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Wälzlagerkunde

Das W+A Mini-Lexikon

 

Kleines Wälzlagerlexikon

Was ist ein Wälzlager?

Wälzlager sind Lager, die aus einem Innen- und einem Außenring bestehen. Zwischen diesen zueinander beweglichen Ringen sind Kugeln oder Rollen eingesetzt. So wird der Rollwiderstand gemindert, eine Rotationsbewegung über den Wälzkörper übertragen und Kräfte weitergeleitet. Wälzlager dienen als Fixierung von Wellen oder Achsen. Aufgrund des Rollkörpers unterscheidet man zwischen Kugellager und Rollenlager. 

Zu den sechs Grundformen zählen:

    Kugellager
    Zylinderrollenlager
    Nadellager
    Kegelrollenlager
    Tonnenlager
    Toroidalrollenlager (SKF, FAG)

Waelzlagertypen.png

Wann werden Wälzlager eingesetzt?

Aufgrund der Vorteile des geringen Anlauf-Reibmoments und dem geringen Schmierstoffgebrauchs sowie der langen Lebensdauer sind Wälzlager vielseitig einsetzbar. Sie werden deshalb überall dort eingesetzt, wo hohe Lasten bei kleinen Drehzahlen reibungsarm bewegt werden sollen und sich die Drehzahlen häufig ändern.

Was ist Lagerluft?

Die Luft zwischen Ringen und Walzkörpern wird als Lagerluft bezeichnet. Da die Lagerluft Einfluss auf die Laufruhe, Lebensdauer und Betriebstemperatur des Lagers hat, muss die Lagerluft genau berechnet werden. Man unterscheidet zwischen radialer und axialer Lagerluft.

Lagerluft_Axiallagerluft_Radiallagerluft.png

Wie berechne ich die Lagerluft?

DieRadialluft wird anhand einer auf die Lager einwirkenden Messbelastung ermittelt. Durch die elastische Verschiebung ergibt sich immer ein größerer Wert der gemessenen Luft, im Vergleich zur tatsächlichen Lagerluft. Aus der Korrektur der gemessenen Lagerluft um die elastische Verschiebung, ergibt sich die tatsächliche Radialluft. Bei Rollenlagern ist die elastische Verschiebung bei der Berechnung der Lagerluft  nicht relevant. 

DieAxialluft wird bei nicht eingebauten Lagern gemessen. Es wird das Maß gemessen, in dem sich die Lagerringe in axialer Richtung gegeneinander verschieben lassen. Hierbei werden die Lager gedreht und von einer Endlage in die andere verschoben bis zur spannungsfreien Anlage. Der Abstand zwischen beiden Stirnseiten zueinander addiert, ergibt die Zwischenringbreite. Ziel ist Null Axialluftzu erreichen, damit sich die äußeren Kräfte auf alle Wälzelemente verteilen. 

Wie werden Wälzlager verwendet?

Wälzlager können inFest-Los-Lagerung oder in Trag-Stütz-Lagerungangeordnet werden.

Fest-Los-Lagerung

Eines der Lager ist fixiert und kann nicht in axialer Richtung verschoben werden. Es muss sowohl Axialkräfte sowie Radialkräfte aufnehmen, als auch in die umgebende Konstruktion abgeben. Das Loslager hingegen ist verschiebbar und kann sich in axialer Richtung bewegen. Es nimmt keine Axialkräfte auf und kann Toleranzen und Wärmedehnungen ausgleichen.

Trag-Stütz-Lagerung

Auf beide Lager wird die Stützkraft so verteilt, dass beide Lager zusammen alle axialen Kräfte auffangen können. Ein Axialspiel ist erforderlich. 

Welche Wälzlager sind als Fest-Loslager geeignet?

Mögliche und sehr gebräuchliche Fest-Loslager-Kombinationen für starre Lagerungen, bei denen die Axialverschiebungen praktisch reibungsfrei im Lager erfolgen sollen, sind:

Rillenkugellager mit Zylinderrollenlager
Zweireihiges Schrägkugellager mit Zylinderrollenlager
Zusammengepasste einreihige Kegelrollenlager mit Zylinderrollenlager
Zylinderrollenlager der Bauform NUP mit einem der Bauform NU
Zylinderrollenlager der Bauform NU und Vierpunktlager mit Zylinderrollenlager 

Warum benötigen Wälzlager eine Mindestlast?

Für einen schlupffreien Betrieb, besonders bei hohen Drehzahlen und Beschleunigungen muss auf die Lager radial eine Mindestlast wirken, sonst gleiten die Wälzkörper auf der Laufbahn, was zu Oberflächenschäden führen kann. 

Was versteht man bei Wälzlagern unter dem Betriebsspiel?

Ein Wälzkörper besteht aus den Baugruppen Außenring, Innenring und Wälzkörper. Zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen muss ein Spiel sein, damit sie sich im betriebswarmen Zustand bewegen können.

Was ist ein wartungsfreies Wälzlager?

Wartungsfreie Wälzlager sind beidseitig abgedichtete Lager, die dauerhaft geschmiert sind und während ihrer Lebensdauer weder gewaschen noch nachgeschmiert werden dürfen bzw. müssen. 

Worauf ist beim Einbau von Wälzlagern zu achten?

Vor dem Einbau müssen die Wälzlager in der Originalverpackung aufbewahrt werden, da diese sehr schmutz- und korrosionsempfindlich sind. Die Fügekraft darf bei der Montage nicht über die Wälzkörper übertragen werden. Die Lager sollten mit mechanischen oder hydraulischen Pressen montiert werden. Lagerinnenringe, die Umfanglast aufnehmen müssen, sollten vor der Montage erwärmt werden.Mehr Informationen

Welche Vorteile und Nachteile haben Wälzlager gegenüber Gleitlagern?

Vorteile

  • Geringere Reibungsverluste und geringere Wärmeentwicklung
  • Hohe Tragfähigkeit bei kleinen Drehzahlen
  • Geringer Schmierstoffverbrauch
  • Austauschbarkeit durch genormte Größen: Bauteile, Einbaubedingungen,
  • Wartungsfreiheit bei ausreichender Schmierung

Nachteile

  • Höherer Geräuschpegel  durch die Wälzkörper
  • Größeres Bauvolumen
  • Empfindlich gegen Stoßbelastungen
  • Geringere Führungsgenauigkeit
  • Drehzahlbegrenzung
Kennzeichnung der Wälzlager?

Die Basiskennzeichen der Wälzlager sind nach DIN 623, beziehungsweise ISO festgelegt. 
Lagerform und Bohrungsdurchmesser werden so aufgeschlüsselt: 
Basiskennzeichen_ISO623.png

Warum müssen Wälzlager geschmiert werden?

Die Schmierung, Öl oder Fett, vermindert die Reibung und den Verschleiß der Lager. Es bildet sich ein Film, der den direkten Kontakt von Lagerringen, Wälzkörpern und Käfig verhindert. Dieser Fettfilm unterbindet auch das Eindringen von Fremdkörpern und schützt vor Rost und Korrosion. Außerdem wird bei der Öl-Schmierung Wärme vom Lager weggeleitet. Bei hohen Temperaturen sollten Lager und Öl allerdings gekühlt werden.

Fazit:Abhängig von Viskosität und Dicke des Schmierfilms erhöht sich die Lebensdauer der Lager. 

Welches Fett für Wälzlager?

Lager können mit Öl oder Fett geschmiert werden. Je nach Anwendung fällt die Schmiermethode unterschiedlich aus, in Abhängigkeit von:

Betriebstemperatur
Grundölviskosität
Drehzahlkennwert
Verhältnis zwischen dynamischer Tragzahl C (in N) eines Lagers und tatsächlicher äquivalenter dynamischer Belastung P (in N)

Besonderheiten Ölschmierung:

  • Leitet bei hohen Drehzahlen und Temperaturen Wärme ab
  • Gute Verteilung des Schmierstoffes durch hohe Viskosität
  • Ausspülen von Abnutzungspartikeln
  • Abdichtung erforderlich


Besonderheiten Fette:

  • Geringer konstruktiver Aufwand
  • Hohe Konsistenz -> hohe Gebrauchsdauer
  • Dichten gegen eindringenden Schmutz ab und sind wasserabweisend
  • Keine Wärmeabfuhr
  • Niedriges Reibungsmoment
  • Eignung für Drehzahlkennwerten: n·dM ≤ 2,6 · 106 min–1 · mm  (* Schaeffler Technologie: „Schmierung von Wälzlagern- Grundlagen Schmierverfahren, Schmierstoffauswahl und –prüfung, Aufbewahrung und Handhabung“, S. 54)
Was ist Einsatzhärten?

Unter Einsatzhärten versteht man die Härtung der Oberfläche eines Werkstücks aus Stahl durchAufkohlen, Härten und Anlassen, wobei der Kern weich und zäh bleibt. Hierbei wird die Randschicht bei Temperaturen zwischen 880 und 950 °C (max. Temperatur 1050 °C) zunächst mit Kohlenstoff angereichert. Anschließend wird das Werkstück „abgeschreckt“. Typische Verfahren sind:

Abschrecken in flüssigen Abschreckmedien

  • Wasser
  • Härteöl
  • Polymer
  • Salzschmelze
  • Metallschmelze

Und Abschrecken in gasförmigen Abschreckmedien

  • Stickstoff
  • Helium
  • Gasdüsenfeld

Je nach Kohlenstoffanreicherung in der Randschicht ergeben sich Randhärte und Einsatzhärtungstiefe.

Im nächsten Schritt wird das Werkstück angelassen. In diesem Verfahren der Wärmebehandlung wird das Stück gezielt erwärmt, um innere Spannungen abzubauen. Je höher man den Stahl anlässt, desto weicher wird er. Die Härte verringert sich und die Zähigkeit steigt.

Ziel ist:

  • Die Steigerung des Verschleißwiderstandes durch erhöhte Randschichthärte
  • Die Erhöhung der Belastbarkeit
  • Die Erhöhung der Dauerfestigkeit
  • Die Verbesserung der Biegewechselfestigkeit und Überlasttoleranz durch zähen Kern
    Einsatzhaerten.png
Wie wird das Eindringen von Schmutz in die Kugellager verhindert?

Schon durchSchmierung des Kugellagers kann Eindringen von Schmutz und Staub verhindert werden. Aber auch Abdichtungen können das Eindringen von Staub, Wasser, Dampf u.a. dämmen. Vielfach werden Labyrinthdichtungen, Spitzringe, Simmeringe, federnde Abdeckscheiben angewandt. Auch Filzringeeignen sich, reiben und beschädigen jedoch in hartem Zustand.

Wie wird ein Kugellager gemessen?

1. Bestimmen Sie zunächst den Lagertyp:

Kugellager - einreihig, zweireihig, Druckwinkel

2. Falls das Kurzzeichen des Lagers (befindet sich auf dem Innenring, Außenring oder dem Außendurchmesser) unleserlich sein sollten, muss folgendes bestimmt werden:

  • Innenringbohrung (Innendurchmesser)
  • Außendurchmesser des Außenrings
  • Innere und äußere Breite (können unterschiedlich sein)
  • Bohrungsform und/oder Außendurchmesser des Lagers

3. Suchen Sie imKatalog des Herstellersoder wenden Sie sich direkt an den Kundendienst.

Was sind Hybrid Kugellager?

Hybrid-Kugellager sind Wälzlager, die aus zwei Werkstoffen zusammengefügt sind. Es finden sich unter anderem Laufringe aus Stahl, kombiniert mit Wälzkörpern aus Keramik. Häufigster Bautyp für Hybrid-Kugellager ist das Rillenkugellager.