Kugellager für Industrie und Technik

Kugellager eignen sich vor allem für Anwendungen mit hohen Drehzahlen sowie kombinierten radialen und axialen Belastungen. Rollenlager werden bevorzugt eingesetzt, wenn hohe Lasten aufgenommen werden müssen und die Tragfähigkeit wichtiger ist als die maximale Drehzahl.
Der wesentliche Unterschied liegt in der Kontaktfläche der Wälzkörper. Kugeln berühren die Laufbahnen punktförmig, wodurch Reibung und Wärmeentwicklung gering bleiben. Rollen besitzen dagegen eine linienförmige Kontaktfläche und können dadurch deutlich höhere Kräfte übertragen. Dies macht sie besonders geeignet für schwere Maschinen, Getriebe oder Anwendungen mit hohen Belastungen.
Die Auswahl hängt von mehreren Faktoren ab: Belastungsart, Belastungshöhe, Drehzahl, Einbauraum und gewünschte Lebensdauer. Für schnell laufende Anwendungen mit moderaten Lasten sind Kugellager meist die wirtschaftlichere Lösung. Bei hohen radialen Lasten oder stoßartigen Belastungen bieten Rollenlager häufig Vorteile hinsichtlich Tragfähigkeit und Betriebssicherheit.

Die Leistungsfähigkeit eines Kugellagers wird im Wesentlichen vom verwendeten Werkstoff, der Präzision bei der Fertigung sowie der Oberflächengüte der Laufbahnen und Wälzkörper bestimmt. Weiteren Einfluss haben Dichtungsmaterial und Befettung. Ein Wälzlager sollte immer so ausgewählt werden, dass es die geforderte Performance bieten kann, ohne dabei in der angestrebten Lebenszeit schadhaft zu werden oder auszufallen.

Materialien: Die Reinheit des Wälzlagerstahls spielt besonders bei hochbelasteten Lagern eine wesentliche Rolle, denn sie ist entscheidend für die Tragzahl des Wälzlagers. Darüber hinaus muss das Material auf die Umgebungsbedingungen der Applikation abgestimmt sein und beispielsweise die notwendige Beständigkeit gegen Korrosion, Chemikalien oder hohe Temperaturen aufweisen. Häufig empfiehlt sich in diesen Fällen der Einsatz von Sonderwerkstoffen wie Edelstahl, Kunststoff oder Keramik.

Maßgenauigkeit und Toleranzen bei der Produktion des Kugellagers sind ebenfalls wichtige Leistungskriterien. Dabei sollte die Präzisionsklasse des Lagers den erlaubten Toleranzen der Anwendung entsprechen. Vor allem bei Spindellagern, die in hochpräzisen Bearbeitungszentren zum Einsatz kommen, ist dies von entscheidender Bedeutung.

Oberflächengüte und Profilierung der Laufbahnen sowie Oberflächenqualität und Kugelgeometrie der Wälzkörper bestimmen die Laufeigenschaften des Kugellagers. Dieser Einfluss steigt mit der Drehzahl. Entsprechend sind diese Kriterien bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen von entscheidender Bedeutung. Es gilt: Mit der steigender Rauigkeit der Oberfläche steigt auch die Temperatur des Lagers im Betrieb und damit die Gefahr von Verschleiß, Schäden und Ausfall.

Dichtung und Befettung sind vor allem dann ein wichtiges Leistungskriterium, wenn das Wälzlager in rauen Umgebungen zum Einsatz kommen soll. Hier bietet die passende Dichtung Schutz gegen Schmutz, Staub, Feuchtigkeit und aggressive Medien. Die Befettung sichert die gewünschten Laufeigenschaften und reduziert gleichzeitig den Verschleiß auf ein Minimum. Eine besondere Herausforderung ist die Wahl des passenden Schmierstoffes, wenn das Lager unter extrem hohen oder niedrigen Temperaturen eingesetzt wird. Viskosität und thermische Beständigkeit des Fettes sind in diesem Zusammenhang von entscheidender Bedeutung.

Lager mit berührenden Dichtungen eignen sich besonders für Umgebungen mit Feuchtigkeit, Staub oder Schmutz. Lager mit berührungslosen Deckscheiben werden bevorzugt bei höheren Drehzahlen eingesetzt, wenn der Schutz vor groben Verunreinigungen ausreichend ist.

Berührende Dichtungen schließen den Lagerinnenraum weitgehend ab und verhindern das Eindringen von Schmutz sowie das Austreten von Schmierstoff. Dadurch erhöhen sie die Betriebssicherheit in anspruchsvollen Umgebungen. Gleichzeitig entsteht jedoch zusätzliche Reibung, wodurch die maximal erreichbare Drehzahl etwas reduziert wird.

Deckscheiben arbeiten nahezu berührungslos und verursachen nur geringe Reibungsverluste. Sie eignen sich daher besonders für schnell laufende Anwendungen in sauberen Betriebsbedingungen. Die Wahl der Ausführung sollte sich an Umgebungsbedingungen, Drehzahl, Wartungsanforderungen und gewünschter Lebensdauer orientieren.

Die erforderliche Präzision eines Lagers richtet sich nach den Anforderungen der Anwendung. Für viele Standardanwendungen sind normale Maß- und Laufgenauigkeiten ausreichend. Höhere Präzisionsklassen werden eingesetzt, wenn besonders geringe Rundlaufabweichungen, hohe Drehzahlen oder eine exakte Positionierung erforderlich sind.

Maßtoleranzen bestimmen, wie stark die tatsächlichen Abmessungen eines Lagers von den Nennmaßen abweichen dürfen. Zusätzlich spielen Form- und Laufgenauigkeiten eine wichtige Rolle. Je höher die Präzisionsklasse, desto geringer sind diese Abweichungen. Dadurch lassen sich Schwingungen, Geräusche und Ungenauigkeiten im Betrieb reduzieren.

Eine unnötig hohe Präzision erhöht jedoch die Kosten, ohne einen technischen Nutzen zu bieten. Deshalb sollte die Toleranzklasse immer auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgestimmt werden. Kriterien sind insbesondere Drehzahl, Belastung, Laufruhe, Positioniergenauigkeit und Lebensdauer.

Rillenkugellager sind vielseitig verwendbare, selbsthaltende Lager mit massiven Außenringen, Innenringen und Kugelkränzen. Diese einfach aufgebauten, im Betrieb unempfindlichen und wartungsfreundlichen Produkte gibt es ein- und zweireihig sowie offen und abgedichtet. Durch ihr sehr niedriges Reibmoment eignen sich Rillenkugellager für hohe und höchste Drehzahlen.

Axial-Rillenkugellager bestehen aus Wellenscheiben, Gehäuse¬scheiben und Kugelkränzen. Die Lager sind nicht selbsthaltend; Kugelkranz und Lagerscheiben können dadurch unabhängig voneinander montiert werden. Neben Baureihen mit ebenen Scheiben gibt es zum Ausgleich statischer Winkelfehler auch Reihen mit kugeligen Gehäusescheiben. Axial-Rillenkugellager gibt es einseitig und zweiseitig wirkend. Beide Ausführungen nehmen hohe axiale Kräfte auf, dürfen jedoch radial nicht belastet werden.

Pendelkugellager sind zweireihige Wälzlager. Sie bestehen aus einem Innenring mit zwei Kugellaufbahnen und einem Außenring, dessen Laufbahn die Form einer Hohlkugel besitzt. Dadurch wird eine Winkelbeweglichkeit möglich, die zum Ausgleich von Schiefstellungen, Wellendurchbiegungen oder Fluchtungsfehlern genutzt werden kann.

Schrägkugellager haben in Richtung der Lagerachse gegeneinander versetzt angeordnete Laufbahnen im Innen- und Außenring. Sie sind für Lagerungen konzipiert, die kombinierte Belastungen wie etwa gleichzeitig wirkende Radial- und Axialbelastungen aufnehmen müssen. Die axiale Tragfähigkeit der Schrägkugellager nimmt mit der Größe des Berührungswinkels zu.

Spindellager sind einreihige Schrägkugellager, bestehend aus massiven Außen- und Innenringen und Kugelkränzen mit Massiv-Fensterkäfigen. Sie sind nicht zerlegbar. Die Lager sind in offenen und abgedichteten Versionen lieferbar. Spindellager haben eingeengte Toleranzen für Anschlussmaße und Rundlaufgenauigkeit. Sie eignen sich besonders für Lagerungen mit höchsten Anforderungen an die Führungsgenauigkeit und Drehzahleignung. Bestens bewährt haben sie sich zur Lagerung der Spindeln bei Werkzeugmaschinen.

Das Schulterkugellager ist eine spezielle und zerlegbare Form des Rillenkugellagers. Es hat nur eine geringe Tragfähigkeit in radialer und in einseitig axialer Richtung und wird für Geräte mit geringen Belastungen verwendet, wie zum Beispiel Messgeräte und Haushaltsgeräte.

Kugellager sollten stets sauber, spannungsfrei und mit geeignetem Werkzeug montiert werden. Die Montagekraft darf nur auf den Lagerring übertragen werden, der die Presspassung erhält. Direkte Schläge auf Wälzkörper oder Käfig sind zu vermeiden.

Vor der Montage müssen Welle, Gehäuse und Lager auf Sauberkeit und Beschädigungen geprüft werden. Je nach Passung erfolgt die Montage mechanisch, hydraulisch oder durch Erwärmung des Lagers. Bei Presssitzen ist auf eine gleichmäßige Krafteinleitung zu achten, um Verformungen und Vorschäden zu verhindern.

Kugellager können hochpräzise und wirtschaftlich hergestellt werden, dabei sind die Produkte besonders geräuscharm und können sehr hohe Drehzahlen erreichen. Die Einsatzbereiche für Kugellager sind daher so vielfältig und verschieden, wie die einzelnen Kugellagertypen selbst. Unter anderem findet man Kugellager in verschiedenen Industriemaschinen wie Förderbändern, Druckmaschinen oder CNC-Bearbeitungszentren, aber auch in Elektromotoren und Drehgebern oder Werkzeugspindeln Verwendung. Außerdem kommen sie in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Bahntechnik und Marine zum Einsatz und finden in Anwendungen der Medizintechnik ebenso Verwendung wie in Windkraftanlagen, der Elektronik sowie in Sport- und Haushaltsgeräten.

Übersicht wichtiger Normen für Kugellager (Auszug):