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Kugellager & Wälzlager Sortiment im Online Shop


Wälzlager und Gleitlager

Überall dort, wo Wellen und Achsen aufgenommen werden müssen (Fahrzeugachse, Getriebewelle usw.), die dann eine Drehbewegung ausführen, kommen Wälzlager oder Gleitlager zum Einsatz. Dabei wird zwischen einer radial auftreffenden Kraft (beim drehenden Rad auf gerade Strecke) und einer axial auftreffenden Kraft (beim drehenden Rad während der Kurvenfahrt) unterschieden.

Wälzlager

Im Prinzip besteht jedes Wälzlager aus vier Teilen: Einem Außenring, einem Innenring, dem Wälzkörper mit samt dem Käfig. Die Wälzkörper wälzen sich auf der Laufbahn ab, die zwischen den beiden Ringen gebildet wird. Die Wälzkörper können von unterschiedlicher Geometrie sein: Kugel, Zylinderrolle, Nadelrolle, Kegelrolle und Tonnenrolle. Die Körper im Lager unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Auflagefläche und somit auch in der von ihnen ausgehenden Reibung. Die Aufgabe vom Käfig besteht darin, die Wälzkörper zu führen, sie in einem gleichmäßigen Abstand zueinander zu halten sowie zu verhindern, dass es untereinander zu Berührungen und damit zu einer Erhöhung der Reibung kommt. Bei Nadellagern und bordlosen Pendelrollenlagern hat der Käfig noch eine weitere Aufgabe: Er sorgt dafür, dass die Rollkörperachse die richtige Lage beibehält. Zerlegbare Lager haben den Vorteil, dass der Käfig die Wälzkörper zusammenhält und somit der Einbau wesentlich einfacher von statten geht als bei vollkugeligen, vollrolligen und vollnadeligen Wälzlagern, die nur bei Spezialanwendungen zum Einsatz kommen.

Die Käfige werden standardmäßig meist aus Stahl gefertigt. Für Spezialanwendungen gibt es zudem Käfige aus Messing, Stahl, Hartgewebe und weiteren Werkstoffen. Die moderne Form vom Käfig ist aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere solchen aus glasfaserverstärktem Polyamid, hergestellt.

Für die Fertigung der beiden Ringe und der Wälzkörper kommt überwiegend durchgehärteter Chromstahl zum Einsatz. Teilweise greift man bei der Fertigung auch auf Einsatzstahl zurück. Wenn es um besonders hohe Belastungen, Drehzahlen, Temperaturen oder eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit geht, so kommen temperaturfeste und/oder nichtrostende Stähle, Kunststoff, Keramik sowie andere Werkstoffen zur Anwendung.

Um die Wälzläger nach außen hin abzudichten, setzt man üblicherweise Spalt- sowie Lippendichtungen ein. Die Lager können offen ausgeführt oder auch einseitig sowie beidseitig abgedichtet werden.

Verwendung von Wälzlagern

Die vielen Arten der Wälzlager deuten es schon an: Für bestimmt Lagerungsfälle sind auf Grund ihrer spezifischen Eigenschaften auch nur bestimmte Lager geeignet. Hier eine generelle Regel, welches Lager für welchen Zweck anzuwenden ist, herauszugeben, ist äußerst schwierig, da in diese Entscheidung mehrere Faktoren mit einbezogen werden müssen, die dann gegeneinander abgewogen werden sollten. Neben der Belastung und der geforderten Drehzahl spielen auch Einflüsse wie Temperatur, Schmierung, Vibrationen, Einbau und Wartung usw. eine entscheidende Rolle. Dabei ist auch die Umgebungskonstruktion eine begrenzende Größe. Sie hat Einfluss auf mindestens eine der Hauptabmessungen des Lagers - in den meisten Fällen der Bohrungsdurchmesser.

Wälzlager, die überwiegend für die Aufnahme radial wirkender Kräfte ausgelegt sind, werden als Radiallager bezeichnet. Es gibt auch Lager, die in den meisten Fällen sowohl axiale als auch radiale Belastungen aufnehmen. Das sind beispielsweise die Pendelrollenlager, Schrägkugellager, Kegelrollenlager oder auch die Rillenkugellager. Es gibt auch Lager, die ausschließlich radial belastet werden können: Zylinderrollenlager N, NU, die meisten Nadellager, Nadelhülsen sowie Nadelkränze.

Werden überwiegend axial wirkende Kräfte aufgenommen, so trifft die Bezeichnung Axiallager zu. Kombinierte Axial- und Radiallasten werden von Axial-Pendelrollenlagern und einseitig wirkenden Axial-Schrägkugellagern aufgenommen. Alle anderen Axiallager sind ausschließlich für die Aufnahme von Axiallasten ausgelegt.

Ist der Bauraum in radialer Richtung stark limitiert, so setzt man Lager mit geringer Querschnittshöhe ein, z.B. Nadelkränze, Nadellager ohne oder mit Innenring, Rillenkugellager und Pendelrollenlager bestimmter Reihen. Kommt es in axialer Richtung zu einer Limitierung des Bauraumes, so werden bei radialer und kombinierter Belastung sehr gerne Lagerreihen einreihiger Rillen- oder Schrägkugellager oder Zylinderrollenlager eingesetzt. Soll die Belastung in dem Fall ausschließlich axial wirken, so kommen unter diesen Voraussetzungen nur Axial-Nadellager, Axial-Nadelkränze oder Axial-Rillenkugellager bestimmter Baureihen in Frage.

Ein weiteres Unterscheidungskriterium für Wälzlager ist die Art, wie die Lager eine Welle führen. Lässt das Lager eine axiale Verschiebung zu oder handelt es sich um Lager, die eine Welle nur in eine Richtung oder eben auch in beide axiale Richtungen führen. Einige Lager sind auch winkelbeweglich und lassen somit eine Schiefstellung der Anschlusskonstruktion zu.

Bei der Festlegung der erforderlichen Größe eines Lagers sind vorrangig die nutzbare Höhe sowie die Art der Belastung, ob dynamisch oder statisch, ausschlaggebend. Weitere wichtige Faktoren sind die Lager-Tragfähigkeit sowie die Anforderungen an die Gebrauchsdauer und Betriebssicherheit der Lagerung. Eine dynamische Beanspruchung tritt bei umlaufenden Lagern auf, während hingegen Lager bei sehr langsamer Relativbewegung zwischen den Lagerringen, bei Schwenkbewegungen und bei Belastungen im Stillstand nur statisch beansprucht werden. Die Belastungen, die auf Rollenlager wirken können, sind bei gleichen Abmessungen, größer als die auf Kugellager. Kugellager bieten hingegen die geringste Reibung. Sie werden vornehmlich bei kleineren und mittleren Belastungen eingesetzt, während bei höheren Belastungen und größeren Wellendurchmessern häufig Rollenlager verwendet werden.

Bauformen von Wälzlagern

1. Rillenkugellager DIN 625 2. einreihiges Schrägkugellager DIN 628 3. zweireihiges Schrägkugellager DIN 628 4. Axial-Rillenkugellager DIN 711 5. Zylinderrollenlager DIN 5412 6. Axial-Zylinderrollenlager DIN 722 7. Kegelrollenlager DIN 720 8. Pendelkugellager DIN 630 9. Tonnen- und Pendelrollenlager DIN 635 10. Axial-Pendelrollenlager DIN 728 11. Nadellager DIN 617

Arten der Lageranordnung bei Wälzlagern

Fest- und Loslager (FLL)

Die Lagerung als Fest- und Loslager ist die am häufigsten verwendete Ausführung von Wälzlagern. Beide Lagerformen können radiale Kräfte aufnehmen. Beim Festlager liegt zudem eine Sicherung gegen eine axiale Verschiebung vor, wodurch es die auf die Welle oder Achse einwirkenden Axialkräfte aufnehmen kann. Der Vorteil eines Loslagers besteht hingegen darin, dass die Welle dort die Möglichkeit hat, sich bei Erwärmung auszudehnen, was wiederum das Auftreten von Spannungen verhindert.

Stützlagerung schwimmend (SLS)

Die schwimmende Lagerung begrenzt das Einbauspiel von wenigen Zehntel mm in beide Richtungen. Somit wird der Welle bei der Belastung durch Axialkräfte in beide Richtungen eine Verschiebung ermöglicht. Der größte Vorteil der Lagerart sind die geringen Kosten, die aus dem einfachen Einbau resultieren. Als Nachteil kann die axial nicht eindeutige Fixierung der Welle angesehen werden, weshalb sich die SLS-Lager auch nur für die Verwendung auf kurzen Wellen eignen.

Stützlagerung angestellt (SLA)

Dank dieser Lagerform können beide Wälzlager Axialkräfte aufnehmen. Dadurch werden die Lager entweder in O- oder in X-Anordnung verbaut. Das verhindert eine axiale Verschiebung bei Erwärmung oder Abkühlung

Abdichtungsarten

Die meisten Wälzlager können auch abgedichtet bestellt werden, wonach die Abdichtung nach dem Prinzip des Wellendichtringes erfolgt. Dabei ist eine Vielzahl herstellerspezifischer Dichtungsbezeichnungen möglich:

Verwendete Werkstoffe zur Lagerherstellung

Das am häufigsten zur Fertigung von Wälzlagern verwendete Material ist Chromstahl, der sehr hart, aber leicht rostend ist und in der Stahlsorte 100Cr6 (Werkstoff-Nr. 1.3505), ein Stahl mit einem Gehalt von ca. 1 % Kohlenstoff und 1,5 % Chrom, verwendet wird. Es finden aber auch noch weitere Stähle wie zum Beispiel zum Beispiel 100CrMnSi6-4 und 100CrMo7 ihre Anwendung, wobei die Legierungselemente Mangan (Mn) und Molybdän (Mo) einer besseren Durchhärtbarkeit dienen. Kommt das Lager in einer korrosiven Umgebung zum Einsatz (z.B. im Schiffsbau oder bei Offshore-Windkraftanlagen) dann greift man auf die hochlegierten Stähle X65Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.4037) und X30CrMoN15-1 (Werkstoff-Nr. 1.4108) zurück, wobei letzterer sogar für einige Tage im menschlichen Körper eingesetzt werden kann. Der Nachteil härtbarer Stähle liegt darin, dass sie nie vollkommen korrosionsfrei sind, sondern dass sie nur für einen gewissen Zeitraum als korrosionsbeständig gelten können. Diese Wälzlager werden in folgenden Ausführungen für besondere Betriebsbedingungen zum Einsatz kommen:

Wälzlagerlebensdauer

Auf die Lebensdauer eines Wälzlagers haben viele Faktoren einen großen Einfluss. Dabei können einige Einflussgrößen, wie etwa Lagerbelastung oder Oberflächengüte der Komponenten, direkt gemessen oder auch berechnet werden. Hingegen gibt es auch andere Einflussfaktoren, wie die Verschmutzung oder der genaue Schmierzustand, die sich numerisch nicht bestimmen lassen. Für die Berechnungen bieten viele Hersteller einfach zu bedienende Tools an.

Die Bandbreite der Lagerlebensdauer ist gewaltig: Sie reicht von wenigen hundert Stunden, zum Beispiel für Haushaltsgeräte oder medizinisch-technische Geräte, bis hin zu zirka 100.000 Stunden für Lauflager von Hochseeschiffen, Grubenpumpen und -gebläsen und Papiermaschinen. Somit können die Langläufer unter den Lagern bis zu drei Milliarden Umdrehungen und mehr überstehen.

Ob am Ende wirklich die theoretisch mögliche Lebensdauer auch erreicht werden kann, hängt ebenfalls von vielen Einflussfaktoren ab. Vermieden werden sollten neben hohen Lagerbelastungen auch unbedingt schmutzige Einsatzbedingungen, hohe Betriebstemperaturen oder das Eindringen von Wasser ins Lager. Auch stoßförmige Belastungsänderungen, wie sie z. B. in Radlagern beim Pkw auftreten können, sollten unbedingt vermieden werden, da die dabei wirkenden Kräfte zu einer kurzzeitigen Überlastung des Lagers führen können, was sich negativ auf die Lagerqualität sowie auf die angegebene Lebensdauer des Lagers auswirkt. Die Hersteller schmieren Wälzlager einmalig, was dann für die gesamte Lebensdauer reichen soll.

Lagereinheiten

Für eine besonders einfache Art der Wellenlagerung werden hauptsächlich im Sondermaschinenbau sowie in landwirtschaftlichen Maschinen die Lagereinheiten eingesetzt. Sie stellen eine Kombination aus einem Radial-Rillenkugellager mit balligem (kugelförmigem) Außenring und einem Lagergehäuse dar. Zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern kann das Lagergehäuse um einige Winkelgrade verstellt werden. Je nach Einsatzzweck sind die Gehäuse der Lager aus Grauguss, Leichtmetallguss, Kunststoff oder Stahlblech gefertigt. Somit lassen sie sich sehr einfach am Maschinenträger befestigen.

Zu den am meisten verwendeten Gehäuseformen zählen:

Gleitlager

Wie Wälzlager, sollen auch Gleitlager zwei zueinander bewegliche Teile abstützen oder führen, wobei die auftretenden Kräfte aufgenommen und übertragen werden müssen. Der Hauptunterschied zwischen beiden Lagerformen besteht in der Art der Lagerungselemente. Beim Gleitlager liegen die sich gegeneinander bewegenden Teile direkt aneinander an oder sind lediglich durch einen Schmierfilm voneinander getrennt. Im Unterschied dazu befinden sich im Wälzlager zwischen den beiden beweglichen Teilen sogenannte Wälzkörper, meist in einem Käfig gekapselte Kugeln oder Rollen. Beim Gleitlager gleitet die Welle in der Lagerbuchse. Zur Minimierung der großen Reibungskräfte wird ein Schmierfilm zwischen Welle und Lagerbuchse eingebracht. Bei der Schmierung wird entweder Graphit eingesetzt, wobei das Lager in ein sich erwärmendes Ölbad gelegt wird. Die zweite Schmiermöglichkeit sind Nuten, die in das Gleitlager gefräst sind, in denen sich das Öl sammelt und von wo aus der Schmierstoff die Welle schmiert.

Gleitlager können als Radiallager, Axiallager, Streifen, Halbschalen und in vielen weiteren Bauformen ausgeführt sein. Vorteile dieser Lagerart sind der geräuscharme Lauf, die Aufnahme von hohen Belastungen bei verhältnismäßig langsamen Dreh- und Schwenkbewegungen und bei sehr hohen sowie sehr tiefen Temperaturen. Zudem können sie verwendet werden, wenn nur ein begrenzter Einbauraum genutzt werden kann. All die vielfältigen spezifischen Eigenschaften führen dazu, dass die Verwendung von Gleitlagern in nahezu allen Industriebereichen heutzutage rege genutzt wird.