Festlagerung versus Loslagerung

In den meisten Fällen sind zur Lagerung einer Welle zwei Lager notwendig. Die Lagerung lässt sich auf verschiedene Arten realisieren. Die einfachste und weit verbreitetste Form ist die Fest-/Loslagerung. Um ein sogenanntes statisch bestimmtes System zu erzeugen, muss die Welle fest gelagert sein, aber gleichzeitig die Fähigkeit aufweisen, thermische, konstruktive und belastungsbedingte Längenunterschiede und Ausdehnungen auszugleichen, ohne Eigenspannungen und/oder Verklemmungen in der Lagerung hervorzurufen.

Kriterien für die Festlagerposition: Wann ein Festlager?

Hierbei hat das Festlager die Aufgabe, die Welle radial abzustützen und axial in beide Richtungen zu führen.

• Axialkraftrichtung: Das Festlager muss dort sitzen, wo die dominanten Axialkräfte (z. B. durch Schrägverzahnungen, Riemen- oder Kettenzug) auftreten. Diese Kräfte werden oft von der Antriebsseite (z. B. Motor, Getriebe) eingeleitet.
• Steifigkeit und Präzision: Die Antriebsseite erfordert meist eine höhere Steifigkeit, um Spiel und Vibrationen zu minimieren (z. B. bei Spindeln oder Präzisionsgetrieben). Ein Festlager fixiert die Welle und reduziert Durchbiegungen.
• Wärmeausdehnung: Das Festlager sollte an der kälteren Seite der Welle platziert werden, da es axiale Ausdehnungen Richtung Loslager (meist auf der gegenüberliegenden Seite) zulässt. Antriebsseiten sind oft wärmer, aber durch konstruktive Maßnahmen (z. B. Dehnungsausgleich im Gehäuse) kann dies kompensiert werden.
• Montage und Zugänglichkeit: Die Antriebsseite ist häufig besser zugänglich für Wartung oder Einbau von Lagern mit engeren Toleranzen (z. B. Presssitz).

Warum Festlager oft an der Antriebsseite?

Kraftfluss: Antriebsseiten (z. B. Motorwelle, Getriebeausgang) leiten Drehmoment und Axialkräfte (z. B. durch Schrägkugellager oder Kegelrollenlager) direkt ein. Ein Festlager hier verhindert axiales Spiel und sichert die Kraftübertragung.

Beispiel Elektromotor: Bei einem Motor mit Riemenantrieb wirkt die Riemenspannung als Axialkraft auf die Welle. Ein Festlager auf der Antriebsseite (Riemenscheibe) nimmt diese Kraft auf, während das Loslager auf der gegenüberliegenden Seite (Lüfterseite) Ausdehnungen ausgleicht.

Ausnahmen: Bei längeren Wellen (z. B. in Werkzeugmaschinen) kann das Festlager auch in der Mitte platziert werden, um Durchbiegungen zu minimieren. Bei thermisch kritischen Anwendungen (z. B. Turbinen) wird das Festlager an der kälteren Seite positioniert.

Wann ein Loslager?

Gleichzeitig übernimmt das Loslager nur die radiale Abstützung. Die Hauptaufgaben sind:

• Axialverschiebung ausgleichen: Kompensiert Längenänderungen der Welle durch Wärmeausdehnung oder Montagetoleranzen. 

• Radialkräfte abstützen: Trägt wie das Festlager radiale Lasten, aber ohne axiale Fixierung.

• Spiel im System zulassen: Ermöglicht eine spannungsfreie Lagerung, indem es axiale Bewegungen Richtung Festlager erlaubt (z. B. 0,1–0,5 mm Spiel, abhängig von der Anwendung).

Konstruktive Gestaltung eines Loslagers

Lagerauswahl:

• Zylinderrollenlager (N-Serie): Ideal für reine Radialkräfte, da sie axial verschiebbar sind.
• Nadellager: Bei begrenztem Bauraum und hohen Radialkräften.
• Pendelkugellager: Wenn Fluchtungsfehler (Wellenverbiegung) ausgeglichen werden müssen.

Einbaubeispiel:

• Lose Passung im Gehäuse (z. B. H7-Toleranz), um axiale Verschiebung zu ermöglichen.
• Festsitz auf der Welle (z. B. k6), um Radialkräfte sicher zu übertragen.

Positionierung:

• Gegenüber dem Festlager, um die Wärmeausdehnung der Welle Richtung Loslager zu lenken.
• Nicht in Kraftflussrichtung dominanter Axialkräfte (z. B. nicht auf der Riemenzugseite).

Worauf ist bei der Konstruktion einer Festlagerung zu achten?

Als Festlager eignen sich alle Radiallager, die kombinierte Belastungen aus radialer und axialer Richtung aufnehmen können, beispielsweise Rillenkugellager. Es gibt aber auch Wälzlager mit geringerer axialer Lagerluft, welche in axialer Richtung eine steifere Lagerung erzeugen. Mit einem zweireihigen Schrägkugellager oder Schrägkugellagerpaar erzielt man zum Beispiel eine engere axiale Führung als mit einem Rillenkugellager oder Pendelrollenlager.

Worauf ist bei der Konstruktion einer Loslagerung zu achten?

Ideale Loslager sind Zylinderrollenlager, sowie Nadellager. Hier können sich die Wälzkörper axial frei auf der Laufbahn des bordlosen Lagerrings verschieben. Um eine Loslagerung mit einer anderen Lagerart zu realisieren, muss die axiale Verschiebbarkeit in der Passung zwischen Wälzlager und Welle, bzw. Wälzlager und Gehäuse umgesetzt werden. Hierfür wird der mit Punktlast beaufschlagte Lagerring lose gepasst. In der Praxis ist dies meist der Außenring.