Einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig eignen sich, wenn:
- Lagerungen radial sehr hoch belastet werden ➤ Abschnitt
- neben hohen radialen Kräften auch axiale Belastungen aus einer oder beiden Richtungen von der Lagerstelle aufgenommen werden müssen (Stütz- oder Festlagerfunktion) ➤ Abschnitt
- Lagerungen sehr steif sein müssen
- Axialverschiebungen der Welle gegenüber dem Gehäuse zwangfrei im Lager ausgeglichen werden sollen (bei Lagern mit Los- und Stützlagerfunktion) ➤ Abschnitt
- hohe radiale Belastungen und höhere Drehzahlen auftreten, jedoch die sehr hohe radiale Tragfähigkeit vollrolliger Zylinderrollenlager noch nicht benötigt wird ➤ Abschnitt
- die Lager für den leichteren Einbau zerlegbar sein sollen (ein Lagerring abgezogen werden kann) ➤ Abschnitt.
Zylinderrollenlager mit Käfig/ vollrolliges Lager, Vergleich der Drehzahl und Tragfähigkeit
nG = Grenzdrehzahl
Cr = Dynamische Tragzahl
SL1923 = Vollrolliges Zylinderrollenlager
NJ23 = Zylinderrollenlager mit Käfig
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Ausführungsvarianten
Einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig gibt es in der Grundausführung als:
Neben den hier beschriebenen Lagern liefert Schaeffler einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig in weiteren Bauformen, Maßreihen und Abmessungen. Diese Produkte sind z. T. in speziellen Publikationen beschrieben. Bei Bedarf bitte bei Schaeffler anfragen. Größere Kataloglager GL 1.
Lager der Grundausführung – Standardsortiment
Kernmerkmale
Einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig gehören zur Gruppe der Radial-Rollenlager. Im Gegensatz zur Kugel hat die Rolle senkrecht zur Rollenachse eine größere Kontaktfläche. Dadurch kann sie höhere Kräfte übertragen, ist steifer und lässt bei gleicher Belastung im Durchmesser kleinere Wälzkörper zu. Die einreihigen Lager bestehen aus massiven Außenringen, Innenringen und Käfigen, die mit einer großen Anzahl von Zylinderrollen bestückt sind. Die Rollen sind endprofiliert; d. h., sie fallen zu den Enden hin seitlich leicht ab. Aufgrund dieses modifizierten Linienkontakts zwischen den Wälzkörpern und Laufbahnen werden schädliche Kantenspannungen vermieden ➤ Bild. Bei allen Standardausführungen führt immer mindestens ein Lagerring die Zylinderrollen zwischen festen Borden. Diese bildet mit dem Käfig und den Rollen eine Montageeinheit. Der andere Lagerring kann abgezogen werden. Innen- und Außenring lassen sich damit getrennt voneinander einbauen. Beide Ringe können so fest gepasst werden. Lager der Grundausführung werden in vielen verschiedenen Bauformen gefertigt, die sich im Wesentlichen durch die Anordnung der Borde am Innen- und Außenring unterscheiden. Je nach Ausführung werden sie als Los-, Stütz- oder Festlager eingesetzt.
Rollenprofil und Spannungsverteilung
Zylindrisches Rollenprofil (hohe Spannungsspitzen)
Endprofilierte Rolle (ohne Spannungsspitze)
Zylindrischer Mittenbereich
Bereich der logarithmischen Verjüngung
Kantenverrundung
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Bauform NU
Lager mit Loslagerfunktion
Bei Lagern der Bauform NU hat der Außenring zwei feste Borde, der Innenring ist bordlos ➤ Bild. Dadurch sind Axialverschiebungen der Welle gegenüber dem Gehäuse in beiden Richtungen innerhalb bestimmter Grenzen möglich. Der Längenausgleich erfolgt während der Drehbewegung zwangfrei im Lager zwischen den Rollen und der bordlosen Laufbahn und ist damit praktisch reibungslos. Der maximale axiale Verschiebeweg s ist in den Produkttabellen angegeben. Die Lager werden als Loslager verwendet, d. h. sie können die Welle axial in keiner Richtung führen ➤ Abschnitt. Für den Einsatz als Stützlager sind sie mit dem Winkelring HJ kombinierbar ➤ Bild.
Bauform N
Lager mit Loslagerfunktion
Zylinderrollenlager der Bauform N haben zwei feste Borde am Innenring, der Außenring ist bordlos ➤ Bild. Aufgrund der fehlenden Borde sind ebenfalls Axialverschiebungen der Welle gegenüber dem Gehäuse innerhalb des Lagers in beiden Richtungen möglich. Der maximale axiale Verschiebeweg s ist in den Produkttabellen angegeben. Lager der Bauform N werden als Loslager verwendet, d. h., sie können die Welle axial in keiner Richtung führen ➤ Abschnitt.
Einreihige Zylinderrollenlager – Los- oder Stützlager
Fr = Radiale Belastung
Fa = Axiale Belastung
Zylinderrollenlager NU (Loslager)
Zylinderrollenlager N (Loslager)
Zylinderrollenlager NU + Winkelring HJ (Stützlager)
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Bauform NJ
Lager mit Stützlagerfunktion
Lager der Bauform NJ haben zwei feste Borde am Außenring und einen festen Bord am Innenring ➤ Bild. Bei diesen Zylinderrollenlagern sind Axialverschiebungen der Welle gegenüber dem Gehäuse nur in einer Richtung möglich. Der maximale axiale Verschiebeweg s ist in den Produkttabellen angegeben. Lager der Bauform NJ werden als Stützlager verwendet, d. h., sie können die Welle in einer Richtung axial führen ➤ Abschnitt. Stützlager NJ lassen sich mit einem Winkelring HJ zu einer Festlagerlagereinheit kombinieren ➤ Bild.
Bauform NUP
Lager mit Festlagerfunktion
Zylinderrollenlager der Bauform NUP haben zwei feste Borde am Außenring sowie einen festen Bord und eine lose Bordscheibe am Innenring ➤ Bild. Bei diesen Zylinderrollenlagern sind Axialverschiebungen zwischen der Welle und dem Gehäuse nicht möglich. Lager der Bauform NUP werden als Festlager verwendet, d. h., sie können die Welle in beiden Richtungen axial führen ➤ Abschnitt.
Einreihige Zylinderrollenlager – Stütz- oder Festlager
Fr = Radiale Belastung
Fa = Axiale Belastung
Zylinderrollenlager NJ (Stützlager)
Zylinderrollenlager NUP (Festlager)
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Winkelringe
Funktionserweiterung durch Winkelringe
Um die Funktion der Zylinderrollenlager NU und NJ zu erweitern, können diese Bauformen mit Winkelringen HJ kombiniert werden ➤ Bild. Lager NU übernehmen damit Stützlagerfunktion, Lager NJ in Verbindung mit den Winkelringen Festlagerfunktion ➤ Bild.
Zylinderrollenlager NU dürfen nicht mit zwei Winkelringen eingebaut werden, da dies zu axialen Verspannungen der Rollen führen kann.
Einsatzbereiche der Winkelringe
Winkelringe können dann vorteilhaft sein, wenn:
- bei hoch belasteten Festlagerungen der Innenring eine sehr feste Passung erhält; Lager der Bauform NJ + HJ lassen festere Passungen zu als Lager NUP, die einen verkürzten Innenring und eine lose Bordscheibe haben
- die Welle axial in einer oder in beiden Richtungen geführt werden muss und Lager NJ oder NUP nicht zur Verfügung stehen
- die Konstruktion der Lagerung und der Ein- und Ausbau der Lager vereinfacht werden sollen.
Ausführung der Winkelringe
Die Winkelringe sind aus Wälzlagerstahl gefertigt, gehärtet und geschliffen. Der Planlauf der Seitenflächen entspricht den Normaltoleranzen der passenden Lager. Soweit lieferbar, sind die Winkelringe in den Produkttabellen bei den dazugehörigen Lagern gelistet (z. B. Lager NJ206‑E‑TVP2 + Winkelring HJ206‑E). Da die Winkelringe nicht Bestandteil des Lagers sind, müssen diese immer zusammen mit dem Lager bestellt werden ➤ Bild.
Zylinderrollenlager mit Winkelringen – Stütz- oder Festlager
Fr = Radiale Belastung
Fa = Axiale Belastung
Zylinderrollenlager NU + Winkelring HJ (Stützlager)
Zylinderrollenlager NJ + Winkelring HJ (Festlager)
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X-life-Premiumqualität
Einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig werden bis zum Außendurchmesser D = 320 mm als X-life-Lager geliefert ➤ Bild. Gegenüber vergleichbaren Standard-Zylinderrollenlagern sind diese Lager wesentlich leistungsstärker. Erreicht wird das u. a. durch die geänderte Innenkonstruktion, die optimierte Kontaktgeometrie zwischen den Rollen und Laufbahnen, die bessere Oberflächenqualität ➤ Bild und die optimierte Rollenführung und Schmierfilmbildung.
Zylinderrollenlager in X-life-Ausführung
Messingkäfig
Zylinderrolle, gehont
Außenring, gehont
Innenring, gehont
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Vergleich der Oberflächenqualitäten
Standardoberfläche – eine raue Oberfläche verursacht bei radialer Belastung Spannungsspitzen
X-life-Oberfläche – eine höhere Oberflächenqualität verringert Spannungsspitzen; das erhöht die Lager-Gebrauchsdauer
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Vorteile
Höherer Kundennutzen durch X-life
Aus diesen technischen Detailverbesserungen ergibt sich eine Reihe von Vorteilen wie z. B.:
- eine günstigere Lastverteilung im Lager und damit eine höhere dynamische Belastbarkeit der Lager ➤ Bild und ➤ Bild
- eine höhere Ermüdungsgrenzbelastung
- eine niedrigere Wärmeentwicklung im Lager
- ein niedriger Schmierstoffverbrauch und dadurch längere Wartungsintervalle, wenn nachgeschmiert wird
- eine messbar längere Gebrauchsdauer der Lager
- eine hohe Betriebssicherheit
- kompakt bauende, umweltfreundliche Lagerungen.
Austauschbar mit vergleichbare Standardlagern
Da X-life-Zylinderrollenlager die gleichen Abmessungen wie die entsprechenden Standardlager haben, können letztere problemlos gegen die leistungsfähigeren X-life-Lager ausgetauscht werden. Damit sind die großen X-life-Vorteile auch für bereits bestehende Lagerungen mit Standardlagern nutzbar.
Niedrigere Betriebskosten, höhere Maschinenverfügbarkeit
In Summe verbessern diese Vorteile die Gesamtwirtschaftlichkeit der Lagerstelle deutlich und erhöhen damit die Effizienz der Maschine und Anlage nachhaltig.
Nachsetzzeichen XL
X-life-Zylinderrollenlager haben das Nachsetzzeichen XL im Kurzzeichen ➤ Abschnitt.
Zylinderrollenlager mit Käfig: Vergleich der dynamischen Tragzahl Cr mit Lagern ohne X-life-Qualität
Cr = Radiale dynamische Tragzahl
Lager ohne X-life-Qualität
X-life-Zylinderrollenlager
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Anwendungsbereiche
Aufgrund ihrer besonderen technischen Merkmale eignen sich X-life-Zylinderrollenlager z. B. sehr gut für Lagerungen in:
- der Schwerindustrie (Stahlerzeugung)
- der Antriebstechnik (Getriebebau)
- Arbeits- und Baumaschinen
- Windturbinen (Getriebeanwendungen).
X-life steht für eine hohe Produkt-Leistungsdichte und damit für einen besonders großen Kundennutzen.
Für sehr hohe radiale Belastungen ausgelegt
Abhängig von der Bauform nehmen einreihige Zylinderrollenlager neben sehr hohen radialen Kräften auch ein- oder beidseitig hohe axiale Belastungen auf:
- Die Bauformen N und NU sind nur radial belastbar. Werden NU-Lager mit einem Winkelring kombiniert, sind diese auch einseitig axial belastbar ➤ Bild.
- Die Bauform NJ ist radial und einseitig axial belastbar. Wird diese Bauform mit einem Winkelring kombiniert, kann sie beidseitig axial belastet werden ➤ Bild.
- Die Bauform NUP ist radial und beidseitig axial belastbar.
Verstärkter Rollensatz bei der Variante E
Lager mit dem Nachsetzzeichen E haben einen verstärkten Rollensatz und sind so für höchste Tragfähigkeit ausgelegt.
Höhere axiale Tragfähigkeit bei Lagern mit torusballiger Rollenstirn
An den Bordanlauf- und Rollenstirnflächen tritt weder Verschleiß noch Ermüdung auf
Bei Zylinderrollenlagern mit torusballigen Rollen (TB-Ausführung) wurde mit Hilfe neuer Berechnungs- und Fertigungsmethoden die axiale Tragfähigkeit deutlich verbessert. Eine spezielle Krümmung der Rollenstirnflächen ermöglicht optimale Berührungsverhältnisse zwischen den Rollen und Borden ➤ Bild. Dadurch werden axiale Flächenpressungen am Bord deutlich minimiert und ein tragfähigerer Schmierfilm wird aufgebaut. Liegen Standard-Betriebsbedingungen vor, werden dadurch Verschleiß und Ermüdung an den Bordanlauf- und Rollenstirnflächen vollständig verhindert. Zusätzlich verringert sich das Reibmoment um bis zu 50%. Damit stellt sich im Betrieb eine deutlich niedrigere Lagertemperatur ein. Lager in torusballiger Ausführung sind lieferbar ab einem Bohrungsdurchmesser von d = 170 mm.
Kontaktgeometrie Rollenstirnfläche/Bordfläche – modifizierte Rollenstirnflächen
Zylinderrolle mit Innenring
Detail (keine maßstäbliche Darstellung)
Rollenstirn
Bord
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Belastungsverhältnis Fa/Fr
Verhältnis Fa/Fr ≦ 0,4 bzw. 0,6
Die Lager nehmen über die Borde am Innen- und/oder Außenring einseitig axiale Belastungen auf ➤ Bild. Damit sie störungsfrei laufen (ein Verkippen der Rollen vermieden wird), müssen sie bei axialer Belastung gleichzeitig immer auch radial belastet werden. Das Verhältnis Fa/Fr soll dabei den Wert 0,4 nicht überschreiten. Bei Lagern mit torusförmiger Rollenstirn (TB‑Ausführung) sind Werte bis 0,6 zulässig.
Eine ständige axiale Belastung ohne gleichzeitige radiale Belastung ist nicht zulässig.
Zulässige axiale Belastung
Einflussgrößen auf die axiale Belastbarkeit
Axiale Belastungen werden über die Lagerborde und die Rollenstirnflächen übertragen ➤ Bild. Die axiale Belastbarkeit des Lagers hängt damit im Wesentlichen ab von:
- der Größe der Gleitflächen zwischen den Borden und den Stirnflächen der Wälzkörper
- der Gleitgeschwindigkeit an den Borden
- der Schmierung an den Kontaktflächen
- der Lagerverkippung
- der Reibung.
Kraftfluss bei axialer Belastung – Stützlager NJ
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Berechnung der zulässigen axialen Belastung – Zylinderrollen mit herkömmlicher Rollenstirn
Lager mit Standard-Rollenstirn
Aus der hydrodynamischen Tragfähigkeit des Kontaktes lässt sich die zulässige Axialbelastung Fa per berechnen ➤ Formel.
Zulässige axiale Belastung – Lager in Standard-Ausführung
Legende
Fa per |
N |
Zulässige, dauerhaft wirkende axiale Belastung. Um eine unzulässig hohe Erwärmung im Lager zu vermeiden, darf Fa per nicht überschritten werden
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Fa max |
N |
Maximale, dauerhaft wirkende axiale Belastung hinsichtlich Bordbruch. Um unzulässig hohe Pressungen in den Kontaktflächen zu vermeiden, darf Fa max nicht überschritten werden
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kS |
- |
Vom Schmierverfahren abhängiger Beiwert ➤ Tabelle. Der Beiwert berücksichtigt das Schmierverfahren des Lagers. Je besser die Schmierung und besonders die Wärmeabfuhr sind, desto höher ist die zulässige Axiallast
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kB |
- |
Von der Baureihe des Lagers abhängiger Beiwert ➤ Tabelle
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dM |
mm |
Mittlerer Lagerdurchmesser dM = (D + d)/2
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n |
min-1 |
Betriebsdrehzahl
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Beiwert kS
Schmierverfahren
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Beiwert
kS
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von
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bis
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minimale Wärmeabfuhr, Tropfölschmierung, Ölnebelschmierung, geringe Betriebsviskosität (ν < 0,5 · ν1)
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7,5
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10
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wenig Wärmeabfuhr, Ölsumpfschmierung, Spritzölschmierung, geringer Öldurchsatz
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10
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15
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gute Wärmeabfuhr, Ölumlaufschmierung (Druckölschmierung)
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12
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18
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sehr gute Wärmeabfuhr, Ölumlaufschmierung bei Rückkühlung des Öls, hohe Betriebsviskosität (ν > 2 · ν1)
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16
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24
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Voraussetzung für diese kS-Werte ist eine Betriebsviskosität des Schmierstoffs von mindestens der Bezugsviskosität ν1 nach DIN ISO 281:2010.
Es sollten additivierte Schmieröle verwendet werden, z. B. CLP (DIN 51517) und HLP (DIN 51524) der ISO-VG-Klassen 32 bis 460 sowie ATF-Öle (DIN 51502) und Getriebeöle (DIN 51512) der SAE-Viskositätsklassen 75W bis 140W.
Lagerbeiwert kB
Baureihe
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Beiwert
kB
|
NJ2..-E, NJ22..-E, NUP2..-E, NUP22..-E
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15
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NJ3..-E, NJ23..-E, NUP3..-E, NUP23..-E
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20
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NJ4
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22
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Berechnung der zulässigen axialen Belastung – Zylinderrollen mit torusförmiger Rollenstirn
Höhere Axiallasten möglich
Für Lager mit torusförmiger Rollenstirn sind um 50% höhere Axiallasten zulässig ➤ Formel.
Zulässige axiale Belastung – Lager in TB-Ausführung
Berechnung der maximal zulässigen Axiallast
Aus der Bordfestigkeit und der Sicherheit gegen Verschleiß errechnet sich für Lager mit Rollen in Standard- bzw. TB-Ausführung die maximal zulässige Axiallast Fa max ➤ Formel. Diese darf nicht überschritten werden, auch wenn Fa per höhere Werte liefert ➤ Formel.
Maximale axiale Belastung – Lager in Standard- und TB-Ausführung
Zulässige Axialbelastung
Axiale Belastung bei Wellendurchbiegung
Zulässige Axiallast bei Wellendurchbiegung bis 2′
Bei starker Durchbiegung der Welle drückt der Wellenabsatz auf den Innenringbord. In Kombination mit der wirkenden Axiallast kann dies zu einer hohen Wechselbeanspruchung der Innenringborde führen. Bei einer Wellendurchbiegung bis 2′ lässt sich die zulässige Axiallast abschätzen ➤ Formel.
Bei stärkeren Verkippungen ist eine gesonderte Festigkeitsanalyse notwendig. Dazu bitte bei Schaeffler anfragen.
Axiale Belastung bei Schiefstellung
Legende
Fas |
N |
Zulässige axiale Belastung bei Schiefstellung
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Winkelabweichungen sind Schiefstellungen zwischen dem Innen- und Außenring
Die mögliche Schiefstellung zwischen dem Innen- und Außenring wird durch die innere Lagerkonstruktion, das Betriebsspiel, die auf das Lager wirkenden Kräften usw. beeinflusst. Aufgrund dieser komplexen Zusammenhänge können hier keine allgemein gültigen, absoluten Werte angegeben werden. Schiefstellungen (Winkelabweichungen) zwischen dem Innen- und Außenring wirken sich im Allgemeinen jedoch immer auf das Laufgeräusch und die Gebrauchsdauer der Lager aus.
Zulässige Verkippung
Die zulässigen Richtwerte, bei deren Einhaltung erfahrungsgemäß keine signifikante Minderung der Gebrauchsdauer eintritt, betragen:
- 4′ für die Reihen 10, 19, 2, 3, 4
- 3′ für die Reihen 22, 23.
Geltungsbereich der Werte
Die angegebenen Werte gelten für:
- Lagerungen mit statischer Schiefstellung (gleichbleibende Lage der Wellen- und Gehäusesachse)
- Lager, die axial keine Führungsfunktion übernehmen müssen
- niedrig belastete Lager (mit C0r/P ≧ 5).
Eine Überprüfung mit dem Berechnungsprogramm BEARINX wird grundsätzlich empfohlen. Bestehen Unsicherheiten bezüglich der möglichen Schiefstellung, bitte bei Schaeffler rückfragen.
Öl- oder Fettschmierung
Einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig sind nicht befettet. Sie müssen mit Öl oder Fett geschmiert werden.
Verträglichkeit mit Kunststoffkäfigen
Werden Lager mit Kunststoffkäfig verwendet, ist sicherzustellen, dass beim Einsatz von Syntheseölen oder Schmierfetten auf Syntheseölbasis sowie bei Schmierstoffen mit einem hohen Anteil an EP‑Zusätzen die Verträglichkeit des Schmierstoffs mit dem Käfigmaterial gegeben ist.
Bestehen Unsicherheiten darüber, ob der gewählte Schmierstoff für die Anwendung geeignet ist, bitte bei Schaeffler bzw. beim Schmierstoffhersteller rückfragen.
Ölwechselfristen einhalten
Gealtertes Öl und im Öl enthaltene Additive können bei höheren Temperaturen die Gebrauchsdauer der Kunststoffe beeinträchtigen. Vorgegebene Ölwechselfristen müssen deshalb unbedingt eingehalten werden.
Abdichtung in der Anschlusskonstruktion vorsehen
Die Lager sind nicht abgedichtet; d. h. die Abdichtung der Lagerstelle muss in der Anschlusskonstruktion erfolgen. Diese muss zuverlässig verhindern, dass:
- Feuchtigkeit und Verunreinigungen in das Lager gelangen
- Schmierstoff aus dem Lager austritt.
Grenz- und Bezugsdrehzahlen in den Produkttabellen
In den Produkttabellen sind für die meisten Lager zwei Drehzahlen angegeben:
- die kinematische Grenzdrehzahl nG
- die thermische Bezugsdrehzahl nϑr.
Grenzdrehzahlen
Die Grenzdrehzahl nG ist die kinematisch zulässige Drehzahl des Lagers. Sie darf auch bei günstigen Einbau- und Betriebsbedingungen nicht ohne vorherige Rücksprache mit Schaeffler überschritten werden ➤ Link.
Bezugsdrehzahlen
nϑr dient zur Berechnung von nϑ
Die thermische Bezugsdrehzahl nϑr ist keine anwendungsbezogene Drehzahlgrenze, sondern eine rechnerische Hilfsgröße zur Ermittlung der thermisch zulässigen Betriebsdrehzahl nϑ ➤ Link.
Als neues Merkmal zum Vergleich des Geräuschniveaus unterschiedlicher Lagerarten und Baureihen wurde der Schaeffler Geräuschindex (SGI) entwickelt. Damit ist es erstmals möglich, eine Geräuschbewertung von Wälzlagern durchzuführen.
Schaeffler Geräuschindex
Der SGI-Wert basiert auf dem nach internen Standards maximal zulässigen Geräuschniveau eines Lagers, welches in Anlehnung an ISO 15242 ermittelt wird. Zum Vergleich unterschiedlicher Lagerarten und Baureihen ist der SGI-Wert über der statischen Tragzahl C0 aufgetragen.
Damit ist es möglich, Lager gleicher Tragfähigkeit direkt zu vergleichen. In den Diagrammen ist jeweils der obere Grenzwert angegeben. Das bedeutet, dass das durchschnittliche Geräuschniveau der Lager noch kleiner ist, als im Diagramm dargestellt.
Der Schaeffler Geräuschindex ist ein zusätzliches Leistungsmerkmal zur Lagerauswahl bei geräuschsensiblen Anwendungen. Die spezifische Eignung eines Lagers für eine Anwendung, beispielsweise hinsichtlich Bauraum, Tragfähigkeit oder Drehzahlgrenze, ist davon unabhängig zu prüfen.
Schaeffler Geräuschindex für einreihige Zylinderrollenlager mit Käfig
SGI = Schaeffler Geräuschindex
C0 = Statische Tragzahl
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Limitierende Größen
Die Betriebstemperatur der Lager ist begrenzt durch:
- die Maßstabilität der Lagerringe und Zylinderrollen
- den Käfig
- den Schmierstoff.
Mögliche Betriebstemperaturen der einreihigen Zylinderrollenlager ➤ Tabelle.
Zulässige Temperaturbereiche