Wälzlager

Geschichte des Wälzlagers

Die Geschichte des Wälzlagers reicht über 2700 Jahre zurück. Bei Ausgrabungen eines keltischen Streitwagens wurden kleine zylinderförmige Buchenholzstücke in der Nähe der Radnaben gefunden. Forscher schließen daraus, dass die Kelten bereits gegen 700 v. Chr. das Zylinderrollenlager kannten. Auch im römischen Reich, gegen Ende der Republik, wurden Kugellager in Hebezeugen verwendet.

Im Zuge der Industrialisierung entstand der Bedarf nach einer Lagerung, die sich bei niedriger Drehzahl besser verhielt als Gleitlagerss. Das Gleitlager verschleißt bei niedriger Drehzahl und/oder bei unzureichender Schmierung sehr schnell. In alten Dampflok etwa wurden die Radlager ständig neu gegossen.

1490 „erfand“ Leonardo da Vinci das erste Kugellager.
1794 erhielt der Engländer Philip Vaughan das erste Patent für Achsen, hier kann man die ersten Rillenkugellager finden.
1869 erhielt SURIRAY ein Patent für Kugellager am Fahrrad.
1883 baute Friedrich Fischer ('Kugelfischer') in Schweinfurt die erste Kugelschleifmaschine. Wilhelm Höpflinger entwickelte die Kugelschleifmaschine entscheidend weiter.
1890-1910 Kugellagerpatente von Friedrich Fischer, Wilhelm Höpflinger, Ernst Sachs, August Riebe
1898 meldete Henry Timken in den USA ein Patent für das Kegelrollenlager an. Heute Timken Company.
1898-1901 Die Grundlagen der Wälzkörpertechnik wurden von der Technischen Versuchsanstalt Potsdam-Neubabelsberg unter der Leitung von Prof. Stribeck erstmals wissenschaftlich untersucht.
1907 Sven Wingqvist erfand das Pendelkugellager und gründete in Göteborg die Firma Svenska Kullagerfabriken - SKF
1934 Erich Franke erfand das Drahtwälzlager nach dem Prinzip der eingelegten Laufdrähte.

Im Laufe der Zeit kamen zahlreiche weitere Varianten hinzu. Insbesondere entwickelte sich die Fertigungsgenauigkeit und die Schmierstoffentwicklung weiter. Heute werden Lager mit integrierten Sensoren wie elektronischer Kraft- und Verschleißermittlung angeboten.

Geschichte der deutschen Wälzlagerindustrie

1883 baute Friedrich Fischer ('Kugelfischer') in Schweinfurt die erste Kugelschleifmaschine und legte damit den Grundstein für die industrielle Fertigung von runden Stahlkugeln. Sein Mitarbeiter Wilhelm Höpflinger entwickelte die Kugelschleifmaschine entscheidend weiter. Höpflinger machte sich 1890 selbständig und gründete gemeinsam mit Engelbert Fries das Unternehmen Fries & Höpflinger. Die drei Unternehmen Kugelfischer, Fries & Höpflinger; und Fichtel & Sachs; begründeten die Stellung Schweinfurts als Zentrum der deutschen Wälzlagerindustrie.
Um 1910: Weitere deutsche Wälzlagerproduzenten waren die Deutsche Waffen- und Munitionsfabriken AG Berlin-Karlsruhe (DWF), die Maschinenfabrik Rheinland (Düsseldorf), die Riebe-Werke (Berlin), die Deutsche Kugellagerfabrik (DKF, Leipzig), Fritz Hollmann (Wetzlar), G. u. J. Jäger (Wuppertal).
1912 SKF beteiligte sich an der von Albert Hirth gegründeten Norma-Compagnie in Stuttgart-Cannstatt.
1929 Unter dem Druck von SKF schlossen sich sechs deutsche Wälzlagerproduzenten (Wälzlagerabteilung von Fichtel & Sachs;, Wälzlagerabteilung von Berlin-Karlsruher Industriewerke (DWF), Fries & Höpflinger, Maschinenfabrik Rheinland, Riebe-Werke und SKF-Norma) unter schwedischer Führung zu den Vereinigten Kugellagerfabriken AG (VKF), Schweinfurt, zusammen. Als einziger deutscher Wälzlagerhersteller von Rang blieb FAG Kugelfischer von Georg Schäfer selbständig. Die beiden Schweinfurter Firmen VKF und FAG Kugelfischer waren für die nächsten Jahrzehnte die dominierenden deutschen Wälzlagerhersteller.
1946 Georg und Wilhelm Schaeffler gründeten in Herzogenaurach die Firma INA-Nadellager.
1949 gründeten Erich Franke und Gerhard Heydrich die Firma Franke & Heydrich KG - inzwischen Franke GmbH - in Aalen. Erich Franke erfand 1934 das Drahtwälzlager nach dem Prinzip der eingelegten Laufdrähte.
1953 Umbenennung der Vereinigten Kugellagerfabriken AG in SKF Deutschland, GmbH mit Sitz in Schweinfurt.
2001 Im Rahmen einer feindlichen Übernahme wird FAG Kugelfischer, das 1993 in eine existenzell gefährliche Schieflage geraten war, von INA-Schaeffler übernommen.

Wälzkörper und Wälzkörperkäfig

Die umgangssprachlich bekannten Kugellager sind eine Untergruppe der Wälzlager, bei denen Kugeln als Wälzkörper dienen.

Bei modernen Wälzlagern werden die Wälzkörper (Kugeln, Zylinder, Nadeln, Tonnen oder Kegel) durch einen Käfig in gleichem Abstand gehalten. Ältere Wälzlagertypen und Sonderausführungen kommen ohne Käfig aus. Vor allem Wälzlager in Steuerungssystemen von Flugzeugen haben keinen Käfig. Dadurch können mehr Wälzkörper pro Lager eingesetzt werden, was die Belastbarkeit deutlich erhöht. Jedoch eignen sie sich nicht für Drehzahlen größer als ca. 300 Umdrehungen pro Minute.

Käfigwerkstoff war früher Messing, wegen der erhöhten Laufruhe. Heute wird der Käfig aus Kosten- und Gewichtsgründen oft aus Kunststoff (Polyamid) gefertigt. Messingkäfige gibt es weiterhin für Sonderanwendungen. Bei vielen Wälzlagertypen wird der Käfig aus niederlegierten, nicht gehärteten Stahl verwendet.

Lagerwerkstoffe

Üblicherweise werden Wälzlager aus Chromstahl gefertigt, sehr hart, aber leicht rostend, in der Stahlsorte 100Cr6 (Werkstoff-Nr. 1.3505), ein Stahl mit einem Gehalt von ca. 1% Kohlenstoff und 1,5% Chrom. Für Anwendungen in korrosiver Umgebung werden auch die Stähle X65Cr13 (Werkstoff-Nr. 1.4037) und X30CrMoN15-1 (Werkstoff-Nr. 1.4108) verwendet. Letzterer kann, zumindest für einige Tage, auch in lebenden Menschen zum Einsatz kommen. Härtbare Stähle sind nie wirklich „rostfrei“ sondern nur korrosionsbeständig. Für besondere Betriebsbedingungen gibt es Lager aus rostfreiem Stahl, Keramik (in der Regel aus Siliziumnitrid) und Hybridlager, bei denen die Lagerringe aus Stahl, die Wälzkörper jedoch aus Keramik (Siliziumnitrid oder Zirkondioxid) bestehen.

Im Nahrungsmittelbereich sowie der chemischen Industrie werden seit kurzem auch Kugellager aus Glas verwendet.

Für einen besonders geräuscharmen Lauf werden auch häufig Kunststoffe als Werkstoffe für die Wälzkörper verwendet.

Einbau von Wälzlagern

Üblicherweise werden Wälzlager auf Wellenn oder Achsenn montiert.

Bei Sonderbauformen (unter Verzicht auf einen getrennten Innen- und Außenring) können die geschliffenen bzw. gerollten und gehärteten Laufflächen direkt auf die Welle bzw. Achse und/oder in das Lagergehäuse eingepresst und das Wälzlager somit in diese Komponenten integriert werden. Die Lager werden je nach Anordnung bzw. Bauart mit einem Sicherungsring oder einer Sicherungsmutter gegen Verrutschen gesichert. Zum Schutz vor Verschmutzungen werden Lager in ein Lagergehäuse eingebaut. Beim Ausbau der Lager ist darauf zu achten, das passende Werkzeug zu verwenden, z.B. einen Abzieher. Defekte Lager erkennt man häufig durch den austretenden Schmierstoff oder Schwergängigkeit der Lager.

Mehr dazu unter Einbau.

Lebensdauer von Wälzlagern

Die Lagerlebensdauer hängt von zahlreichen Faktoren ab. Einige Einflussgrößen sind mess- oder berechenbar (wie etwa Lagerbelastung oder Oberflächengüte der Komponenten). Andere können nicht numerisch bestimmt werden (Verschmutzung oder genauer Schmierzustand). Einfache Berechnungstools gibt es auf den Seiten der Hersteller (siehe Weblinks).

Mehr dazu unter Lagerauswahl.

Anwendungen

Wälzlager werden bevorzugt in Anwendungsgebieten verwendet, wo Lagerungen bei kleinen Drehzahlen und hohen Lasten reibungsarm arbeiten sollen und wo sich Drehzahlen häufig ändern. Ein weiteres Kriterium kann der geringe Schmierungsbedarf von Wälzlagern sein.

Vorteile Nachteile

kaum Reibung (Anlaufmoment kaum größer als das Betriebsmoment), deshalb geringe Wärmeentwicklung
kein Stick-Slip-Effekt
kaum Schmierstoffverbrauch
kaum Pflege und Wartung
gute Normung und Bemessungsgrundlagen, deswegen gut austauschbar

Bei Stillstand und geringer Drehzahl empfindlich gegen Stöße und Erschütterungen
begrenzte Höchstdrehzahl und Lebensdauer
Verschmutzungsempfindlichkeit
aufwendige Bauweise im Vergleich zu Gleitlagern
höhere Geräuschentwicklung gegenüber Gleitlagern

Besonderheit

In seiner Wirkungsweise noch unerforscht ist der Kugellagermotor.

Wälzlager-Bauformen

Diverse <strong>Wälzlager</strong>: Axialkugellager, Rollenlager und Nadellager in einem Drehmomentwandler

Diverse Wälzlager: Axialkugellager, Rollenlager und Nadellager in einem Drehmomentwandler

Es wird zwischen Radial- und Axiallagern unterschieden. Zur Einordnung in diese beiden Kategorien wird der Druckwinkel $\alpha$ zur Hilfe genommen. Druckwinkel ist der Winkel zwischen der Radialebene und der Drucklinie, wobei die Lage der Drucklinie stark von verwendeten Wälzkörpern und Rollbahnen abhängig ist.

Radiallager: $0^\circ<\alpha<45^\circ$
Axiallager: $45^\circ<\alpha<90^\circ$

Es gibt sechs Grundformen von Wälzlagern:

Kugellager
Zylinderrollenlager
Nadellager
Kegelrollenlager
Tonnenlager
Carblager (SKF)

Kugellager sind die häufigsten verwendeten Wälzlager. Hier gibt es die breiteste Auswahl unterschiedlicher Abmessungen. Da sie kostengünstig sind, sollten sie bevorzugt verwendet werden.

Radiallager

Offenes einreihiges Rillenkugellager

Rillenkugellager (DIN 625)

Der bekannteste Typ ist das Rillenkugellager, es ist dafür ausgelegt, überwiegend radiale Kräfte aufzunehmen. Da die Kugeln eng an den relativ tiefen Laufrillen anliegen, kann dieses Lager auch geringe axiale Kräfte aufnehmen. Eine Faustregel besagt, dass die axiale Belastbarkeit ungefähr 10% der radialen Belastbarkeit beträgt. Laut SKF-Katalog 2005 soll die axiale Belastung im Allgemeinen den Wert 0,5 C0, bei kleinen und leichten Lagern 0,25 C0 nicht übersteigen. Druckwinkel

\alpha=0^\circ

Rillenkugellager gibt es als Miniaturkugellager bereits ab der Abmessung von 0,6 x 2,5 x 1 mm (d x D x B)

Schrägkugellager (DIN 628)

<strong>Schrägkugellager </strong><BR/>(DIN 628);

Schrägkugellager
(DIN 628);

Einreihig

Das Schrägkugellager kann axiale Kräfte in einer Richtung und radiale Kräfte aufnehmen. Sie werden meist paarweise eingebaut und vorgespannt. Der paarweise Einbau kann in Form von Tandem-, O- oder X-Ausführung erfolgen. Je nach Einbauart verändern sich die axial aufnehmbaren Kräfte. Durch Rollbahnneigung entsteht auch bei rein radialer Belastung eine nicht zu ignorierende (innere) Axialkraft. Druckwinkel

\alpha\approx40^\circ

Zweireihig

Das zweireihige Schrägkugellager entspricht 2 einreihigen Schrägkugellagern in O-Anordnung. Es ist radial und axial in beide Richtungen hoch belastbar. Druckwinkel

\alpha\approx25^\circ

Vierpunktlager (DIN 628)

Dieses Wälzlager ist eine Sonderform des Schrägkugellagers mit einem Druckwinkel von

\alpha\approx35^\circ

. Es gibt 4 Berührpunkte der Wälzkörper mit den Laufbahnen. Durch den geteilten Innenring oder Aussenring können mehr Kugeln bei einer geringeren Abmessung verwendet werden. Aus diesem Grund erhöhen sich sowohl die aufnehmbaren axialen als auch radialen Kräfte in beide Richtungen.

Schulterkugellager (DIN 625)

Das Schulterkugellager ist eine spezielle und zerlegbare Form des Rillenkugellagers. Es hat nur eine geringe Tragfähigkeit in radialer und in einseitig axialer Richtung und wird für Geräte mit geringen Belastungen verwendet, wie zum Beispiel Messgeräte und Haushaltsgeräte. Es ist meist zerlegbar. Druckwinkel

\alpha\approx0^\circ

Pendelkugellager (DIN 630)

Das Pendelkugellager besitzt zwei Kugelreihen. Die Rollenlaufbahn des Außenrings hat eine Hohlkugelform. Innenring, Käfig und Kugeln lassen sich um wenige Winkelgrade aus der Mittelstellung schwenken. So können Fluchtfehler oder Durchbiegungen der Welle durch das Pendellager ausgeglichen werden. Die Belastung kann sowohl axial als auch radial in beide Richtungen erfolgen.

Zylinderrollenlager (DIN 5412)

<strong>Zylinderrollenlager</strong> <BR/>(DIN 5412);

Zylinderrollenlager
(DIN 5412);

Das Zylinderrollenlager hat eine große radiale Tragfähigkeit, allerdings ist es in axialer Richtung nicht bzw. nur sehr wenig belastbar. Wälzkörper von Zylinderrollenlagern sind Kreiszylinder. Sie werden in unterschiedlichen Bauformen gefertigt. Abhängig von der Bauform können sie ausschließlich radiale, oder radiale und axiale Kräfte aufnehmen. Diese unterscheiden sich durch Anordnung der „Borde“ am Innen- und Außenring. Bei fehlenden Borden kann der Innenring abgezogen werden, bei der Variante NU sogar von beiden Seiten. Daher eignen sich Zylinderrollenlager für Fest-/Loslagerungen, denn Axialverschiebungen sind in gewissen Grenzen möglich.

Standard-Bauformen einreihiger Zylinderrollenlager:

NU: 2 feste Borde am Außenring, kein Bord am Innenring
N: kein Bord am Außenring, 2 Borde am Innenring
NJ: 2 Borde am Außenring, 1 Bord am Innenring
NUP: 2 Borde am Außenring, 1 Bord am Innenring + 1 lose Bordscheibe am Innenring

Kegelrollenlager (DIN 720)

Dieses Lager ist sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sehr hoch belastbar und wird in der Regel paarweise eingebaut. Die Rollkörper haben die Form eines Kegelstumpfes, außerdem sind sie etwas gegen die Wellenachse geneigt. Diese Art von Lagern kann sowohl radiale als auch größere axiale Belastung aufnehmen, z.B. Radlager von Kraftfahrzeugen. Sie besitzen den Vorteil, dass man das Spiel einstellen kann. Die Kegelachsen von Innenring, Außenring und Kegelrollen treffen sich in einem Punkt auf der Drehachse, denn nur dann können die Kegelrollen ohne Schlupf abrollen. Kegelrollenlager können in 'O' oder 'X' einbauweise eingebaut werden. 'O' Lagerung wird mit Vorspannung, 'X' Lagerung spielfrei eingestellt

Tonnen- und Pendelrollenlager (DIN 635)

Tonnenrollenlager

Diese Ausführung eines Wälzlagers ist für hohe stoßartige Radialkräfte ausgelegt, allerdings in Axialrichtung nur gering belastbar. Es eignet sich gut zum Ausgleichen von Fluchtfehlern. Diese sind winkeleinstellbar (bis zu 4° aus der Mittellage), da der Außenring eine kugelförmige Lauffläche hat. Die Rollkörper, die sogenannten Tonnenrollen, sind fassförmig. Tonnenlager sind einreihig, d.h. sie besitzen eine Reihe von Tonnenrollen in einem Käfig.

Pendelrollenlager

Das Pendelrollenlager hält axialen und radialen Belastungen stand und eignet sich gut um Fluchtfehler auszugleichen. Pendelrollenlager sind, wie die Tonnenlager, winkeleinstellbar (bis zu 2° bei geringer Belastung, sonst bis 0,5°), jedoch zweireihig. Sie sind für schwerste Belastungen geeignet, weisen also hohe Tragzahlen auf.

Nadellager

Die kreiszylindrischen Wälzkörper haben eine große Länge im Verhältnis zum Wälzkörperdurchmesser. Dadurch haben sie eine sehr geringe Baugröße und werden daher häufig in Getrieben verwendet. Gerade bei Nadellagern wird häufig auf einen Innenring verzichtet.

Ein Nadellager ohne Innenring bezeichnet man als Nadelhülse, ist der Außenring aus tiefgezogenen, gehärtetem Stahlblech einseitig geschlossen, bezeichnet man dies als Nadelbüchse. Für besonders platzsparende Lagerungen wird auch auf den Außenring verzichtet und nur ein Nadelkäfig eingesetzt. Neben Radial-Nadellagern werden ebenfalls Axiallager gefertigt, wobei hier Schlupf zwischen Wälzkörpern und Anlaufscheiben in Kauf genommen wird.

Axiallager („Drucklager“)

Axial-Rillenkugellager

Beim Axial-Rillenkugellager laufen die Kugeln zwischen zwei oder drei Scheiben, abhängig davon, ob die Axialkraft in beiden Richtungen auftritt oder nur in einer. Bei beidseitiger Krafteinwirkung wird die mittlere Scheibe auf der Welle festgehalten, die beiden äußeren im Gehäuse. Diese Lager können ausschließlich Axialkräfte aufnehmen.

Axial-Zylinderrollenlager

Dieser Lagertyp ist aufgebaut aus einer Wellenscheibe, einer Gehäusescheibe und einer Einheit mit zylindrischen Rollen und Käfig. Er eignet sich besonders bei schweren Axiallasten.

Lagerauswahl

Bemessung

Werte, die notwendig sind, ein Lager zu bemessen, sind:

Radialkraft
Axialkraft
Drehzahl oder
Geschwindigkeit
Belastungsrichtung
Durchbiegung und Schiefstellung der Welle oder Achse
Tragzahl statisch, dynamisch (insb. bei Linearlagern)
Umgebungswerte, wie
- Temperatur
- Staubwerte
- Schwingungen

Lebensdauer (DIN ISO 281 Teil 2)

Input-Variablen:

C

= Dynamische Tragzahl in kN (= Kilonewton. Tragzahl für gegebenes Lager aus Lagertabelle der Hersteller entnehmen)

P

= Dynamische äquivalente Belastung in kN (muss zuerst berechnet werden, siehe nächster Absatz)

p

= 3 (für Kugellager),

p

=10/3 (für alle anderen Lager)

n

= Drehzahl in 1/min (Umdrehungen pro Minute)

Ergebnisse:

L_{10}=\left({C\over P}\right)^{p}

Lebensdauer in Millionen Umdrehungen bei 10% Ausfallwahrscheinlichkeit

$L_{10h}=\frac{10^6}{60 \cdot n} \cdot L_{10}=\left({16666 \over n}\right) \cdot \left({C\over P}\right)^{p}$ Lebensdauer in Stunden bei 10% Ausfallwahrscheinlichkeit

Die Lebensdauer für andere Ausfallwahrscheinlichkeiten wird durch Multiplikation von $L_
{10}$ mit einem Faktor berechnet:

$L_{5}=0,62 \cdot L_{10}$ in Millionen Umdrehungen bei 5% Ausfallwahrscheinlichkeit
$L_{4}=0,53 \cdot L_{10}$ in Millionen Umdrehungen bei 4% Ausfallwahrscheinlichkeit
$L_{3}=0,44 \cdot L_{10}$ in Millionen Umdrehungen bei 3% Ausfallwahrscheinlichkeit
$L_{2}=0,33 \cdot L_{10}$ in Millionen Umdrehungen bei 2% Ausfallwahrscheinlichkeit
$L_{1}=0,21 \cdot L_{10}$ in Millionen Umdrehungen bei 1% Ausfallwahrscheinlichkeit

Der Inputwert Dynamische äquivalente Belastung lässt sich errechnen mit:

$P=X \cdot F_{r} + Y \cdot F_{a}$

Input-Variablen:

X,Y

= Anpassungsfaktoren, aus einem Lagerkatalog zu entnehmen

F_{r}

= Radialkraft am Lager, in kN

F_{a}

= Axialkraft am Lager, in kN

Ergebnis:

P

= Dynamische äquivalente Belastung in kN

Berechnungsbeispiel:

An einer Lagerstelle nimmt die Welle 12 kN Radialkraft auf. Die Welle dreht sich im Betrieb mit 6000 U/min. Als Teil einer Fest/Los-Lagerung soll dieses Lager als das Loslager axial verschieblich sein, also keine Axialkräfte aufnehmen. Dieses Lager soll ein Zylinderrollenlager sein. Es soll mindestens 10.000 Stunden Lebensdauer erreichen.

Um ein Lager auszuwählen, welches diese Last tragen kann, muss man zuerst die Dynamische Tragzahl bestimmen. Dazu berechnet man zuerst die Dynamische äquivalente Belastung.

Für die Lagerbauart ''Zylinderrollenlager' finden sich im Lagerkatalog die Werte

$X=1$ und $Y=0$

Mit anderen Worten:

$P=F_{r}$ (Zylinderollenlager nehmen keine Axialkräfte auf)

In die Formel für $L_{10h}$ setzen wir nun die geforderte Betriebszeit von 10.000 Stunden, die Umdrehungszahl und unser ermitteltes $P$ ein. Diese Formel muss dann nur noch nach $C$ umgeformt werden, um die Dynamische Tragzahl zu erhalten. Mit dieser lässt sich im Lagerkatalog dann ein geeignetes Lager mit passendem Wellendurchmesser finden.

Zur Abschätzung der Belastung der Lager können folgende Richtwerte herangezogen werden:

$\frac{C}{P}>15$ niedrige Belastung

$\frac{C}{P}<15$ mittlere Belastung

$\frac{C}{P}<6$ hohe Belastung

$\frac{C}{P}<3$ sehr hohe Belastung des Lagers

Bei der Auslegung des Lagers sollten unbedingt, selbst bei niedrigen Drehzahlen, sehr hohe Belastungen vermieden werden. Ebenso sollten niedrige Belastungen vermieden werden, da dann kein Rollen der Wälzkörper sondern Gleiten stattfindet. Gleitreibung muss unbedingt vermieden werden, denn sie sorgt für starken Verschleiß und verkürzte Lebensdauer.

Bezeichnungsschema

Wälzlager werden fast nur nach Tabellenbüchern oder Online-Katalogen ausgewählt.

Die Bezeichnungen bestehen aus Kombinationen von Buchstaben und Zahlen, die nach einem logischen, in DIN 623 genormten Prinzip aufgebaut sind. So können Lager der gleichen Bezeichnung unabhängig vom Hersteller eingesetzt werden.

Das Bezeichnungsschema umfasst Vorsetzzeichen, Basiskennzeichen und Nachsetzzeichen. Ein S608 2RS ist so aufgeschlüsselt: ein Edelstahllager (Vorsatz „S“), mit den Hauptabmessungen 8 x 22 x 7 mm (Basiskennzeichen „608“), das beidseitig abgedichtet ist (Nachsatz „2RS“).

Lagerabmessungen

Wälzlager sind sowohl in den Abmessungen (Bohrung, Außendurchmesser, Breite), als auch in den Belastbarkeiten weitgehend genormt.

Außerdem gibt es diese Lager auch in fertigen Lagerböcken (siehe Lagereinheiten, Gehäuselager), die ggf. schwenkbar sind oder Gummipuffer zur Stoßdämpfung haben.

Manche Bauformen werden auch mit Dichtscheiben und Dauerschmierung oder Abdeckscheiben geliefert (Nachsetzzeichen 2RS bzw. je nach Hersteller 2Z oder ZZ), so dass die Laufflächen vor Schmutz oder Staub geschützt sind.

Eine einfache Zuordnung der Lagerbezeichnung zu den Hauptabmessungen: Wellendurchmesser (d) und Außenring-Durchmesser (D) können für Lager mit einem Wellendurchmesser von 10 bis 80 mm aus folgender Tabelle entnommen werden. Einige Lagerbauarten werden zusätzlich in unterschiedlichen Breiten gebaut und sind daher in Lagerkatalogen (s. Weblink) nachzuschlagen.

Die Bezeichnung der unterschiedlichen Lagertypen lässt sich wie folgt bestimmen (wobei „xxx“ aus der Tabelle zu entnehmen ist): Hierzu identifiziert man zuerst die Lagerbauform und dann den Innenring-Innendurchmesser, sowie den Außenring-Außendurchmesser. Wälzlager werden also über gleich zwei Nenndurchmesser definiert.

Jetzt folgt man in der Tabelle der Innendurchmesser-Spalte nach unten und der Außendurchmesserspalte nach rechts bis zum Schnittpunkt. Mit der hier stehenden Ziffer ergänzt man die Typenbezeichnung.

Beispiel: Ein einreihiges Rillenkugellager, Typenbezeichnung beginnt also mit 6, hat d = 25 mm und D = 52 mm, im Schnittpunkt befindet sich die Ziffer 205. Das passende Ersatzlager ist also ein Typ 6205 mit möglicherweise noch Nachsetzzeichen für Deck- oder Dichtscheiben.

Gängige Wälzlagerserien

Sondertypen bzw. seltene Wälzlagerungen nicht angeführt

1xx = Pendelkugellager, zweireihig (108, 126 bis 129 und 135)
6xx = Rillenkugellager, einreihig (603 bis 609 und 617 bis 630)
7xx = Schrägkugellager, einreihig (706 und 709xx)
1xxx = Pendelkugellager, zweireihig, schmale Bauform (12xx bis 14xx)
2xxx = Pendelkugellager, zweireihig, breite Bauform (22xx und 23xx)
3xxx = Schrägkugellager, zweireihig (30xx, 32xx und 33xx, 38xx und 39xx)
4xxx = Rillenkugellager, zweireihig (42xx und 43xx)
5xxx = Zylinderrollenlager (siehe Nxxx und NNxxxx)
6xxx = Rillenkugellager, einreihig (60xx bis 64xx)
7xxx = Schrägkugellager, einreihig (70xx, 72xx bis 74xx)
11xxx = Pendelkugellager mit breitem Innenring (112xx und 113xx)
16xxx = Rillenkugellager, einreihig, schmal (160xx und 161xx)
2xxxx = Pendelrollenlager, zweireihig (222xx, 223xx, 223xx, 230xx bis 233xx, 238xx bis 241xx)
20xxx = Tonnenlager = einreihiges Pendelrollenlager (202xx bis 204xx)
29xxx = Axial-Pendelrollenlager (292xx - 294xx)
3xxxx = Kegelrollenlager (302xx, 303xx, 313xx, 320xx, 322xx, 323xx, 329xx bis 332xx)
51xxx = Axial-Rillenkugellager, einseitig wirkend (511xx bis 514xx)
52xxx = Axial-Rillenkugellager, zweiseitig wirkend (522xx bis 524xx) 542xx bis 544xx)
53xxx = Axial-Rillenkugellager, einseitig wirkend mit kugeliger Gehäusescheibe (532xx bis 534xx)
54xxx = Axial-Rillenkugellager, zweiseitig wirkend mit kugeliger Gehäusescheibe (542xx bis 544xx)
6xxxx = Rillenkugellager, einreihig (617xx bis 619xx, 622xx und 623xx, 630xx, 632xx bis 633xx 638xx)
7xxxx = Schrägkugellager, einreihig (718xx und 719xx)
81xxx = Axial-Zylinderrollenlager einreihig (811xx bis 812xx)
89xxx = Axial-Zylinderrollenlager einreihig (893xx bis 894xx)
234xxx = Axial-Schrägkugellager, zweiseitig wirkend (2344xx und 2347xx)
76xxxxx = Axial-Schrägkugellager, einseitig wirkend (7602xxx und 7603xxx)
Nxxx = Zylinderrollenlager einreihig (NU, NJ, NUP - s. unten, RNU, NUB, NUC, NJP, NH, NUJ, RN, N, NF, NP, NCF; NJF)
NNxx = Zylinderrollenlager zweireihig (NN, NNU, NNC, NNCF, NNCL, NNF)
Qxxx(x) = 4-Punkt-Lager = Schrägkugellager mit geteiltem Aussenring (Q2xx, Q3xx, Q10xx und Q12xx)
QJxxx(x) = 4-Punkt-Lager = Schrägkugellager mit geteiltem Innenring,(QJ2xx, QJ3xx, QJ10xx und QJ12xx)

Quelle: Sames Bearings Import Export

Hiermit lässt sich jedes noch so verrostete Lager auf einfache Weise identifizieren.

Kombinationstabelle Innen- und Außendurchmesser

d 10 12 15 17 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
D xxx
26 000
28 001
30 200
32 201 002
35 300 202 003
37 301
40 203
42 302 004
47 303 204 005
52 304 205
55 006
62 403 305 206 007
68 008
72 404 306 207
75 009
80 405 307 208 010
85 209
90 406 308 210 011
95 012
100 407 309 211 013
110 408 310 212 014
115 015
120 409 311 213
125 214 016
130 410 312 215
140 411 216
150 412 313 314
160 215
170 413 316

Abdichtung

Viele Wälzlager sind als abgedichtete Ausführung erhältlich. Die Abdichtung erfolgt auf dem Prinzip des Simmerrings. Folgende Dichtungen sind üblich:

Z = einseitige Blechdeckscheibe mit Spaltdichtung
ZZ = wie oben, beidseitig
RS = einseitige, schleifende Gummidichtung
2RS = wie oben, beidseitig
RZ = einseitige, berührungslose Gummidichtung
2RZ = wie oben, beidseitig

Axialluft

Axialluft wird wie folgt beschrieben: Axialluft ist das Maß bei nicht eingebauten Lagern, um das sich die Lagerringe in axialer Richtung von einer Endlage in die andere bis zur spannungsfreien Anlage gegeneinander verschieben lassen. Dabei werden die Lager gedreht. In der Praxis werden die Lager einzeln vermessen. Es wird der Abstand zwischen den beiden Stirnseiten (Innen- und Außenring) gemessen. Zueinander addiert ergibt die Zwischenringbreite, bzw. wie viel von dem entsprechenden Ringen (auch Innen- oder Außenlagerring) abgeschliffen werden muss. Im Betrieb sollte die Lagerung unter Null Axialluft bzw. mit leichter Vorspannung laufen. Dadurch verteilen sich die äußeren Kräfte auf mehr, bzw. alle Wälzelemente.

Einbau

Befestigung

Je nachdem, ob es sich um ein Festlager oder ein Loslager handelt, werden Außenring und Innenring mit dem Gehäuse, bzw. mit der Welle fest verbunden.

Die einfachste Art ist, beide Ringe ein- bzw. aufzupressen. Dazu müssen Welle und Gehäuse eine bestimmte Maßtoleranz aufweisen.

Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass der Ring, der rotiert (Außen oder Innen) in einem Festsitz und der Ring, der steht, in einem Lossitz ausgeführt wird. Wirken auf das Lager Stöße, werden beide Ringe in Festsitzen ausgeführt. Der Schnittpunkt liegt zwischen (De-)Montierbarkeit und des nicht drehens des Ringes.

Auf der Welle kann der Innenring aber zwischen einem Anlaufbund (Schulter) und einer Spannschraube oder einer Mutter eingespannt sein oder mit einer Spannhülse gepresst werden.

Es gibt das Verfahren des „Aufschrumpfens“. Hierbei wird das Lager auf hohe Temperatur gebracht (z.B. mit einem Induktionsgerät). Durch das Erhitzen dehnt sich das gesamte Lager aus, das erhitzte Lager wird über die kalte Welle geschoben. Wenn das Lager abkühlt, zieht es sich wieder zusammen und sitzt extrem fest auf der Welle. Bitte Temperaturgrenzen beachten.

Im Gehäuse wird meist der Außenring mit dem Deckel gegen einen Anlaufbund (Schulter) gepresst oder mit einem Seegerring gehalten. Bei Loslagern gewährt man dem Außenring ein gewisses Längsspiel, der Ring muss aber so eingepresst sein, dass er sich nicht mitdreht.

Sonderfälle

Bei Präzisionslagerungen haben sich auch Klebeverbindungen bewährt. Dabei werden anaerobe Klebstoffe mit Klebespalten von 0,0004 bis 0,001 x Durchmesser der Welle bzw. der Gehäusebohrung verwendet. Die Temperaturgrenzen liegen zwischen ca. -20°C und +100°C. Wichtig ist genaue Klebstoffdosierung, überdosierter Klebstoff kann in die Lager gelangen und dann dreht sich nichts mehr.

Lageranordnungen

Bei der Anordnung von Wälzlagern auf z. B. einer Welle oder Achse wird die Anordnung der Lager unterschieden in Fest-Los-Lagerung und Trag-Stütz-Lagerung. Die Trag-Stütz-Lagerung wird wiederum in schwimmende Lagerung und angestellte Lagerung unterschieden.

Es ist unbedingt notwendig, dass eine der genannten Lageranordnungen gewählt wird, da sich das zu lagernde Element (z. B. Welle, Achse, ...) aufgrund von Erwärmung ausdehnt und diese Ausdehnung kompensiert werden muss. Des Weiteren können die bei der Fertigung entstandenen und unvermeidbaren Maßabweichungen aufgefangen werden.

Fest-Los-Lagerung

Bei dieser klassischen Art der Lagerung ist das Festlager so auf dem zu lagernden Element montiert, dass es sich nicht in axialer Richtung verschieben kann. Das Festlager nimmt also sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte auf. Wie groß die maximal aufnehmbare Axialkraft sein kann, hängt von der Ausführung dieses Lagers ab.

Das Loslager kann im Gegensatz zum Festlager in axialer Richtung wandern. Es können also keinerlei Axialkräfte von dem Loslager kompensiert werden.

Trag-Stütz-Lagerung

Bei dieser Art der Lagerung teilt sich die Axialkraft auf beide Lager auf. Jedes der beiden Lager kann axiale Kräfte in eine Richtung aufnehmen, so dass beide Lager zusammen alle axialen Kräfte auffangen können.

Lagereinheiten

Lagereinheiten bilden eine besonders einfache Möglichkeit für die Lagerung von Wellen. Sie werden hauptsächlich im Sondermaschinenbau und in landwirtschaftlichen Maschinen eingesetzt. Sie bestehen aus einem Radial-Rillenkugellager mit balligem (kugelförmigem) Außenring und einem Lagergehäuse.

In dem Gehäuse kann das Lager um einige Winkelgrade verstellt werden, um Fluchtungsfehler auszugleichen. Die Lagergehäuse werden je nach Einsatzzweck aus Grauguss, Leichtmetallguss, Kunststoff oder Stahlblech gefertigt und können sehr einfach am Maschinenträger befestigt werden.

Gängige Gehäuseformen sind:

UCP = Stehlager,
UCF = Quadratische Flanschlager, 4 Befestigungslöcher,
UCFL = Flanschlager, 2 Befestigungslöcher,
UCT = Spannlager.

darüber hinaus sind weitere Bauformen verfügbar, wie z. B. spannbare Flanschlager usw.

Die Befestigung der Welle erfolgt entweder mit Gewindestiften in einem einseitig verlängertem Innenring oder mit Hilfe eines Klemmrings. Hierzu hat der Innenring der Lagereinheit und der Klemmring jeweils eine exzentrisch-kegelige Eindrehung.

Wälzlagerhersteller

Weblinks

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Wälzlagerberechnung mit Java Applet