelastung beim Kurvenfahren mag das Lager so gar nicht. Hier und nur hier würden zwei Schrägkugellager hlefen, aber das mit der den Temperaturspannungen blöd und mit der Reibung
Resümee:
Bei mir im SR3 wird das halten, wenn der Sturz nicht zu groß wird, das muss ich die Tage mal ausmessen. 15° erscheint mit aber realistisch. Sollte ich Probleme bekommen, wird das an Belastungen durch die Temperatur kommen. Ich werde mit also Temperaturaufkleber hohen und sollte ich über 120°C kommen, werde ich Kühlrippen andenken. Dazu, wenn es häufige Wechseltemperaturen gibt, könnte man das Lager gepuscht auf Fest-los umbauen. Das innere Lage nahe der Trpmmenbremse würde ich dann einkleben, beim äußeren die Nabe minimal aufweiten, damit das Lager leicht verschieblich wird. Das kann aber in die Hose gehen.
In selbst entworfenen Naben verbaue ich außen ein doppelreihiges Schräglager und innen ein Zylinder oder Nadellager
Das ist natürlich eine auf die Haltbarkeit bezogen sehr gute Lösung, das Schräggkugellager wird aber merklich mehr Reibung als ein Rillenkugellager haben. Für schwere Lastenrader genau das richtige, für 24h Rennsemmeln sicher nicht der richtige Weg. Aber für den Altag ganz sicher sehr hilfreich! Wo kann man das kaufen, das interessiert mich?
