Arten von Lagern erklärt: Haupttypen, Anwendungen & Gehäuse

Lager sind unverzichtbare Komponenten in nahezu jeder Anwendung mit rotierenden Maschinen, von komplexen Luft- und Raumfahrtsystemen bis hin zu einfachen Haushaltsgeräten. Ihre grundlegende Rolle besteht darin, die Reibung zwischen beweglichen Teilen zu reduzieren, Rotationslasten zu unterstützen und die Bewegung von Maschinenelementen präzise zu führen. Die Auswahl des richtigen Lagertyps ist entscheidend für die Gewährleistung der Langlebigkeit, Effizienz und Zuverlässigkeit jedes mechanischen Systems. Dieser Artikel bietet eine detaillierte Untersuchung der Haupttypen von Lagern, ihrer spezifischen Anwendungen und der verschiedenen Gehäuseanordnungen, die zu ihrer Unterstützung verwendet werden.

I. Die Kernfunktion und Konstruktionsprinzipien

Ein Lager arbeitet, indem es eine Last von einem beweglichen Teil (wie einer Welle) auf ein stationäres Teil (wie ein Maschinengehäuse) überträgt. Diese Übertragung erfolgt mit minimaler Reibung, was der Schlüssel zur Energieeffizienz und zum Wärmemanagement ist. Lager werden hauptsächlich nach der Art der Bewegung, die sie zulassen, und der Richtung der Last, für die sie ausgelegt sind, kategorisiert. Die beiden Hauptkategorien sind:

Wälzlager (Reibungsarme Lager):Diese verwenden Wälzkörper (Kugeln, Rollen oder Nadeln), um die Innen- und Außenringe zu trennen und Gleitreibung in viel geringere Rollreibung umzuwandeln.

Gleitlager (Gleitlager):Diese arbeiten durch direkten Kontakt, oft geschmiert durch einen dünnen Ölfilm oder ein anderes Fluid, um eine hydrodynamische oder hydrostatische Trennung zu erzeugen, oder durch die Verwendung von selbstschmierenden Materialien.

II. Haupttypen von Wälzlagern

Wälzlager sind die häufigste Art in Industrie- und Automobilanwendungen, kategorisiert nach der Form des Wälzkörpers und ihrer Fähigkeit, verschiedene Lastarten (radial, axial oder kombiniert) zu bewältigen.

A. Kugellager

Kugellager verwenden kugelförmige Kugeln als Wälzkörper. Sie sind die häufigste Art aufgrund ihrer Vielseitigkeit und der relativ geringen Kosten.

Rillenkugellager: Der am weitesten verbreitete Typ. Sie sind sehr vielseitig und hervorragend geeignet für radiale Lasten (senkrecht zur Welle) und moderate axiale Lasten (parallel zur Welle) in beide Richtungen. Anwendungen umfassen Elektromotoren, Getriebe und Haushaltsgeräte.

Schrägkugellager: Konstruiert mit relativ zueinander versetzten Laufbahnen, wodurch sie ideal für die Handhabung hoher kombinierte Lasten (gleichzeitige radiale und axiale Lasten) sind. Sie werden typischerweise paarweise verwendet und sind entscheidend in Hochgeschwindigkeits-, Hochpräzisionsanwendungen wie Werkzeugmaschinenspindeln und Kfz-Radnaben.

Pendelkugellager:Verfügen über einen Außenring mit einer durchgehenden sphärischen Laufbahn, wodurch sich der Innenring und die Wälzkörper drehen können. Dies kompensiert Wellenausrichtungsfehler und Montagefehler. Sie eignen sich für leichte bis moderate Lasten in Maschinen, bei denen die Ausrichtung schwer aufrechtzuerhalten ist.

B. Rollenlager

Rollenlager verwenden zylindrische, konische oder sphärische Rollen, die eine größere Kontaktfläche als Kugeln haben. Dies ermöglicht es ihnen, deutlich höhere Lasten zu tragen als Kugellager gleicher Größe.

Zylinderrollenlager: Verwenden Rollen, die länger als ihr Durchmesser sind. Sie haben eine sehr hohe radiale Tragfähigkeit und eignen sich hervorragend für hohe Drehzahlen. Sie bewältigen jedoch im Allgemeinen wenig bis keine axiale Last. Verwendung in Walzwerken, Industriegetrieben und großen Elektromotoren.

Pendelrollenlager: Diese verfügen über zwei Reihen tonnenförmiger Rollen in einer sphärischen Außenringlaufbahn. Wie Pendelkugellager können sie erhebliche Winkelfehlausrichtungen ausgleichen, sind aber so konzipiert, dass sie extrem hohe radiale und axiale Lasten bewältigen. Unverzichtbar in anspruchsvollen Umgebungen wie Windkraftanlagen, Papiermaschinen und Bergbauausrüstung.

Kegelrollenlager: Verfügen über Rollen und Laufbahnen, die konisch zulaufen. Diese Konstruktion macht sie einzigartig geeignet, um sehr hohe kombinierte Lasten—sowohl große radiale als auch große axiale Kräfte—zu bewältigen. Sie werden vorwiegend in Fahrzeugachsen, Getrieben und Landmaschinen eingesetzt.

Nadellager:Eine Art von Zylinderrollenlager, bei dem die Rollen im Verhältnis zu ihrer Länge sehr dünn sind (Nadeln). Sie bieten eine sehr hohe Tragfähigkeit im Verhältnis zu ihrem Querschnitt und sind somit ideal für Anwendungen mit begrenztem radialem Raum, wie z. B. Automobilgetriebe und Kreuzgelenke.

III. Haupttypen von Gleitlagern

Gleitlager verwenden keine Wälzkörper. Sie basieren auf einer Gleitfläche, die oft durch einen Schmierfilm getrennt oder aus Materialien mit inhärent geringer Reibung hergestellt wird.

Gleitlager (Buchsenlager):Der gebräuchlichste Typ, sie sind zylindrisch und umgeben die rotierende Welle (Zapfen). Sie basieren auf dem Druck, der durch eine rotierende Welle innerhalb eines Fluidfilms (Öl oder Fett) erzeugt wird, um den Kontakt zu verhindern. Entscheidend in großen, Hochleistungsmaschinen wie Verbrennungsmotoren (Pleuel- und Hauptlager) und großen Pumpen.

Axiallager: Konzipiert, um ausschließlich axiale Lasten zu bewältigen. Sie sind oft Ringe oder Unterlegscheiben. Anwendungen umfassen die Unterstützung vertikaler Wellen und die Verhinderung der seitlichen Bewegung von Wellen unter axialer Kraft.

Hydrostatische und hydrodynamische Lager: Dies sind hochentwickelte Gleitlager. Hydrodynamische Lager erzeugen den Schmierfilm durch die relative Bewegung der Oberflächen. Hydrostatische Lager verwenden eine externe Pumpe, um Druckflüssigkeit einzuspritzen, wodurch ein Film entsteht, selbst wenn die Welle stillsteht, was eine überlegene Steifigkeit und Präzision in Werkzeugmaschinentischen und Teleskopen bietet.

IV. Lageranwendungen nach Lastart

Der kritischste Faktor bei der Lagerauswahl ist das Lastprofil:

V. Lagergehäuse und -unterstützung

Das Lagergehäuse, oft als Sockel oder Stehlager bezeichnet, ist die strukturelle Komponente, die den Außenring des Lagers am Rahmen der Maschine befestigt, die richtige Ausrichtung gewährleistet und den notwendigen Zugang zur Schmierung bietet.

Stehlagergehäuse:Dies ist ein Gehäuse vom Sockeltyp, bei dem das Lager auf einer Ebene parallel zur Welle sitzt. Sie werden typischerweise für Industrieanlagen verwendet, bei denen die Welle zwischen zwei Punkten gelagert wird, wie z. B. Förderer und Ventilatoren. Sie sind oft geteilt (zwei Teile) für einfache Installation und Wartung.

Flanschgehäuse:Konzipiert, um senkrecht zu einem Maschinenrahmen montiert zu werden, ähnlich einem Flansch oder einer Platte. Sie werden häufig verwendet, wenn die Welle durch eine Wand oder Seitenwand einer Maschine verläuft, wie z. B. in Vorschubrollen oder leichten Mischern.

Nachstellgehäuse:Wird für Anwendungen verwendet, bei denen die Welle gespannt oder eingestellt werden muss, typischerweise in Fördersystemen, bei denen die Riemenspannung manuell reguliert werden muss.

Das Gehäuse bietet nicht nur mechanische Unterstützung, sondern gewährleistet auch die Integrität des Schmiersystems, indem es das Lager durch die Verwendung von Dichtungen vor Verunreinigungen wie Staub und Feuchtigkeit schützt und Anschlüsse für die Nachfüllung von Fett oder Öl bereitstellt. Eine ordnungsgemäße Abdichtung und Gehäuseauswahl sind ebenso wichtig wie das Lager selbst, um die vorgesehene Betriebsdauer zu erreichen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Welt der Lager vielfältig und spezialisiert ist und von einfachen Kugellagern in Anwendungen mit geringer Belastung bis hin zu komplexen hydrostatischen Systemen in Hochpräzisionsmaschinen reicht. Das Verständnis des Unterschieds zwischen Wälzlagern und Gleitlagern sowie der spezifischen Lastaufnahmeeigenschaften jedes Typs ist grundlegend für die mechanische Konstruktion und Wartung und wirkt sich direkt auf die Leistung und Langlebigkeit jeder rotierenden Ausrüstung aus.