Was ist ein Pendellager?

Wenn eine Welle nicht exakt fluchtend zum Gehäuse sitzt — etwa aufgrund von Fertigungstoleranzen, thermischer Ausdehnung oder Durchbiegung unter Last — muss ein Lager diese Winkelfehlausrichtung ausgleichen, andernfalls kommt es zu einem vorzeitigen Ausfall. Genau diese Aufgabe übernimmt ein Pendellager.

Pendel- und Gelenklager sind ein Eintrag in einer langen Liste von Industriewälzlagern und Lagertypen, doch sie sind gezielt für genau dieses Problem ausgelegt.

Anders als die meisten Wälzlager, die für reine Drehbewegungen ausgelegt sind, stehen bei Pendellagern Fehlausrichtungen im Mittelpunkt des Designs. Dieser Leitfaden behandelt die beiden Hauptbauarten — Gelenklager und Pendelrollenlager — ihren Aufbau, die wesentlichen Unterschiede sowie die Auswahl des jeweils passenden Typs.

Was ist ein Pendellager?

Als Pendellager gilt jedes Lager, dessen Kontaktfläche als Kugelabschnitt ausgeführt ist und das dem Innen- und Außenring eine Relativbewegung in mehr als einer Ebene ermöglicht. Diese zusätzliche Bewegungsfreiheit stellt sicher, dass das Lager auch dann zuverlässig arbeitet, wenn Welle und Gehäuse nicht exakt fluchten.

Zwei unterschiedliche Lagerfamilien nutzen diese kugelige Geometrie; die präzise Unterscheidung ist wichtig, da die Begriffe online häufig synonym verwendet werden und so zu Verwechslungen führen:

• Gelenklager — die Laufflächen von Innen- und Außenring gleiten direkt aufeinander. Wälzkörper sind nicht vorhanden.

• Pendelrollenlager — zwischen den Ringen laufen zwei Reihen tonnenförmiger Rollen, die rollen statt zu gleiten.

Beide Bauarten gleichen Fehlausrichtungen aus. Sie unterscheiden sich jedoch darin, wie viel Schiefstellung sie vertragen, welche Drehzahlen möglich sind und wie sie gewartet werden müssen — genau darauf geht der weitere Leitfaden typweise und bauartbezogen ein.

Gelenklager

Aufbau und Komponenten

Ein Gelenklager besteht nur aus zwei beweglichen Teilen:

• Innenring — wird auf die Welle; sein Außendurchmesser ist zu einer konvexen kugelförmigen Oberfläche bearbeitet.

• Außenring — sitzt im Gehäuse; seine Bohrung ist zu einer passenden konkaven Kugelfläche bearbeitet.

Es gibt weder einen Käfig noch Wälzkörper wie bei Kugellagern oder Rollenlagern — die beiden kugelförmigen Flächen liegen direkt aufeinander auf.

• Stahl auf Stahl — erfordert regelmäßige Schmierung mit Fett, verträgt jedoch die höchsten statischen und stoßartigen Belastungen.

• PTFE-Verbundauskleidung — mit der Kugelfläche verbunden; läuft trocken und wartungsfrei, jedoch bei geringeren Grenzwerten für Last und Drehzahl.

• Sinterbronze — ein Mittelweg mit teilweiser Selbstschmierung und mittlerer Tragfähigkeit.

Diese einflächige Bauweise ist auch der Grund, warum Gelenklager größere Fehlausrichtungen vertragen als Pendelrollenlager — einige radiale Gelenklagerbaureihen erlauben bis zu 10–15°je nach Größe und Ausführung, gegenüber rund 1,5–3° bei Pendelrollenlagern.

Vollschnitt. Innen- und Außenring teilen sich eine gemeinsame sphärische Fläche — dazwischen befinden sich keine Wälzkörper.

Ausführungen

Neben dem Liner-Werkstoff werden Gelenklager in vier Lastaufrichtungen ausgeführt:

• Radial — trägt Radiallast überwiegend über die Welle. Dies ist die gebräuchlichste Ausführung.

• Schrägkontakt — die Gleitfläche ist zur Lagerachse geneigt und nimmt kombinierte Radial- und Axiallast in einer Richtung auf.

• Axial — ausgelegt für Axiallast, wenn die Belastung überwiegend in Wellenrichtung wirkt.

• Gelenkköpfe — ein Gelenklager, das in ein Gehäuse eingepresst ist und über einen integrierten Schaft mit Außengewinde oder Innengewinde eine Stange mit einem Drehpunkt verbindet.

Anwendungsbereiche

Da sie hohe Fehlausrichtungen sowie statische Lasten und Stoßlasten tolerieren, kommen Gelenklager überall dort zum Einsatz, wo sich ein Gelenk nur langsam bewegt oder eine exakte Ausrichtung nicht sichergestellt werden kann:

• Fahrwerks- und Lenkungsgestänge — muss sich über den gesamten Federweg mit der Fahrwerkskinematik mitbewegen.

• Stangenköpfe für Hydraulik- und Pneumatikzylinder — sie dienen als Gelenkverbindung zwischen Kolbenstange und Last.

• Gelenkverbindungen für Bau- und Landmaschinen — beispielsweise an Baggerlöffeln und Laderarmen.

• Steuergestänge in der Luftfahrt — hier kommen häufig Stangenköpfe zum Einsatz, die nach Spezifikationen wie AS81820 oder der NAS-Serie ausgeführt sind. Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu Gelenklagern für die Luftfahrt für detaillierte Angaben.

Bei der Auswahl eines Gelenklagers sollten Tragzahl, erforderlicher Schwenkbereich, Einsatzumgebung und erwartete Lebensdauer stets anhand der jeweiligen Baureihe geprüft werden — nicht aus einer allgemeinen Katalogangabe abgeleitet werden.

Pendelrollenlager

Aufbau und Komponenten

Ein Pendelrollenlager ist konstruktiv grundlegend anders aufgebaut als ein Gleitlager. Anstelle einer einzigen Gleitpaarung verfügt es über:

• Außenring — einen Ring mit einer gemeinsamen konkaven sphärischen Laufbahn für beide Rollenreihen.

• Innenring — einen Ring mit zwei Laufbahnen, die jeweils in einem Winkel zur Lagerachse angeordnet sind.

• Rollen — zwei Reihen tonnenförmiger Rollen, die in diesen Laufbahnen abrollen.

• Käfig — aus Blechstahl, bearbeitetem Messing oder Polymer, zur Führung der Rollen und zur Ausrichtung jeder Rollenreihe.

Da die Laufbahn des Außenrings sphärisch und nicht zylindrisch ausgeführt ist, können sich Innenring und beide Rollenreihen gemeinsam im Außenring ausrichten — das ist der Selbstausrichtungsmechanismus. Damit wird dasselbe Ziel wie bei einem Gelenklager auf grundsätzlich andere Weise erreicht: die Toleranz gegenüber Fehlausrichtung beruht auf der Geometrie und nicht auf einer einzelnen gleitenden Oberfläche.

Dargestellt ist der Querschnitt der oberen Hälfte; die untere Hälfte ist spiegelbildlich ausgeführt. Eine durchgehende Außenringlaufbahn bedient beide Reihen — lediglich der Innenring ist geteilt.

Ausführungen

Pendelrollenlager werden anhand von drei unabhängigen Merkmalen spezifiziert:

• Reihenanzahl — nahezu alle Ausführungen sind zweireihig; einreihige Pendelrollenlager sind zwar verfügbar, jedoch deutlich seltener.

• Bohrungsart — zylindrische Bohrung, direkt auf eine präzisionsgeschliffene Welle gepresst, oder Kegelbohrung, montiert mit Spannhülse, wenn die Welle nicht mit enger Toleranz bearbeitet werden kann.

• Abdichtung — offene Lager nutzen das interne Lagerspiel , damit das Fett zirkulieren kann und das Lager bei höheren Drehzahlen kühler läuft; abgedichtete Ausführungen ergänzen Dichtungen , die Schmierstoff im Lager halten und Verunreinigungen fernhalten, wobei ein Teil der Drehzahl zugunsten längerer Nachschmierintervalle aufgegeben wird.

Die meisten Industriekataloge — etwa die SKF-Serien 222, 223, 230, 231, 232 und 239 — gliedern ihr Sortiment an Pendelrollenlagern auf diese Weise zunächst nach Bohrungsart und Baureihenbreite, bevor die Abdichtungsvarianten behandelt werden.

Wofür werden Pendelrollenlager eingesetzt?

Pendelrollenlager bewähren sich in Anwendungen, die hohe Belastungen, Dauerrotation und eine Umgebung vereinen, in der eine perfekte Wellenfluchtung nicht realistisch ist:

• Getriebe und Vibrationssiebe — insbesondere im Bergbau und in der Aufbereitung von Gesteinskörnungen.

• Papiermaschinenwalzen — sowie andere Anwendungen mit langen Wellen, die zu Durchbiegung neigen.

• Hauptwellen und Getriebe von Windkraftanlagen.

• Vertikalpumpen und Rührwerke — bei denen das Lager neben der Radiallast auch das Eigengewicht in Axialrichtung aufnimmt.

Gelenklager vs. Pendelrollenlager

Wie Sie zwischen beiden Varianten wählen

Vier Fragen schränken die Auswahl schnell ein:

• Fehlausrichtung — mehr als wenige Grad, wie sie bei Federungs- und Gestängeanwendungen üblich sind, schließen in der Regel ein Pendelrollenlager aus.

• Bewegungsart — Gleitlager eignen sich für langsame Schwenk- und Oszillationsbewegungen; Wälzlager eignen sich für dauerhafte Rotation bei höherer Geschwindigkeit.

• Belastungsrichtung — eine radiale Belastung mit gelegentlichen Stoßspitzen spricht für ein Gleitlager; kombinierte radiale und axiale Belastung bei kontinuierlicher Rotation spricht für ein Wälzlager.

• Wartungszugang — ein abgedichtetes Wälzlager oder ein Gleitlager mit PTFE-Auskleidung reduziert jeweils die Nachschmierintervalle und ist besonders vorteilhaft, wenn die Anlage nur schwer zugänglich ist.

Im Zweifel sollte das Lager an die tatsächliche Bewegungsart des Gelenks angepasst werden, nicht allein an die aufgebrachte Last — genau dieser Abgleichfehler ist aus unserer Sicht der häufigste Auslegungsfehler.

Fazit

Gelenklager und Pendelrollenlager lösen dasselbe Grundproblem — die Fehlausrichtung — jedoch mit unterschiedlichen Wirkprinzipien: das eine gleitet, das andere rollt. Wenn Sie dieses Prinzip auf die tatsächliche Bewegung Ihres Gelenks und den verfügbaren Wartungszugang abstimmen, ergeben sich die erforderlichen Belastungswerte meist nahezu von selbst.

Benötigen Sie Unterstützung bei der Auswahl des passenden Lagers für Ihre Anwendung? Das Engineering-Team von LILY Bearing prüft Ihre Anforderungen an Last, Drehzahl und Fehlausrichtung und empfiehlt Ihnen das passende Gelenklager oder fertigt es bei Bedarf speziell für Ihre Anwendung.