Lager für den Montierungsbau

Lager für den Montierungsbau

 

Für den amateurmäßigen Selbstbau von Montierungen bietet sich die Verwendung von Wälzlagern an. Zwar sind Gleitlager präziser und steifer als Wälzlager, es darf aber bezweifelt werden, dass der Hobbybastler diese entsprechend fertigen kann. Wenn man Wälzlager verwendet, kann man bei entsprechender Konstruktion die Genauigkeitsanforderungen an selbst gefertigte Teile erheblich reduzieren. Außerdem dürften die Toleranzen von industriell hergestellten Wälzlagern so gering sein, dass sich mit diesen ausreichend präzise Montierungen herstellen lassen.

Wälzlager werden in einer großen Anzahl unterschiedlicher Ausführungen hergestellt. Einen Überblick über angebotene Lager geben die Internetseiten der Hersteller (z.B. FAG oder SKF). Auf den Herstellerseiten findet man auch Konstruktionshinweise und technische Daten. Wer Wälzlager verwenden möchte, sollte sich auf den entsprechenden Seiten kundig machen.

Als erste Einführung und Orientierung sollen hier einige für den Montierungsbau wichtige Lagerarten kurz beschrieben werden.

Im Bild 1 sind einige Lager zu sehen, die Kugeln als Wälzkörper nutzen.

 

 

Bild 1: Kugellager

 

Im Bild 1 sind rechts zwei gewöhnliche Rillenkugellager zu sehen. Das untere Lager ist abgedichtet, das obere nicht. Wenn möglich, sollte man zum Bau von Montierungen abgedichtete Lager benutzen, da in die Lager eindringender Staub sich negativ auf den Rundlauf der Lager auswirken kann. Die Lager sollten beim Einbau gegeneinander verspannt werden.

Das obere Lager in der Mitte von Bild 1 ist ein Axiallager. Dieses Lager kann nur Lasten in axialer Richtung aufnehmen, die gewöhnlichen Rillenkugellager nehmen demgegenüber Lasten sowohl in radialer (senkrecht zur Achse) als auch in axialer Richtung (parallel zur Achse) auf (wobei die radiale Belastbarkeit höher als die Axiale ist). Dadurch sind die Verwendungsmöglichkeiten für diese Lagerart eingeschränkt bzw. müssen diese Lagerarten mit Lagern kombiniert werden, die radiale Kräfte aufnehmen.

Das untere Lager in der Bildmitte ist ein zweireihiges Pendelkugellager. Pendellager haben den Vorteil, dass sie so eingebaut werden können, dass der Innenring gegenüber dem Außenring verkippt ist (die maximal mögliche Verkippung muss aus dem Datenblatt entnommen werden, gewöhnlich kann diese bis zu 4° betragen). Bei dem dargestellten Lager ist die innere Bohrung konisch. In der Bohrung steckt eine Klemmhülse, die durch einen Vorschraubring (links neben dem Lager) mit der Achse verspannt wird. Dadurch sitzt das Lager sehr fest auf der Achse, der Lagersitz auf der Achse kann mit relativ großer Toleranz hergestellt werden.

Das Lager oben links ist ein Spindellager. Dieses Lager nimmt radiale Kräfte und in einer Richtung axiale Kräfte auf. Beim Einbau müssen immer zwei Lager gegeneinander verspannt werden. Diese Lager werden in Werkzeugspindeln verwendet und sind die Lager, die sich mit der höchsten Genauigkeit herstellen lassen. Dadurch wären diese Lager sehr gut für Montierungen geeignet. Allerdings kann die hohe Genauigkeit nur ausgenutzt werden, wenn die anderen Montierungsteile entsprechend präzise gefertigt werden – dies dürfte dem Hobbybastler in der Regel aber nicht gelingen.

 

Bild 2 zeigt Lager, bei denen Rollen als Wälzkörper verwendet wurden.

 

          

 

Bild 2: Rollenlager

 

Diese Lager sind wesentlich steifer als Kugellager. Obwohl teilweise die Meinung vertreten wird, dass die Steifigkeit von Kugellagern ausreichend ist (so u.a. im „Handbuch für Sternfreunde“) ist es besser die steiferen Rollenlager zu verwenden. Gegen die Verwendung von Rollenlagern wird manchmal der hohe Preis dieser Lager angeführt. Bei eBay werden diese Lager (wie auch andere Lager) aber ziemlich regelmäßig für ein paar Euro versteigert. Bei den eBay-Lagern sollte man sich allerdings die Laufflächen der Lager sehr genau anschauen. Vereinzelt bekommt man Ausschusslager, deren Laufflächen Muster aufweisen, diese sollte man nicht verwenden.

Links im Bild 2 sind zwei Kegelrollenlager abgebildet, wobei das obere Lager auseinander genommen wurde. Kegelrollenlager nehmen hohe radiale und in einer Richtung axiale Kräfte auf. Kegelrollenlager werden in der Regel paarweise verwendet. Dabei werden diese gegeneinander verspannt. Bei Montierungen sollten die Lager in O-Anordnungen verspannt werden. Dazu werden die Lager so eingebaut, dass die Außenringe zueinander gewandt sind. Verspannt werden die Lager meist so, dass ein Vorschraubring gegen den Innenring des unteren Lagers drückt.    

Die Lager im Bild 2 rechts sind zweireihige Pendelrollenlager. Beim oberen Lager ist der Innenring mit dem Wälzkörpern gegen den Außenring zur Verbesserung der Ansicht verdreht. Die abgebildeten Pendelrollenlager nehmen radiale Kräfte auf und können zusätzlich noch axiale Kräfte in beiden Richtungen aufnehmen.

Es wird oft empfohlen Kegelrollenlager für astronomische Montierungen zu verwenden, da diese sehr steif sind und sowohl radiale wie axiale Kräfte aufnehmen. Ein Nachteil von Kegelrollenlagern ist aber, dass diese mit geringen Toleranzen bezüglich Verkippung eingebaut werden müssen. Da diese Toleranzen für gewöhnlich von Hobbybastlern nicht eingehalten werden können, wird manchmal vorgeschlagen einen Lagersitz für den Außenring etwas größer auszudrehen und die Lager einzukleben. Wenn die Lager dann bis zum Aushärten des Klebers verspannt werden, sollen sich die Lager ausrichten. Wenn ein entsprechender Klebstoff (Zweikomponentenkleber) verwendet wird, dürfte eine dünne Klebefläche sich nicht negativ auf die Steifigkeit auswirken. Ein Nachteil dieser sicher gut funktionierenden Methode ist allerdings, dass sich ein so eingeklebter Ring nicht mehr entfernen lässt.

Deshalb wird vorgeschlagen als oberes Lager ein Kegelrollenlager und als unteres Lager ein zweireihiges Pendelrollenlager zu verwenden (Bild 3).

 

 

Bild 3: Prinzipskizze Achslagerung mit Kegel- und Pendelrollenlager

 

Da das Pendelrollenlager auch axiale Kräfte aufnimmt, können beide Lager gegeneinander verspannt werden. Beim verspannten Pendelrollenlager trägt dann zwar nur noch eine Lagerreihe, da diese Lager sehr steif sind, dürfte dies aber ausreichend sein. Der Vorteil ist, dass die Lagersitze bezüglich Verkippung mit größeren Toleranzen hergestellt werden können, und ein Verkleben nicht erforderlich ist. Natürlich sollte trotzdem mit größtmöglicher Präzision gearbeitet werden, da bei dem Kegelrollenlager Innen- und Außenring auch nur mit geringer Toleranz gegeneinander verkippen dürfen. 

Die Montierung in unserer Sternwarte hat diese Lagerkombination und es wurde bisher nichts beobachtet, was auf Nachteile dieser Kombination schließen lässt.

Zum Verspannen von Lagern sollten Tellerfedern verwendet werden. Tellerfedern gleichen unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Achse und Gehäuse aus (z.B. wenn das Gehäuse aus Alu und die Achse aus Stahl ist). Außerdem kann man sich sicher sein, dass die Lager immer mit annähernd der richtigen Kraft verspannt werden, ohne dass ein Momentenschlüssel verwendet wird.