Wälzlager: Funktionsweise, Arten und Einsatzbereiche

Wälzlager: Funktionsweise, Arten und Einsatzbereiche

Wälzlager sind von hoher Bedeutung in der industriellen und maschinellen Fertigung. Die in zahlreichen Varianten erhältlichen Lager erleichtern die Bewegungen verschiedener Bauteile. Damit verringern sie die Reibung und mit ihr die Wärmeentwicklung.

Typischerweise kommen als Wälzkörper Kugeln oder Zylinder zum Einsatz. In Abhängigkeit des Anwendungsgebiets finden auch andere Wälzkörperformen ihre Nutzung, darunter Tonnenrollen, Nadeln und Kegelrollen.

 

Definition und Funktion im Überblick

Wälzlager verfügen über einen simplen und übersichtlichen Aufbau. Die wesentlichen Bestandteile sind die Wälzkörper, die Innen- und Außenringe mit den Wälzkörper-Laufbahnen, der Käfig, die Dichtungen und der Schmierstoff. Die Form der Wälzkörper ist ausschlaggebend für die Einordnung beziehungsweise die Zuordnung zu einem bestimmten Lagertyp (beispielsweise Nadellager oder Kugellager).

Der Käfig des Wälzlagers stellt eine Art Halterung dar und beinhaltet Taschen für die Wälzkörper. Moderne Lager führen die Wälzkörper fast grundsätzlich in einem Käfig. Er dient dazu, die Körper in einem gleichmäßigen Abstand zueinander zu halten. Damit verhindert der Käfig auch die gegenseitige Berührung der Körper. Er verhindert, dass die Wälzkörper aus zerlegbaren Wälzlagern herausfallen.

Die Dichtungen im Wälzlager dienen dem Schutz vor Verschmutzungen. Außerdem verhindern sie den Austritt des Schmierstoffes.

 

Arten und Bauformen

In Abhängigkeit der Walzkörperart lassen sich unterschiedliche Bauformen der Wälzlager unterscheiden. Tonnen, Kugeln, Zylinderrollen oder Kegelrollen sind einige der wichtigsten Walzkörpertypen. Sie alle überführen die in der Fertigung entstehende Gleitreibung in Rollreibung. In Abhängigkeit der Bauweise unterscheiden sich die Kräfte, die bei diesem Prozess übertragen werden können.

Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen punktberührenden und linienberührenden Lagern. Der Unterschied besteht in erster Linie in der Kontaktfläche. Die punktberührenden Lager verfügen über eine kleinere Kontaktfläche. Dies erhöht den energetischen Wirkungsgrad. Linienberührende Lager sorgen mit ihrer größeren Kontaktfläche dafür, dass sich größere Kräfte übertragen lassen. Allerdings entsteht durch die größere Kontaktfläche gleichermaßen eine größere Reibung.

Die Bauarten des Wälzlagers weisen jeweils charakteristische Eigenschaften auf, die sie für bestimmte Anwendungsfälle geeignet macht.

Zu den bekanntesten Kugellagern gehören das Rillen-Kugellager, das Schräg-Kugellager und das Pendel-Kugellager. Ersteres ist unter der DIN 625 normiert und nimmt radiale Kräfte auf. Schrägkugellager eignen sich für die Aufnahme radialer und axialer Kräfte in einer bestimmten Richtung. Pendelkugellager (DIN 630) sind darauf ausgelegt, axiale und radiale Belastungen aufzunehmen.

Bei den Rollenlagern sind das Zylinder-Rollenlager (DIN 5412) und das Kegel-Rollenlager (DIN 720, ISO 355) von Bedeutung. Das Kegel-Rollenlager ist in beiden Richtungen (radial und axial) hoch belastbar. Zylinder-Rollenlager haben ihre Stärken in ihrer besonders hohen radialen Tragfähigkeit, sind axial jedoch nur eingeschränkt belastbar.

Nadellager verfügen ihrem Namen gemäß über Nadeln als Wälzkörper, sind in der DIN 617 normiert und nur radial belastbar. Sie eignen sich für kleine Einbauräume. Von den üblichen Bauformen abgesehen existieren noch Sonderlager. Diese lassen sich auf verschiedene Kundenwünsche abstimmen und zuschneiden.

 

Einsatz und Anwendungsbereiche

Der primäre Einsatz des Wälzlagers ist die industrielle Fertigung. Insbesondere in solchen Anwendungsgebieten, die sich durch häufig ändernde Drehzahlen auszeichnen, spielen Wälzlager ihre Stärken aus. Sie werden dort benötigt, wo Lagerungen im kleinen Drehzahlbereich sowie unter hoher Last auf reibungsarme Weise arbeiten sollen. Die verschiedenen Bauformen haben die Gemeinsamkeit, dass sie Gleitreibung in Rollreibung umwandeln.

Konkrete Einsatzgebiete unterscheiden sich unter anderem in Abhängigkeit ihrer Bauform. Wo beispielsweise eher geringe Kräfte, aber große Drehzahlen gefragt sind, kommen Kugellager mit geringer Auflagefläche zum Einsatz. Ein Anwendungsbeispiel dieser Lagerart ist eine Handbohrmaschine. In der Automobilindustrie finden Lager beispielsweise bei Fertigungs-Robotern oder in der Lenkungsanlage ihren Einsatz. Das Riesenrad ist ein bekanntes Anwendungsgebiet für das Rollenlager.

 

Stellenwert in der Industrie und Vorteile

Wälzlager dienen in der industriellen Fertigung der Unterstützung der Bewegung von Bauteilen. Sie sind für eine Rollbewegung verantwortlich, wodurch sie die Reibung reduzieren. Damit verringern sie gleichermaßen die Hitzeentwicklung. Dies wirkt dem Verschleiß entgegen und reduziert den Bedarf an Schmierstoff. Sie haben gegenüber anderen Lagerarten, beispielsweise Gleitlagern, zudem den Vorteil, dass sie einen geringeren Wartungs– und Pflegeaufwand haben.

Wälzlager sind in der Industrie weiterhin bedeutsam, da sie exakt genormt sind. Durch die einheitlichen Bemessungsgrundlagen lassen sie sich gut austauschen. Außerdem ist es bei dieser Lagerart möglich, die Drehrichtung zu ändern, ohne technische Modifikationen durchzuführen.