Wälzlager

Wälzlager sind Lager, bei denen zwei zueinander bewegliche Teile, also im üblichen Fall Welle oder Achse und Gehäuse, durch rollende Körper getrennt sind. Das bedeutet, dass hauptsächlich Rollreibung auftritt.

Bei Wälzlagern werden die Wälzkörper (Kugeln, Rollen, Nadeln) mit einem Käfig in einem gleichen Abstand zueinander gehalten. Die Wälzkörper rollen auf gehärteten Stahlflächen im Innen- und Außenring. Dadurch haben die Lager nur eine geringe Rollreibung. Es gibt jedoch auch Sonderausführungen ohne Käfig.

Standardmäßig werden Wälzlager aus Chromstahl gefertigt; der übliche Wälzlagerstahl ist die Stahlsorte 100Cr 6 (Werkstoff-Nr. 1. 3505), ein Stahl mit einem Gehalt von ca. 1% Kohlenstoff und 1,5% Chrom. Für besondere Betriebsbedingungen gibt es Lager aus Nirosta-Stahl, Keramik-Wälzlager (in der Regel aus Siliziumnitrid) und Hybridlager, bei denen die Lagerringe aus Stahl, die Wälzkörper jedoch aus Keramik (Siliziumnitrid oder Zirkondioxid) bestehen. Man benutzt dort die Vorteile Technischer Keramik, die in der prinzipiell höheren Härte, höheren Temperaturbeständigkeit, größeren chemischen Resistenz und geringeren Wärmedehnung im Vergleich zu Stahl bestehen. Keramische Wälzlager werden dort eingesetzt, wo es auf geringes Gewicht, höhere Präzision, hohe Temperaturbeständigkeit, höhere Drehzahl, chemische Resistenz, Trockenlauffähigkeit oder die Möglichkeit der Medienschmierung ankommt. Hybridlager weisen (im Vergleich zu Lagern aus Stahl) besonders hohe Tragzahlen auf und haben die Fahigkeit, auch unter Mangelschmierung zu laufen.

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, die ggf. schwenkbar sind oder Gummipuffer zur Stoßdämpfung haben. Andere Bauformen haben eine Selbstschmierung oder Abdeckscheiben (Variante 2RS oder 2Z), so dass die Laufflächen vor Schmutz oder Staub geschützt sind. Axialluft wird wie folgt beschriben: 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.

Kugellager

Radialkugellager

Kugellager sind die häufigsten verwendeten Wälzlager. Hier gibt es die breiteste Auswahl unterschiedlicher Abmessungen. Der bekannteste Typ ist das Rillenkugellager, das sowohl axiale, als auch radiale Belastungen aufnehmen kann. Eine spezielle Form sind die Schulterlager, die durch eine höhere Schulter noch höhere Axialkräfte aushalten.

Schrägkugellager

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.

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.

Pendelkugellager

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.

Rollenlager

Zylinderrollenlager

Die Wälzkörper von Zylinderrollenlagern sind Kreiszylinder. In der Bauform als Radial-Zylinderrollenlager können sie ausschließlich radiale Kräfte aufnehmen. Sie werden oft als Loslager verwendet.

Standard-Bauformen einreihiger Zylinderrollenlager:

1. NU: 2 Borde am Aussenring, kein Bord am Innenring
2. N: kein Bord am Aussenring, 2 Borde am Innenring
3. NJ: 2 Borde am Aussenring, 1 Bord am Innenring
4. NUP: 2 Borde am Aussenring, 1 Bord am Innenring + 1 Bordscheibe (Innenring)

Borde halten den Innenring. Je nach Ausführung der Borde kann sich der Innenring frei bewegen.

Neben den Radial-Zylinderrollenlagern existieren auch Axial-Zylinderrollenlager. Sie können, bei vergleichsweise geringer Bauhöhe, höhere Axialkräfte aufnehmen als Axial-Rillenkugellager.

Tonnenlager

Diese sind winkeleinstellbar (bis zu 4° aus der Mittellage), da der Außenring eine kugelförmige Lauffläche hat. Die Rollkörper, die sog. Tonnenrollen, sind fassförmig. Tonnenlager sind einreihig, d.h. sie besitzen eine Reihe von Tonnenrollen in einem Käfig.

Pendelrollenlager

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.

Kegelrollenlager

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.Bsp. 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.

Nadellager

Die kreiszylindrischen Wälzkörper haben eine große Länge im Verhältnis zum Wälzkörperdurchmesser. Dadurch haben sie eine sehr geringe Baugröße und werden daher in sehr kleinen Getrieben verwendet.

Bemessung

Wälzlager werden fast nur nach Tabellenbüchern ausgewählt. Sie sind heute soweit maßlich und belastungsmäßig genormt, dass man sie unabhängig vom Hersteller einsetzen kann.

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

• Radialkraft
• Axialkraft
• Drehzahl
• Belastungsrichtung
• Durchbiegung der Welle oder Achse
• Umgebungswerte, wie
  • Temperatur
  • Staubwerte
  • Schwingungen

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.

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

Im Gehäuse wird meist der Außenring mit dem Deckel gegen einen Anlaufbund 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.