Technisches Grundwissen über Wälzlager
Wälzlager ist der Oberbegriff für Kugellager und Rollenlager. Dabei sind die Kugeln oder zylindrischen Rollen die Wälzkörper in den Lagern. Der grundsätzliche Aufbau bei Wälzlagern besteht darin, dass rollende Wälzkörper zwischen einem Außen- und Innenring durch eine rotierende Bewegung das Lager zum Drehen bringen und den Reibungswiederstand verringern. Das einfachste Beispiel um den Sinn eines Wälzlagers zu erklären, ist die Radnabe. Dabei wird das Wälzlager in die Nabe- oder Gehäuse gesetzt, nun wird eine Welle durch den Innenring des Lagers geschoben. Jetzt kann sich das Rad durch die Wälzkörper im Lager, frei drehen.
Wälzlager werden meist aus Chromstahl gefertigt, Wobei die Laufflächen der Innen- und Außenringe, genauso wie die Wälzkörper selber, zusätzlich Oberflächen-gehärtet sind um den Rollwiederstand zu minimieren und die Lebensdauer der einzelnen Komponenten zu erhöhen.
Wälzlager sind in mehrere Bauformen unterteilt:
Rillenkugellager
Das Rillenkugellager nach DIN 625 ist die bekannteste Bauform der Wälzlager. Die Baugrößen der Kugellager beginnen bei den Miniaturlagern oder auch Mikrolager genannt, mit der dreistelligen Produktbezeichnung wie zum Beispiel dem Miniaturlager 681 mit einem Innendurchmesser von 1mm, Außendurchmesser von 3 mm und einer Breite von 1 mm. Nach der Baugröße der Mikrolager wechselt die Produktbezeichnung der Rillenkugellager in die 4-stelligen 60 iger Baureihen. Angefangen mit der 6000 Baureihe über die 6200 Baureihe bis hin zur 6300 Baureihe werden viele Durchmesser-Größen zur Verfügung gestellt. Die Rillenkugellager werden zusätzlich zur Baureihe mit Nachsetzzeichen versehen, die dann auf ihre weiteren Fähigkeiten hinweisen. Als Beispiel haben wir das Rillenkugellager 6203 2RS gewählt, Es hat einen von Innendurchmesser 17 mm, Außendurchmesser 40 mm und eine Breite von 12 mm. Das Nachsetzzeichen „2RS“ steht für beidseitige Dichtscheiben aus dem Material Kunststoff (NBR). Auch wenn die meisten Rillenkugellager aus gehärtetem Wälzlagerstahl gefertigt werden um eine hohe Festigkeit zu gewährleisten, gibt es die Lager auch aus Edelstahl, meistens mit der Werkstoff-Nr.: 1.4301 um auch rostfreie Anwendungsaufgaben erfüllen zu können. Die Kugellager gibt es als einreihige- und zweireihigen Lager, bei denen dann zwei Kugelreihen parallel nebeneinander laufen. Die Rillenkugellager sind sehr gut geeignet für radiale Belastung, können aber auch leichte axiale Belastungen verkraften. Typische Anwendungsfälle für die Rillenkugellager finden sich im:
- Rennsport
- KFZ-Technik
- Maschinenbau
- Automation
- Fördertechnik
- Haushalt und Garten
Die häufigsten Bauformen für Rillenkugellager sind folgende:
Rillenkugellager, offen
Rillenkugellager, beidseitig geschlossen mit Dichtscheiben aus Kunststoff NBR (-2RS)
Rillenkugellager, beidseitig geschlossen mit Stahlblech (-2Z)
Zylinderrollenlager
Das einreihige Zylinderrollenlager nach DIN 5412 ist für die Aufnahme von großen radialen Kräften konzipiert. Sie eignen sich auch für Anwendungsgebiete, die hohe Drehzahlen erfordern. Durch die zylindrischen, oberflächengehärteten Rollen wird die radiale Last auf eine größere Fläche verteilt als bei einer Kugel. Ihre Einsatzgebiete finden sich z. B. in Getrieben, Baumaschinen und Windkraftanlagen Die zweireihigen Zylinderrollenlager haben zwei parallel nebeneinander laufende Zylinderrollen und werden durch Käfige aus Stahlblech, Kunststoff oder Messing miteinander verbunden. Sie besitzen eine hohe Steifigkeit, deswegen werden sie oft in Maschinen verbaut, bei denen es auf hohe Präzision ankommt. Beispiel hierzu wären Werkzeugmaschinen, hochtourigen Schraubenverdichter oder Turbinen.
Die Anwendungsfälle der Rollenlager können mittels Innenringen erweitert werden. Anhand der Zusatzzeichen erklären wir deren Anwendungsfälle:
NU
Das Lager besitzt zwei Borde am Außenring, der Innenring ist Bordlos und kann von beiden Seiten lose in das Lager geschoben werden. Dadurch eignet sich das Lager sehr gut als Loslager, weil sich die Welle über den Innenring im Lager in axialer Richtung, frei verschieben kann.
N
Das Lager ist Bordlos am Außenring, der Innenring besitzt zwei Borde. Somit eignet sich das Lager als Loslager, weil die Ringe zueinander in axialer Richtung frei verschiebbar sind. Dieser Einsatzzweck wird benötigt, wenn die Welle in axialer Richtung fixiert ist aber das Gehäuse die axiale Bewegung benötigt.
NJ
Der Außenring besitzt zwei Borde, der Innenring besitzt ein Bord. Damit kann das Lager einseitige axiale Kräfte aufnehmen und eignet sich somit, axiale Bewegungen von Wellen in eine Richtung zu begrenzen. Deswegen gehört diese Lagerung zu den sogenannten Festlagern. Das Lager kann getrennt von den beiden Ringen montiert werden.
NUP
Der Außenring besitzt zwei Borde, der Innenring hat auch zwei Borde. Diese Bauart des Zylinderrollenlagers begrenzt den axialen Weg von Wellen und Gehäusen in beide Richtungen. Dieses Lager kann nur komplett montiert werden.
Nadellager
Nadellager nach DIN 617 bestehen aus zylindrischen Rollen, die über einem Käfig im Außenring gehalten werden. Diese zylindrischen Wälzkörper werden Nadeln genannt, weil Ihre Länge mindestens 2,6-mal größer ist als Ihr Außendurchmesser. Mit anderen Worten, diese zylindrischen Körper sind dünn und lang. Das ermöglicht auch die geringen Baugrößen der Lager. Nadellager werden oft ohne Innenring verbaut, dann dient die Welle selbst als Laufbahn für die Nadeln. Diese Lager sind speziell für radiale Anwendungsbereiche gedacht und können keine Fluchtungsfehler ausgleichen, da das Verkanten zu einem höheren Verschleiß führt und die Lebensdauer der Lager drastisch verkürzt. Die Anwendungsbereiche der allgemeinen Nadellager finden sich in Wellenlagerungen wie zum Beispiel in Motoren oder Getrieben. Natürlich gibt es für die verschiedenen Einsatzzwecke von Nadellagern auch die passenden Bauformen, wie zum Beispiel:
- Den Nadelkranz
- Die Nadelhülse
- Die Nadelbüchse
- Den Hülsenfreilauf
- Das Einstell-Nadellager
- Das Nadellager mit massivem Außenring
- Den Innenring (wenn die Welle nicht als Laufbahn genutzt werden kann)
Kegelrollenlager
Kegelrollenlager nach DIN 720 bestehen aus einem Innenring, mit dem die zylindrischen Rollen über einen Käfig verbunden sind und einem Außenring. Das Lager ist teilbar und kann getrennt voneinander montiert werden. Die Rollen sitzen schräg (in kegeliger Form auf dem Innenring), der Außenring ist auf seiner Innenseite dementsprechend angepasst. Durch diese Bauart eigenen sich diese Lager für große radiale-genauso wie axiale Belastungen.
Für die verschiedenen Anwendungsfälle können die Kegelrollenlager auch paarweise montiert werden, je nach Anwendungsfall in O- oder X Anordnung.
Bei der O- Anordnung werden die Lager mit der steigenden Innenringseite zueinander gestellt.
Bei der X- Anordnung werden die Lager mit den fallenden Seiten der Innenringe zueinander gestellt.
Anwendungsgebiete für diese Lagerungen sind zum Beispiel Radlagerungen bei KFZ- oder Zweiradtechnik, Wellenlagerungen bei Motoren oder Getrieben. Auch werden die Kegelrollenlager in Zollabmessungen hergestellt und in Bau- oder Landwirtschaftlichen Maschinen eingesetzt. Noch ein kleiner Tip am Rande, da die Lager teilbar sind, hat der Innenring mit seinen Rollen und der Außenring jeweils seine eigene Teilenummer wie zum Beispiel das KLM11749/LM11710 vom Hersteller FAG, wobei KLM11749 für den Innenring steht und LM11710 für den Außenring steht.
Beide Nummern zusammen, durch einen Schrägstrich getrennt, ergeben das komplette Lager.
Tonnenrollenlager
Tonnenrollenlager nach DIN 635-1 bestehen aus einem Innenring mit zwei Borden und einem Außenring ohne Bord. Die Wälzkörper besitzen eine tonnenförmige Form (Tonnenrollen) und lassen so, Kipp-Bewegungen bis zu 4° des konkav ausgeführten Außenringes zu. Das dient dazu, Fluchtungsfehler zwischen den Lagerpunkten auszugleichen. Das einreihige Tonnenlager ist für die Aufnahme von radialen Lasten konzipiert und kann auch Stoß-Belastungen gut verkraften. Deswegen findet man diese Lager häufig im schweren Maschinen- und Apparatebau.
Toroidalrollenlager
Einreihige Toroidalrollenlager bestehen aus einem Innen- und Außenring mit Torus-Förmigen Laufbahnen. In ihnen laufen die konvex (ballig) ausgeführten Laufrollen. Das Lager ist eine komplette Baueinheit und kann sich durch seine Bauart axial verschieben und hohe radiale Kräfte aufnehmen. Deswegen wird das Toroidalrollenlager als Loslager eingesetzt. Diese geräuscharmen Lager können auch Winkelbewegungen ausführen wie zum Beispiel das Pendelrollenlager. Einsatzzwecke sind dort zu finden, wo auch Zylinderrollenlager und Pendelrollenlager eingesetzt werden.
Weitere Bauformen von Wälzlagern werden in zwei Gruppen eingeteilt. Zum einen sind es die Lager, die radiale Kräfte aufnehmen können also die:
- Radiallager
- Axiallager.
Zu den Radiallagern gehören z.B.:
- Rillenkugellager, einreihig, zweireihig
- Zylinderrollenlager
- Kegelrollenlager
- Pendelrollenlager
- Vierpunktlager
- Pendelkugellager
- Tonnenrollenlager
- Schrägkugellager, einreihig, zweireihig
- Spannlager, Y-Lager
- Spindellager
- Nadellager
- Toroidalrollenlager
Zu den Axiallagern gehören z.B.:
- Axial-Rillenkugellager
- Axial-Schrägkugellager
- Axial-Kegelrollenlager
- Axial-Nadellager
- Axial-Pendelrollenlager
- Axial-Zylinderrollenlager
Zu den kombinierten Radial-Axial Lagern gehören z.B.:
- Kreuzrollenlager
- Nadel-Axialkugellager
- Nadel-Axialzylinderrollenlager
- Nadel-Schrägkugellager
Um jetzt das richtige Wälzlager für den jeweiligen Einsatzzweck zu wählen, können die folgenden Auswahlpunkte helfen:
Die grundsätzlichen Angaben wie zum Beispiel:
finden Sie bei uns im Rotall-Kugellagershop auf der jeweiligen Produktseite unter Produktmerkmalen. Weitere spezifische Angaben wie zum Beispiel Tragzahlen oder Besonderheiten zum jeweiligen Lager finden Sie auf der dazugehörigen Hersteller Webseite.
- Handelt es sich um eine Radialkraft ?
- Handelt es sich um eine Axialkraft ?
- Wie hoch ist die Drehzahl ?
- Aus welcher Richtung kommt die Belastungskraft ?
- Ist mit Fluchtungsfehlern zu rechnen ?
- Welche statischen und dynamischen Tragzahlen müssen erreicht werden ?
- Ist mit außergewöhnlichen Temperaturen zu rechnen ?
- Ist mit Schwingungen oder Stoßbelastungen zu rechnen ?
- Ist mit staubbelasteter Umgebung zu rechnen ?
- Größen
- Bauformen
- Zusatzinformationen über Abdichtungen oder Material der Käfige für das Lager