Aufgaben

• Wälzlager sollen relativ zueinander bewegliche, insbesondere drehbewegliche Teile in Maschinen und Geräten abstützen und möglichst Reibungsarm führen.
• Sie sollen die wirkenden äußeren Kräfte (quer, längs und/ oder schräg zur Bewegungsachse) aufnehmen und auf Fundamente, Gehäuse oder ähnliche Bauteile übertragen.

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Wirkprinzip und Aufbau

• Wälzlager werden nach der Art der Belastungsrichtung (Wirkrichtung) eingeteilt.
• Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei Ringen und einem Kranz von Rollkörpern, die auf den Laufbahnen der Ringe abrollen.
• Die Rollkörper werden in der Regel in einem Käfig geführt. Der Käfig hält die Rollkörper in gleichmäßigem Abstand und verhindert ihre gegenseitige Berührung.
• Bei Nadellagern und Bord losen Pendelrollenlagern muss der Käfig die Rollkörper außerdem Achsparallel führen.
• Ferner soll der Käfig zerlegbarer Lager den Rollkörperkranz zusammenhalten und dadurch den Einbau des Lagers erleichtern.

Einteilung nach Belastungsrichtung in Radiallager und Axiallager

Bezeichnungen am Rillenkugellager

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Radialkugellager
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Quelle: Uni Siegen

Axialkugellager
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Quelle: Uni Siegen

Standardbauformen der Wälzlager (Auswahl)

• Rillenkugellager (DIN 625)
• Schrägkugellager (DIN 628)
• Schulterkugellager (DIN 615)
• Pendelkugellager (DIN 630)
• Axialrillenkugellager (DIN 711, 715)
• Zylinderrollenlager (DIN 5412)
• Kegelrollenlager (DIN 720)
• Tonnen- und Pendelrollenlager (DIN 635)
• Axial- Pendelrollenlager (DIN 728)
• Nadellager (DIN 617)

Eigenschaften ausgewählter Wälzlager

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Radialkugellager

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Kegelrollenlager

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Zylinderrollenlager

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Pendelrollenlager

Wälzkörper (Auswahl)

Wälzlagerkäfige

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Käfigwerkstoffe

Vorteile von Wälzlagern

• Fast reibungsloser Lauf (µ = 0,002….0,01) bei richtigem Einbau
• Anlaufmoment ist nur unwesentlich größer als das Betriebsmoment (wesentlicher Vorteil bei Antrieben)
• Kein Ruckgleiten (stick slip)
• Geringer Schmierstoffverbrauch
• Anspruchslos in Pflege und Wartung
• Sie benötigen keine Einlaufzeit
• Weitgehende Normung gestattet leichtes Beschaffen und Austauschen von Ersatzlagern

Nachteile von Wälzlagern

• Besonders im Stillstand und bei kleinen Drehzahlen empfindlich gegen Erschütterungen und Stöße
• Lebensdauer und Höhe der Drehzahl ist begrenzt
• Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung erfordert einen hohen Abdichtungsaufwand (Verschleißstellen, Leistungsverlust)

Wälzlagerspiel auf Bauteilen

Lagerluft

Kriterien für die Auswahl des richtigen Lagers

Bei der Konstruktion:

• Zur Verfügung stehender Bauraum
• Berücksichtigung des Ein- und Ausbaus Hier ist ein guter Link zum Thema Ein- Ausbau und noch mehr
• Erforderliche Winkelbeweglichkeit
• Erforderliche Sicherheit (nach Art der Anwendung)

Nach Art der Betriebsbedingungen:

• Belastung
• Drehzahl
• Anforderungen an Genauigkeit und Starrheit
• Reibung
• Umgebungsverhältnisse (Abdichtung)
• Wartung
• Lebensdauer

Höhe der Kosten

Lagerauswahl

Bei der Bezeichnung der Bohrung (Bohrungskennzahl- BKZ) gibt es noch folgendes zu Beachten:

• Die Bohrungskennzahlen 00, 01, 02 und 03 entsprechen in Reihenfolge den Bohrungsdurchmessern 10, 12, 15 und 17 mm.
• Für die Bohrungsdurchmesser 20 bis 480 mm errechnet sich die Bohrungskennzahl wie folgt: Durchmesser der Bohrung geteilt durch 5 (bis Durchmesser 45 mm wird vor die Bohrungskennzahl eine 0 gesetzt).
• Die Bohrungsdurchmesser 0,9 bis 9 mm werden unmittelbar an das Zeichen der Lagerreihe angefügt.
• Die Bohrungsdurchmesser 22, 28, 32 und größer als 500 mm werden durch Schrägstrich getrennt an das Zeichen der Lagerreihe angefügt.

Statische Tragfähigkeit

Ein Wälzlager gilt als nur statisch beansprucht, wenn es unter einer Belastung stillsteht, kleine Pendelbewegungen ausführt oder sich mit einer Drehzahl von weniger als 10^-1 dreht.

S₀: statische Tragsicherheit
P₀: statisch äquivalente Belastung des Lagers
C₀: Statische Tragzahl

Die statisch äquivalente (= gleichwertige) Belastung P₍₀₎ ist eine rechnerische, rein radiale Belastung bei Radiallagern bzw. rein axiale und rein zentrische Belastung bei Axiallagern, die an den Wälzkörpern und Rollbahnen die gleiche plastische Verformung bewirkt, wie die tatsächlich wirkende kombinierte Belastung. Sie ergibt sich (außer Axialpendelrollenlager):

Dynamische Tragfähigkeit

• Die dynamische Tragfähigkeit eines Wälzlagers wird vom Ermüdungsverhalten des Lagerwerkstoffes bestimmt.
• Der Zeitraum bis zum Auftreten von Ermüdungserscheinungen ist die Lebensdauer des Wälzlagers.

Erreichbare Lebensdauer

• Die für das Wälzlager einzusetzende Lebensdauer wird erfahrungsgemäß gewählt.
• Bestimmend sind dabei die Art der Maschine, die Dauer ihres Einsatzes und die verlangte Betriebssicherheit.
• Für häufig vorkommende Betriebsfälle gibt die unten stehende Tabelle sowie die Wälzlagerkataloge L_10h- Werte an.

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Quelle: Roloff/ Matek, Maschinenelemente- Tabellenbuch

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Quelle: Roloff/ Matek, Maschinenelemente

Im Bild unten ist die Lagerung der oberen Bandrolle einer Bandsäge zu sehen.

Für die Bandrolle sind geeignete Wälzlager zu Bestimmen.

Lagerung einer Bandsäge Lösung

• Roloff/ Matek: Maschinenelemente, 18. Auflage, Vieweg Verlag, ISBN 978-3-8348-0262-0
• Roloff/ Matek: Maschinenelemente/ Formelsammlung, 8. Auflage, Vieweg Verlag, ISBN 978-3-8348-0119-7
• Eschmann, Hasbargen, Weigand: Die Wälzlagerpraxis, 2. Auflage 1978, R. Oldenbourg Verlag, ISBN 3-486-31102-6
• Europa Lehrmittel: Tabellenbuch Metall, 43. Auflage 2005, Verlag Europa Lehrmittel, ISBN 3-8085-1723-9
• Arvid Palmgren: Grundlagen der Wälzlagertechnik, 3. Auflage 1964, Franckh'sche Verlagshandlung Stuttgart
• W. Hampp: Wälzlagerungen, Springer Verlag 1968