Was macht ein Wälzlager?

Maschinelle beziehungsweise industrielle Fertigungsprozesse kommen ohne Wälzlager nur selten aus. Es gibt sie daher in ganz unterschiedlichen Dimensionen und Varianten. Ihre vorrangige Aufgabe eines Wälzlagers besteht darin, Bauteile sachte und schonend zu bewegen und die dabei entstehende mechanische Reibung und Wärmeentwicklung zu minimieren.

Wenn das Lager Drehbewegungen überträgt, spricht man im Allgemeinen von einem Rotativlager. Im Falle von Längsbewegungen ist von einem Linearlager die Rede. Ein Gleitlager zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Achsen und das Lager gegeneinander auf einer Gleitfläche bewegen. Letztere kann zum Beispiel ein Schmierfilm oder eine feste Schicht aus Bronze oder Kunststoff sein, welche auf das Lager aufgebracht ist.

Bei einem Wälzlager bewegen sich die Bauteile mittels eines Innen- und Außenringes, die durch rollende Wälzkörper voneinander getrennt sind, aneinander vorbei. Die nahezu reibungsfreien Bewegungen erfolgen in aller Regel auf Laufbahnen aus gehärteten Stahlflächen. Da hierbei Drehbewegungen eine zentrale Rolle spielen, handelt es sich bei den sogenannten Wälzkörpern meistens um solche Bauformen:

• Walzen beziehungsweise Zylinder
• Kugeln
• Tonnenrollen
• Nadeln
• Kegelrollen.

Definition des Wälzlagers und seine vorrangigen Funktionen

Die Konstruktion und der Aufbau derartiger Lager sind relativ einfach und überschaubar. Die Hauptbestandteile sind:

• die Wälzkörper
• die Wälzkörper-Laufbahnen
• die Innen- und Außenringe
• der Käfig
• die Dichtungen
• ein Schmierstoff.

Der Lagertyp, also ob es sich zum Beispiel um ein Kugel- oder Nadellager handelt, ergibt sich aus der Form der Wälzkörper. Der sogenannte Käfig lässt sich am besten als stabile Halterung mit den Taschen für die Wälzkörper beschreiben. Moderne Lager zeichnen sich heute durchgehend durch das Vorhandensein eines solchen Käfigs, der die Wälzkörper in einem festen regelmäßigen Abstand zueinander hält, aus. Zum einen ist es sehr wichtig, dass diese sich nicht gegenseitig berühren (Reibungsverluste), und zum anderen dürfen sie auf keinen Fall aus ihren Lagern herausfallen.

Die Dichtungen verhindern den Austritt der Schmierstoffe und schützen zugleich vor Verunreinigungen.

Wälzlager gibt es in unterschiedlichen Bauformen

Wenn in der Produktion von Gütern wie Stahlträger oder Steinplatten Gleitreibung in Rollreibung überführt werden soll, kommen als Walzkörper meistens Tonnen, Kugeln, Zylinder- oder Kegelrollen zum Einsatz. Um eine optimale Kraftübertragung zu gewährleisten, wird eine entsprechende Bauweise der Wälzkörper gewählt.

Dabei wird strikt zwischen punkt- und linienberührenden Lagern unterschieden, wobei es um die beste Einstellung der Kontaktflächen geht. Bei punktberührenden Lagern ist die Kontaktfläche sehr klein und damit der Andruck groß, was zu einem hohen energetischen Wirkungsgrad führt. Anders ist es bei den linienberührenden Lagern mit ihren deutlich größeren Kontaktflächen, die dafür sorgen, dass sich große Kräfte übertragen lassen. Allerdings sind in diesem Fall zuweilen größere Reibungsverluste zu beklagen.

Charakteristische Eigenschaften der verschiedenen Wälzlager

Zu den gängigsten Kugellagern gehören:

• Rillen-Kugellager: Normierung gemäß DIN 625, gute Aufnahme radialer Kräfte
• Schräg-Kugellager: Aufnahme axialer und radialer Kräfte in einer bestimmten Richtung
• Pendel-Kugellager: Normierung gemäß DIN 630, Aufnahme radialer und axialer Belastungen.

In diesem Zuge sollten auch noch diese häufig eingesetzten Rollenlager erwähnt werden:

• Zylinder-Rollenlager: gemäß DIN 5412, große radiale Tragfähigkeit bei eher mäßiger axialer Belastbarkeit
• Kegel-Rollenlager: gemäß DIN 720 und ISO 355, radial und axial hochgradig belastbar
• Nadellager: gemäß DIN 617, (bei Platzmangel) nur radial belastbar.

Je nach den spezifischen Anforderungen können aber auch ganz andere Bauformen im Sinne eines Sonderlagers realisiert werden.

Anwendungsgebiete

Es gibt viele industrielle Fertigungsprozesse, bei denen die Geschwindigkeiten und Drehzahlen oftmals deutlich verändert werden müssen. In all diesen Fällen kommt man ohne Wälzlager gar nicht aus. Überall dort, wo Lagerungen sowohl in kleinen Drehzahlbereichen als auch unter großer Last möglichst reibungsarm zu bewegen sind, kommen diese Lager zum Einsatz. In all diesen Fällen wird Gleitreibung in die viel kleinere Rollreibung überführt.

Jene Anwendungen, bei denen große Drehzahlen bei eher geringen Kräften eine Rolle spielen, sind mit Kugellagern, die sich durch eine kleine Auflagefläche auszeichnen, gut bedient. Typisch dafür ist zum Beispiel die Handbohrmaschine. Bei einem Riesenrad müssen dagegen Rollenlager verbaut werden. Die Automobilindustrie kommt heute ohne Roboter nicht mehr aus. Auch diese bewegen sich in allen möglichen Richtungen auf der Grundlage verschiedener Wälzlager-Varianten.

Da das Wälzlager aufgrund der Rollbewegungen die Reibung deutlich reduziert, unterbindet es eine übermäßige Hitzeentwicklung. In der Folge ist Verschleiß kaum noch ein Thema, wobei der Bedarf an Schmierstoffen sehr überschaubar ist. Im Vergleich zu Gleitlagern beispielsweise ist der Wartungsaufwand beim Wälzlager sehr viel geringer.

Aufgrund der normierten Abmessungen lassen sich die Lager jederzeit einfach wie Module austauschen. Im Übrigen kann bei Bedarf die Drehrichtung ohne jegliche technische Modifikation unmittelbar auf rückwärts umgeschaltet werden, was bei vielen Prozessen einen zusätzlichen Freiheitsgrad bedeutet.