Die wichtigsten mechanischen Lagerbauarten sind Kugellager, Rollenlager und Gleitlager. Zu den gängigen Wälzlagerausführungen zählen Rillenkugellager, Schrägkugellager, selbstausrichtende Kugellager und Axialkugellager sowie Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager und Nadellager. Jede Bauart deckt eine unterschiedliche Kombination aus Belastung, Drehzahl und Ausgleich von Fehlausrichtungen ab.
Bezeichnungen wie Linearlager, Drehverbindung, Kurvenrolle und Lagergehäuseeinheit beschreiben Bewegungsart, Anwendung oder Bauform. Diese Kategorien überschneiden sich: Eine Stehlagergehäuseeinheit kann ein Kugellager aufnehmen, während eine Drehverbindung mit Kugeln oder Rollen ausgeführt sein kann. Eine allgemein verbindliche Anzahl an Lagerarten gibt es nicht, solange die Klassifikationsmethode nicht festgelegt ist.
Wie werden Lager klassifiziert?
Ein Lager stützt und führt Relativbewegungen zwischen Maschinenteilen und überträgt zugleich Lasten. Ausgangspunkt ist die Art der Bewegungsabstützung; anschließend wird die Auswahl nach Lastrichtung und Bauform eingegrenzt.
Wälzlager verwenden Kugeln oder Rollen zwischen den Laufbahnen. Kugellager sind häufig die erste Wahl, wenn eine reibungsarme Drehbewegung gefordert ist; Rollenlager bieten bei vergleichbarer Baugröße oft eine höhere Tragfähigkeit. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit hängt jedoch von der jeweiligen Bauart ab.
Gleitlager ermöglichen eine gleitende Bewegung zwischen den Kontaktflächen. Dazu zählen Buchsen, Anlaufscheiben und Gelenkgleitlager. Einige benötigen eine externe Schmierstoffversorgung, andere arbeiten mit selbstschmierenden Werkstoffen.
Fluidlager stützen die Bewegung auf einem Öl- oder Gasfilm ab. Magnetlager nutzen magnetische Kräfte. Es handelt sich dabei um Speziallösungen und nicht um weitere Ausführungen von Kugel- oder Rollenlagern.
Bei rotierenden Wellen wirkt die radiale Last senkrecht zur Wellenachse; die axiale oder Schublast wirkt entlang der Achse. Ein Kippmoment neigt die Baugruppe zum Verkanten. Siehe den Leitfaden zu radialer und axialer Belastung für Beispiele zur Lastrichtung.
Vergleich der Lagerarten: Belastungen, Einsatzbereiche und Grenzen
Nutzen Sie diese Tabelle, um eine geeignete Bauart vorab einzugrenzen, und prüfen Sie anschließend die konkreten Produktdaten. Es handelt sich nicht um eine Tabelle für Tragzahlen oder Drehzahlangaben. Die axiale Tragfähigkeit hängt vom jeweiligen Lager und der Einbausituation ab.
Arten von Kugellagern
Kugellager verwenden kugelförmige Wälzkörper. Ihre kleinen Kontaktflächen können eine geringe Reibung ermöglichen, doch Drehzahl und Tragfähigkeit hängen weiterhin von Größe, Innengeometrie, Käfig, Abdichtung und Schmierung ab. Die folgenden vier Bauarten unterscheiden sich vor allem in der Laufbahngeometrie und der Lastrichtung.
Rillenkugellager
Rillenkugellager nehmen radiale Lasten und axiale Lasten in beide Richtungen auf. Sie werden häufig in Elektromotoren, Lüftern, Haushaltsgeräten und allgemeinen Maschinen eingesetzt, wenn geringe Reibung und eine kompakte Bauweise gefragt sind.
Behandeln Sie die Axialtragfähigkeit nicht als gleichwertig zur Radialtragfähigkeit. Prüfen Sie für das konkrete Lager die zulässige Axiallast, das Innenluftspiel und die Betriebsdrehzahl. Zudem sind eine gute Ausrichtung von Welle und Gehäuse erforderlich.
Schrägkugellager
Schrägkugellager Nutzen einen Kontaktwinkel, um kombinierte radiale und axiale Belastungen aufzunehmen. Ein einreihiges Lager nimmt Axiallast in der Regel nur in einer Richtung auf. Gegenläufig angeordnete Paare oder geeignete zweireihige Ausführungen können Axiallasten in beide Richtungen aufnehmen.
Ein größerer Kontaktwinkel begünstigt in der Regel die Axialtragfähigkeit, während kleinere Winkel häufig in Hochgeschwindigkeitsausführungen eingesetzt werden. Lageranordnung und Vorspannung beeinflussen Steifigkeit, Wärmeentwicklung und Lebensdauer; diese Parameter sollten aus der Anwendungsberechnung abgeleitet werden und nicht aus einer pauschalen Regel.
Selbstausrichtende Kugellager
Selbstausrichtende Kugellager Verfügen über zwei Kugelreihen und eine gemeinsame sphärische Laufbahn im Außenring. Diese Geometrie gleicht einen begrenzten Winkelfehler zwischen Innen- und Außenring aus. Sie eignen sich in erster Linie für radiale Belastungen, insbesondere wenn Wellendurchbiegung oder Einbauungenauigkeiten zu berücksichtigen sind.
Ihre Axialtragfähigkeit ist begrenzt. Prüfen Sie die zulässige Schiefstellung für die jeweilige Ausführung, einschließlich Einschränkungen durch Dichtungen und angrenzende Bauteile. Die Selbstausrichtung gleicht weder eine ungeeignete Passung der Welle noch ein beschädigtes Gehäuse aus.
Axialkugellager
Konventionelle Axialkugellager nehmen Axiallasten auf und sind nicht für Radiallasten ausgelegt. Einseitig wirkende Ausführungen lagern eine Welle in einer axialen Richtung; beidseitig wirkende Ausführungen können sie in beide Richtungen lagern.
Bei auftretenden Radialkräften ist ein separates Radiallager erforderlich. Prüfen Sie die Mindestlast und die Drehzahlgrenzen, da eine zu geringe Last oder eine zu hohe Drehzahl zu ungünstigem Wälzverhalten und Wärmeentwicklung führen kann.
Miniatur-, Dünnring-, Flansch- und Keramiklager
Diese Bezeichnungen beschreiben Größe, Abmessungen, Befestigungsmerkmale oder Werkstoffe. Sie sollten nicht als sich gegenseitig ausschließende Alternativen zu Rillenkugellagern und Schrägkugellagern aufgeführt werden.
Miniaturlager eignen sich für kleine Mechanismen und Instrumente. Eine geringe Baugröße allein sagt jedoch nichts über Genauigkeit, Drehzahl oder Tragfähigkeit aus.
Dünnringlager reduzieren den Bauraum und die Masse rund um eine große Bohrung. Dünne Ringe reagieren empfindlich auf die Stützkontur und auf verformungsbedingte Passungseinflüsse; ein dünner Querschnitt bedeutet nicht automatisch hohe Drehzahlen oder hohe Genauigkeit.
Flanschkugellager verfügen über einen Außenringflansch, der die axiale Positionierung des Lagers an einer Gehäuseschulter unterstützt. Dies unterscheidet sie von einem Lager, das in einem separaten Flanschgehäuse geliefert wird.
Keramiklager umfassen Hybridlager mit Keramikkugeln und Metallringen sowie Vollkeramikausführungen. Metallringe in einem Hybridlager begrenzen die Korrosionsbeständigkeit weiterhin. Temperatur- und Drehzahlgrenzen hängen zudem von Käfigen, Dichtungen, Schmierung und Passungen ab.
Bauarten von Rollenlagern
Rollenlager verwenden zylindrische, kegelige, tonnenförmige oder nadelförmige Rollen. Ihre länglichen Kontaktflächen bieten häufig eine höhere Tragfähigkeit und Steifigkeit als ein vergleichbares Kugellager. Das bedeutet jedoch nicht, dass jedes Rollenlager langsam läuft: Einige Zylinderrollenlager-Bauarten eignen sich auch für hohe Drehzahlen.
Zylinderrollenlager
Zylinderrollenlager sind vorwiegend für Radialbelastungen ausgelegt und werden in Getrieben, Motoren und Werkzeugmaschinen eingesetzt. Ihre Rippenanordnung bestimmt, ob sie axiale Verschiebungen zulassen oder eine axiale Führung übernehmen.
Die Bauarten N und NU erlauben eine relative axiale Verschiebung innerhalb des Lagers und werden häufig an der Loslagerstelle eingesetzt. NJ-Ausführungen können begrenzte Axiallasten in einer Richtung aufnehmen. NUP-Ausführungen können die Welle in beiden Richtungen axial führen, innerhalb ihrer Axiallastgrenzen. Eine Radialtragzahl darf nicht als Axialtragzahl interpretiert werden.
Kegelrollenlager
Kegelrollenlager nehmen kombinierte Radial- und Axiallasten auf. Ein einreihiges Lager nimmt Axiallasten nur in einer Richtung auf und erzeugt unter Radialbelastung eine Axialkraft. Gegenüber angeordnete Lager werden üblicherweise eingesetzt, um diese Kräfte aufzunehmen und die Welle in beiden Richtungen axial zu führen.
Typische Einsatzbereiche sind Radnaben, Industriegetriebe und hoch belastete Wellen. Entscheidend sind das korrekte Axialspiel beziehungsweise die richtige Vorspannung; eine zu straffe Einstellung kann die Wärmeentwicklung erhöhen, während zu großes Spiel die Steifigkeit verringern kann.
Pendelrollenlager
Pendelrollenlager verfügen in der Regel über zwei Reihen tonnenförmiger Rollen und eine sphärische Laufbahn im Außenring. Sie nehmen hohe Radiallasten, Axiallasten in beide Richtungen sowie einen begrenzten Winkelfehler auf.
Sie bewähren sich in Förderanlagen, Brechern und schwerem Prozessgerät, wenn sich Wellendurchbiegungen nur schwer vermeiden lassen. Zulässige Fehlausrichtung, Mindestlast, Spiel und Drehzahl richten sich jeweils nach dem Lager und den Einsatzbedingungen.
Nadellager
Radial Nadellager verwenden schlanke Rollen, um Radiallasten bei geringem radialen Bauraum aufzunehmen. Sie eignen sich für kompakte Getriebe, Drehpunkte und Mechanismen mit begrenztem Einbauraum.
Ein Radial-Nadellager darf nicht ohne Weiteres zur Aufnahme von Axiallasten angesetzt werden. Für andere Lastanforderungen stehen separate Nadeldrucklager und kombinierte Ausführungen zur Verfügung. Läuft die Welle direkt auf den Rollen, müssen Härte, Oberflächengüte und Geometrie den Anforderungen an die Laufbahn entsprechen.
Rollen-Drucklager
Rollen-Drucklager sind für hohe Axiallasten ausgelegt, ihre Fähigkeit zur Aufnahme von Radiallasten variiert jedoch. Zylindrische und Nadeldrucklager sind grundsätzlich für Axialbelastungen konzipiert. Pendelrollen-Drucklager können innerhalb der vom Hersteller vorgegebenen Grenzen Axiallasten zusammen mit Radiallasten aufnehmen und einen begrenzten Ausgleich von Fehlausrichtung ermöglichen.
Kreuzrollenlager
Kreuzrollenlager verwenden abwechselnd ausgerichtete Rollen, um Radial-, Axial- und Momentenlasten in einer kompakten Bauform aufzunehmen. Sie kommen in Rundtischen, Roboterachsen und Positioniereinrichtungen zum Einsatz.
Ihre Steifigkeit ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Lager, Vorspannung, Passsitzen und Klemmkonstruktion. Verformungen des Gehäuses oder fehlerhaftes Anziehen der Schrauben können die Laufgenauigkeit beeinträchtigen, selbst wenn das Lager selbst präzise ist.
Gleitlager: Buchsen-, Axial- und Gelenkausführungen
Gleitlager arbeiten mit Gleit- statt Wälzkontakt. Eine Buchse stützt eine Welle radial ab; eine Anlaufscheibe nimmt Axiallast auf; ein Gelenkgleitlager ermöglicht Winkelbewegungen zwischen korrespondierenden sphärischen Gleitflächen. Ein Gelenkgleitlager ist von einem Pendelrollenlager zu unterscheiden.
Zu den Werkstoffen zählen Bronze, technische Polymere und metallisch hinterlegte Verbundwerkstoffe. Gleitlager eignen sich häufig für oszillierende Bewegungen, begrenzte Einbauräume oder Anwendungen, bei denen eine einfach austauschbare Gleitfläche bevorzugt wird. Hydrodynamische Gleitlager sind eine weitere Ausführung von Gleitlagern und können bei entsprechend ausgelegter Schmierstoffversorgung auch in Hochgeschwindigkeitsmaschinen eingesetzt werden.
Prüfen Sie Lagerdruck, Gleitgeschwindigkeit, Temperatur sowie die Druck-Geschwindigkeits-Grenzen des Werkstoffs. Schmierfett ist nicht für jedes Gleitlager vorzusehen: Einige Auskleidungen sind für den Trockenlauf ausgelegt, während andere eine definierte Schmierstoffversorgung benötigen.
Zu Werkstoffen und Aufbau von Buchsen siehe den Buchsenlager-Leitfaden.
Linearlager, Lagereinheiten, Drehverbindungen und Rollenstößel
Diese praxisrelevanten Produktkategorien beschreiben die Verwendung oder den Einbau eines Lagers. Sie können Wälz- oder Gleitelemente enthalten und überschneiden sich daher mit den zuvor genannten Einteilungen.
Linearlager
Linearlager führen Bewegungen geradlinig. Zu den Ausführungen zählen zirkulierende Kugelbuchsen auf Rundwellen, Profilschienenführungen mit Kugeln oder Rollen sowie Gleitbuchsen. Die Bewegungsrichtung ist nicht mit der Lastwirkung gleichzusetzen: Führungseinheiten können Querkräfte und, je nach Geometrie, auch Momentenlasten aufnehmen.
Die Auswahl richtet sich nach Lastrichtung, Wagenabstand, Schienenabstützung, Hub, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verschmutzung. Ein Gehäuse um eine Linearbuchse ist eine Einbauform und kein eigenständiges Wälzkörperprinzip.
Lagereinheiten
Lagereinheiten kombinieren ein Lager mit einem Gehäuse und einer Wellenbefestigung. Stehlager werden auf einer Auflagefläche montiert; Flanschlager werden an eine Stirnfläche angeschraubt; Spannlager ermöglichen die Positionsverstellung, etwa zur Einstellung der Förderbandspannung.
Prüfen Sie Einsatzlager, Gehäusefestigkeit, Wellentoleranz und Befestigungsart stets als Gesamtsystem. Die bei einigen Lagergehäuseeinheiten vorhandene Selbstausrichtung bei der Montage bedeutet nicht, dass die Einheit im Betrieb unbegrenzte Wellendurchbiegung aufnehmen kann.
Drehverbindungen
Drehverbindungen ermöglichen die Drehbewegung großer Durchmesser und nehmen häufig axiale, radiale sowie Kippmomente gemeinsam auf. Gängige Ausführungen arbeiten mit Vierpunktkontakt-Kugeln, Kreuzrollen oder mehreren Rollenreihen. Je nach Bauart verfügen sie über Innenverzahnung, Außenverzahnung oder über keine Verzahnung.
Für die Auswahl sind die kombinierte Belastung, die Lagersteifigkeit, die Befestigungsschrauben, die Genauigkeit und der Lastzyklus zu berücksichtigen. Zur Veranschaulichung: Eine Kraft von 1,500 N, die mit einem senkrechten Hebelarm von 0.20 m angreift, erzeugt ein Moment von 300 N·m. Dieses Moment muss in die Belastungsbewertung einfließen; es ist nicht mit dem Drehmoment gleichzusetzen, das zum Verdrehen der Baugruppe erforderlich ist.
Kurvenrollen und Laufrollen
Kurvenrollen laufen direkt über einen Nocken oder eine Laufbahn und verfügen dazu über einen dickwandigen Außenring. Kurvenrollen in Bolzenausführung besitzen einen integrierten Befestigungsbolzen. Laufrollen in Gabelausführung werden auf einem separaten Bolzen montiert, der von der umgebenden Konstruktion getragen wird.
Ihre maßgebliche Betriebsbelastung wirkt in der Regel radial zur Rollenachse. Eine zulässige axiale Führungsbelastung ist stets bauartspezifisch. Prüfen Sie daher Laufbahnhärte, Kontaktspannung, Ausrichtung, Außenringprofil sowie die Festigkeit von Bolzen oder Zapfen, statt sich allein auf die innere Tragzahl zu stützen.
Speziallösungen: Gleitlager mit Flüssigkeitsfilm und Magnetlager
Ölfilm- und Luftlager nutzen eine Flüssigkeitsschicht, um bewegte Flächen voneinander zu trennen. Bei einigen Ausführungen entsteht der tragende Druck durch die Bewegung selbst; andere benötigen eine externe Druckversorgung. Ihre Eignung hängt vom Anlaufverhalten, der Steifigkeit, der Belastung und dem Versorgungsystem für das Medium ab.
Magnetlager stützen einen Rotor mittels magnetischer Kräfte ab. Die NASA beschreibt ihr Potenzial dort, wo eine lange Einsatzdauer oder eine Verunreinigung des Schmierstoffs kritisch ist, in ihrer Übersicht zu raumfahrttechnischen Systemen mit magnetischer Schwebe. Für diese Systeme ist eine andere konstruktive Bewertung erforderlich als für konventionelle Wälzlager.
So wählen Sie den richtigen Lagertyp
Wählen Sie zunächst die Lagerbauart und prüfen Sie anschließend das konkrete Bauteil sowie die zugehörige Trägerbaugruppe. Die folgenden Prüfpunkte verhindern, dass aus einem allgemeinen Vergleich eine ungeeignete Spezifikation wird.
Definieren Sie Bewegung und Belastung. Erfassen Sie Dreh- oder Linearbewegung, radiale und axiale Kräfte, Kippmomente, Stoßbelastungen und Lastwechsel. Legen Sie fest, ob die Axialkraft nur in eine Richtung oder in beide Richtungen wirkt.
Prüfen Sie die gesamte Lageranordnung. Legen Sie fest, welche Lagerstelle die Welle axial fixiert und welche den thermischen Längenausgleich ermöglicht. Beurteilen Sie Wellendurchbiegung, Gehäuseausrichtung, Steifigkeit der Abstützung und den verfügbaren Bauraum.
Prüfen Sie Drehzahl und Einsatzfall. Berücksichtigen Sie die Drehzahlgrenzen und Betriebsbedingungen des konkreten Lagers. Ziehen Sie Dichtungen, Schmierstoff, Temperatur, Beschleunigung, Mindestlast und intermittierenden Betrieb mit ein.
Ermitteln Sie Tragfähigkeit und Lebensdauer. Prüfen Sie bei Wälzlagern sowohl die dynamische als auch die statische Belastbarkeit. Die im Katalog angegebene Tragzahl ist keine allgemeingültige zulässige Betriebslast. Für Gleitlager ist eine andere Bewertung erforderlich, die auf Werkstoff und Gleitbedingungen basiert.
Definieren Sie Passungen und Betriebsspiel. Montageübermaß und Temperaturdifferenzen verändern das innere Lagerspiel. Die Vorspannung ist eine anwendungsbezogene Entscheidung und keine automatische Aufwertung.
Planen Sie Schmierung, Abdichtung und Wartung. Stimmen Sie Schmierstoff und Schutzkonzept auf Verschmutzung, Wassereinwirkung und Temperatur ab. Halten Sie die vorgegebene Füllmenge und das Nachschmierverfahren ein.
Beispielsweise kann eine Welle mit 2 kN Radiallast und 1 kN Axiallast nicht einfach durch Addition der Kräfte ausgelegt werden, indem man ein Lager mit einer Tragzahl über 3 kN auswählt. Die äquivalente Belastung hängt von der Lagergeometrie und den Katalogfaktoren ab; zudem muss die Wellenanordnung die Axialkraft aufnehmen. Prüfen Sie die Tragzahlen und Hinweise zur Lagerlebensdauer , bevor Sie ein Bauteil festlegen.
Sobald die Lagerbauart festgelegt ist, nutzen Sie die Lagermasstabelle , um Bohrung, Außendurchmesser und Breite zu prüfen. Verwenden Sie die Lagerbezeichnungstabelle , um Bezeichnungen und Zusatzkennzeichen zu interpretieren. Übereinstimmende Abmessungen allein begründen noch keine Austauschbarkeit.
Die Wartung richtet sich nach der Lagerbauart
Halten Sie Wälzlager und Lagersitze sauber, bringen Sie die Montagekraft über den jeweils einzupressenden Ring ein und verwenden Sie den vorgeschriebenen Schmierstoff. Vergleichen Sie Änderungen von Temperatur, Schwingungen und Geräuschentwicklung mit dem Normalzustand der Maschine. Ein einziges Wartungsintervall kann nicht für ein kleines abgedichtetes Motorlager, ein offenes Rollenlager und einen Drehring gleichermaßen gelten.
Gleitlager erfordern eine Wartung, die auf Werkstoff und Schmierregime abgestimmt ist. Prüfen Sie bei allen Bauarten neben dem Lager auch Dichtungen, Wellenfixierung und die umliegenden Abstützungen. Wird ein verschlissenes Lager ersetzt, ohne Verschmutzung, fehlerhafte Ausrichtung oder ungeeignete Passung zu beseitigen, kann der Ausfall erneut auftreten.
Häufig gestellte Fragen
Kann ich ein Lager gleicher Größe durch einen anderen Lagertyp ersetzen?
Nicht allein anhand der Abmessungen. Unterschiedliche Innenkonstruktionen können Lastaufnahme, axiale Führung, Steifigkeit und erforderliches Lagerspiel verändern. Selbst Lager mit gleicher Bohrung, gleichem Außendurchmesser und gleicher Breite können andere Wellenschultern, Montageverfahren oder Schmierung erfordern. Prüfen Sie vor einem Ersatz die vollständige Bezeichnung und die Anwendungsanforderungen.
Bedeutet C3, dass ein Lager präziser ist?
Nein. Bei einem Lager, für das diese Lagerspielklasse gilt, bezeichnet C3 ein internes Lagerspiel, das größer als Normal ist. Sie sagt nichts über die Laufgenauigkeit aus. Wählen Sie Lagerspiel und Präzision getrennt nach Passungen, Temperatur und den Genauigkeitsanforderungen der Maschine aus.
Erhöht eine höhere ABEC-Klassifizierung die Tragfähigkeit?
Nein. ABEC-Klassen beschreiben die Maß- und Laufgenauigkeit der entsprechenden Wälzlager mit Kugeln; sie legen jedoch weder die Tragzahl noch die Dichtungswirkung oder die zulässige Betriebsgeschwindigkeit direkt fest. Vergleichen Sie daher die Kennwerte des konkreten Produkts und die Einsatzbedingungen, anstatt die Präzisionsklasse als allgemeinen Leistungsindikator zu verwenden.
Benötigen Sie Unterstützung bei der Lagerauswahl?
Teilen Sie uns die Abmessungen von Welle und Gehäuse, die radialen und axialen Lasten, die Drehzahl, den Lastzyklus, die Betriebstemperatur und die Umgebungsbedingungen mit. Fügen Sie nach Möglichkeit die vorhandene Lagerbezeichnung und die Einbauskizze bei. Kontaktieren Sie uns , um geeignete Lageroptionen zu besprechen.
Über den Autor
