Verschiedene Lagertypen erklärt: Eine vollständige Anleitung

Übersicht: Die wichtigsten Lagertypen und wie man sie auswählt

Lager sind mechanische Komponenten, die die Reibung zwischen beweglichen Teilen reduzieren und gleichzeitig radiale und/oder axiale Belastungen aufnehmen. Es gibt mehr als ein Dutzend verschiedene Lagertypen im allgemeinen industriellen Einsatz, jeweils für bestimmte Lastrichtungen, Geschwindigkeiten, Fehlausrichtungstoleranzen und Umgebungsbedingungen ausgelegt. Die Wahl des falschen Typs führt zu vorzeitigem Ausfall, übermäßiger Hitze oder unnötigen Kosten.

Der in allen Branchen am weitesten verbreitete Lagertyp ist das Rillenkugellager – geschätzt für seine Vielseitigkeit, Hochgeschwindigkeitsfähigkeit und geringe Reibung. Allerdings erfordern Anwendungen mit hohen Radiallasten, hohen Axiallasten, kombinierten Belastungen oder Wellenfehlausrichtungen jeweils einen anderen Lagertyp. Dieser Leitfaden deckt alle wichtigen Kategorien mit den Daten ab, die für eine fundierte Auswahl erforderlich sind.

Rillenkugellager: Der vielseitigste Lagertyp

Rillenkugellager (DGBB) sind der Maßstab, mit dem andere Lagertypen häufig verglichen werden. Sie bestehen aus einem Innenring, einem Außenring, einem Satz Kugeln und einem Käfig – mit tiefen Laufrillen, die es ihnen ermöglichen, sowohl radiale als auch mäßige axiale Belastungen in beide Richtungen aufzunehmen.

Konstruktion und wichtige Spezifikationen

Das charakteristische Merkmal ist die tiefe, durchgehende Nut, die sowohl im Innen- als auch im Außenring eingearbeitet ist. Diese Rillengeometrie ermöglicht es den Kugeln, im Verhältnis zu ihrer Größe eine große Kontaktfläche beizubehalten, was Folgendes ermöglicht:

• Radiale Belastbarkeit: Primäre Auslegungslast; je nach Lagergröße mäßig bis hoch
• Axiale Belastbarkeit: Bis zu ~50 % der radialen Nennlast in beide Richtungen – viel höher als bei den meisten anderen Kugellagertypen
• Geschwindigkeitsfähigkeit: Einer der höchsten aller Lagertypen; gängige Größen funktionieren routinemäßig 10.000–30.000 U/min oder höher
• Fehlausrichtungstoleranz: Sehr niedrig – normalerweise ±0,05° bis ±0,10° ; Welle und Gehäuse müssen exakt ausgerichtet sein
• Reibung: Sehr geringe Laufreibung – ideal für energieeffiziente Hochgeschwindigkeitsanwendungen

Häufige Varianten

• Offen (kein Siegel): Geringste Reibung; erfordert eine externe Schmierwartung
• Geschirmt (ZZ): Ein- oder beidseitige Metallabschirmungen; schützt vor groben Verunreinigungen, lässt etwas Schmiermittel austreten
• Versiegelt (2RS): Beidseitige Gummikontaktdichtungen; Vollständig geschlossene Fettschmierung, geeignet für kontaminierte Umgebungen
• Edelstahl: Für korrosive oder lebensmitteltaugliche Umgebungen
• Dünnschliff (Kaydon-Typ): Extrem kleiner Querschnitt für leichte oder platzbeschränkte Designs

Typische Anwendungen

Rillenkugellager sind die Standardwahl in Elektromotoren (praktisch alle Klein- und Integralmotoren verwenden sie), Pumpen, Getrieben, Haushaltsgeräten, Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge und Werkzeugmaschinenspindeln. Das SKF 6205-2RS – ein abgedichtetes DGBB mit 25 mm Bohrung – ist eines der am häufigsten produzierten Lager der Welt und findet sich in allem, von Waschmaschinen bis hin zu Förderrollen.

Schrägkugellager

Schrägkugellager (ACBB) sind für kombinierte radiale und axiale Belastungen ausgelegt, bei denen die axiale Komponente von Bedeutung ist. Die Kugeln kommen zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den Laufbahnen in Kontakt Kontaktwinkel – normalerweise 15°, 25° oder 40° — die das Verhältnis von axialer zu radialer Tragfähigkeit bestimmt.

• 15° Kontaktwinkel: Am besten für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit moderaten Axiallasten geeignet (z. B. Werkzeugmaschinenspindeln)
• 25° Kontaktwinkel: Ausgewogene radiale/axiale Fähigkeit; Allzweck-Kombinationsladung
• 40° Kontaktwinkel: Hohe axiale Belastbarkeit; Wird dort eingesetzt, wo Schubkräfte dominieren

Da sie bei radialer Belastung eine axiale Reaktionskraft erzeugen, werden Schrägkugellager fast immer eingesetzt Paare werden Rücken an Rücken (DB) oder gegenüberliegend (DF) montiert um den Schub in beide Richtungen zu bewältigen. Sie sind die Standardwahl für Werkzeugmaschinenspindeln, Kugelumlaufspindeln und Kfz-Radnaben (Vorderachse).

Zylinderrollenlager

Zylinderrollenlager verwenden zylindrische Wälzkörper, die einen Linienkontakt mit den Laufbahnen haben und nicht den Punktkontakt wie bei Kugellagern. Durch diesen Linienkontakt wird die Last auf eine viel größere Fläche verteilt und sorgt so für eine optimale Belastung Radiale Belastbarkeit um das 1,5- bis 3-fache höher als gleichwertige Rillenkugellager mit den gleichen Randabmessungen.

• NU/N-Typ: Keine axiale Lage von einem Ring; axial frei schwebend – ideal für die Aufnahme von Wärmeausdehnungen
• NJ/NF-Typ: Axiale Lage in einer Richtung; bewältigt begrenzten Schub in eine Richtung
• NUP-/NP-Typ: Axiale Lage in zwei Richtungen; Bewältigt mäßigen Schub in beide Richtungen

Auch Zylinderrollenlager bieten wir an Hochgeschwindigkeitsfähigkeit , gleich nach Kugellagern, da die Rollen und Laufbahnen mit sehr engen Toleranzen präzisionsgeschliffen werden können. Sie werden häufig in Elektromotoren, Turbinen, Getrieben und Walzwerken eingesetzt. Eine wesentliche Einschränkung ist ihre Fehlausrichtungstoleranz nahe Null – normalerweise under ±0.04°.

Kegelrollenlager

Kegelrollenlager sind für die Handhabung ausgelegt schwere kombinierte radiale und axiale Belastungen gleichzeitig . Sowohl die Rollen als auch die Laufbahnen sind konisch – alle konischen Flächen laufen in einem gemeinsamen Punkt auf der Lagerachse zusammen, was die geometrische Voraussetzung für reinen Wälzkontakt ist.

Der Kontaktwinkel (typischerweise 10° bis 30° ) bestimmt das Verhältnis der axialen zur radialen Kapazität. Ein steilerer Winkel trägt mehr Axiallast, erfordert aber eine höhere axiale Vorspannung, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Wie Schrägkugellager müssen auch Kegelrollenlager sein in gegensätzlichen Paaren verwendet weil sie axiale Belastungen nur in einer Richtung aufnehmen.

• Radiale Belastbarkeit: Sehr hoch – einer der höchsten aller Wälzlagertypen
• Axiale Belastbarkeit: Hoch in eine Richtung pro Lager; sehr hoch, wenn gepaart
• Geschwindigkeitsbewertung: Mäßig – niedriger als bei Zylinderrollen- oder Kugellagern aufgrund der Gleitreibung an der großen Endrippe der Rolle
• Vorspannungsanforderung: Muss während der Installation ordnungsgemäß vorgespannt werden; Eine falsche Vorspannung ist die Hauptursache für vorzeitigen Ausfall

Die vorherrschenden Anwendungen sind Kfz-Radlager, Fahrzeugdifferentiale, Achswellen und schwere Industriegetriebe. Die Timken 30206 Die Serie gehört zu den bekanntesten Kegelrollenlagerfamilien im Automobil- und Industriebereich.

Pendelrollenlager

Pendelrollenlager enthalten zwei Reihen tonnenförmiger Rollen, die auf einer gemeinsamen kugelförmigen Außenringlaufbahn laufen. Diese sphärische Außenlaufbahn ermöglicht dem Lager Selbstausrichtung bei Winkelfehlern von bis zu ±2° bis ±3° – Dies macht sie zur bevorzugten Wahl, wenn Wellendurchbiegung, Gehäuseverformung oder Installationsfehler unvermeidbar sind.

• Radiale Belastbarkeit: Sehr hoch – einer der höchsten unter allen Wälzlagertypen
• Axiale Belastbarkeit: Mäßig in beide Richtungen gleichzeitig
• Fehlausrichtungstoleranz: ±1° bis ±2,5° – das Beste aller Wälzlagertypen
• Geschwindigkeitsfähigkeit: Mäßig; geringer als Kugellager, aber ausreichend für die meisten schweren Industrieantriebe

Schwere Fördersysteme, Papierfabriken, Bergbaumaschinen, Brecher, Ventilatoren und Schiffspropellerwellen sind klassische Anwendungen für Pendelrollenlager. Sie werden überall dort eingesetzt, wo große Spannweiten zwischen den Stützen zu einer erheblichen Wellendurchbiegung führen oder eine präzise Ausrichtung schwierig zu erreichen oder aufrechtzuerhalten ist.

Nadellager

Nadellager verwenden Rollen mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 3:1 bis 10:1 — deutlich höher als bei herkömmlichen Zylinderrollen. Dieses schlanke Profil bietet Sehr hohe radiale Belastbarkeit bei äußerst kompaktem Querschnitt , was sie bei platzbeschränkten Designs unverzichtbar macht.

• Gezogener Becher (Schalentyp): Dünne Außenhülle aus Stahl gestanzt; Wird in Getriebeplanetensätzen und Kipphebelgelenken verwendet
• Käfigbaugruppen: Rollen in einem Käfig gehalten; Wird mit einer gehärteten Welle als Innenlaufbahn verwendet, um noch mehr Platz zu sparen
• Kombinierte Nadel/Schub: Nadelrollen-Radialelement kombiniert mit einer Anlaufscheibenbaugruppe für kompakte Handhabung kombinierter Lasten

Automobilgetriebe, Zweitaktmotoren (Pleuelstangenkopf), Hydraulikpumpen und Universalgelenke (U-Gelenke) sind primäre Nadellageranwendungen. Der Kompromiss ist Null Toleranz gegenüber Fehlausrichtung und Empfindlichkeit gegenüber Stoßbelastungen .

Drucklager: Kugeldrucklager und Rollendrucklager

Drucklager sind speziell für den Transport konzipiert reine oder überwiegend axiale (Schub-)Lasten parallel zur Wellenachse wirkend. Sie bieten eine geringe oder keine radiale Belastbarkeit und müssen in Kombination mit einem Radiallager verwendet werden, wenn beide Belastungsarten vorhanden sind.

Kugeldrucklager

Bestehend aus zwei Unterlegscheiben (Laufbahnen) und einem Satz Kugeln in einem Käfig. Einfach, wirtschaftlich und geeignet für mäßige Axiallasten bei relativ niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten. Kommt häufig in Lenksäulen, Barhockern und Lazy-Susan-Plattenspielern von Kraftfahrzeugen vor. Nicht für Hochgeschwindigkeitsanwendungen geeignet — Durch die Zentrifugalkraft geraten die Bälle bei hoher Drehzahl ins Schleudern.

Zylinder- und Kegelrollenlager

Verwenden Sie ggf. Rollen anstelle von Kugeln deutlich höhere axiale Belastbarkeit über Linienkontakt. Axialkegelrollenlager können sehr hohe axiale Belastungen bewältigen und werden in Kranhaken, Bohrgeräten und Schiffsdruckblöcken verwendet. Axial-Zylinderrollenlager werden in Werkzeugmaschinentischen und Pressen eingesetzt.

Axial-Pendelrollenlager

Kombinieren Sie eine sehr hohe axiale Belastbarkeit mit Selbstausrichtungsfähigkeit bis zu ±2° . Sie können auch mittlere radiale Belastungen aufnehmen. Wird in Drucklagern von Schiffspropellern, Vertikalpumpen und Extrudermaschinen verwendet, wo gleichzeitig hohe axiale Belastungen und eine gewisse Fehlausrichtung auftreten.

Selbstausrichtende Kugellager

Pendelkugellager verfügen über zwei Kugelreihen, die auf einer gemeinsamen kugelförmigen Außenringlaufbahn laufen – im Prinzip identisch mit Pendelrollenlagern, jedoch mit Kugeln anstelle von Rollen. Sie kommen entgegen ±1,5° bis ±3° Winkelfehler , mehr als Rillenkugellager, aber geringere radiale Belastbarkeit als Pendelrollenlager.

Ihr Hauptvorteil gegenüber Pendelrollenlagern ist geringere Reibung und höhere Geschwindigkeitsfähigkeit Dadurch eignen sie sich für leicht bis mäßig belastete Wellen mit Ausrichtungsunsicherheiten – typische Beispiele hierfür sind Landmaschinen, Textilmaschinen und Förderrollen.

Vergleich aller wichtigen Lagertypen

Die folgende Tabelle bietet einen direkten Vergleich der wichtigsten Leistungsparameter der wichtigsten Lagertypen, um Auswahlentscheidungen zu unterstützen:

So wählen Sie den richtigen Lagertyp aus: Ein praktischer Leitfaden

Die Auswahl des richtigen Lagertyps erfordert eine systematische Bewertung der Betriebsbedingungen. Befolgen Sie diese Schritte, um die richtige Auswahl einzugrenzen:

1. Bestimmen Sie die Belastungsrichtung: Nur Radial → Zylinderrolle oder DGBB. Nur axial → Axiallager. Kombiniert → Schrägkontakt, Kegelrolle oder Kugelrolle.
2. Belastungsgröße beurteilen: Leichte bis mittlere Belastung → Kugellager (geringere Reibung, höhere Geschwindigkeit). Schwere Lasten → Rollenlager (Linienkontakt, höhere Kapazität je Baugröße).
3. Arbeitsgeschwindigkeit bewerten: Hohe Drehzahlen (typischerweise über 3.000–5.000 U/min) bevorzugen Kugellager gegenüber Rollenlagern. Für sehr hohe Drehzahlen werden Rillen- oder Schrägkugellager bevorzugt.
4. Ausrichtungsbedingungen prüfen: Wenn die Durchbiegung der Welle oder die Fehlausrichtung des Gehäuses ±0,1° überschreitet, verwenden Sie selbstausrichtende Kugellager (leichte Lasten) oder Pendelrollenlager (schwere Lasten).
5. Berücksichtigen Sie Platzbeschränkungen: Enger radialer Raum → Nadellager. Dünner Axialschnitt → Dünnschnitt-Kugellager oder Anlaufscheiben.
6. Faktor in der Umgebung: Verschmutzung oder Abwaschung → abgedichtete Rillenkugellager oder abgedichtete Pendelrollenlager. Korrosive Umgebungen → Hybridlager aus Edelstahl oder Keramik.
7. Berechnen Sie die Lagerlebensdauer (L10): Verwenden Sie die grundlegende Lebensdauerformel nach ISO 281 mit der dynamischen Tragzahl (C) und der äquivalenten dynamischen Belastung (P) des ausgewählten Lagers. Ziel L10 ≥ 20.000 Stunden für die meisten industriellen Anwendungen.

Auswahl des Lagertyps nach Branche und Anwendung

Bestimmte Branchen und Anwendungstypen haben auf der Grundlage jahrzehntelanger Betriebserfahrung eine bewährte Auswahl an Lagertypen etabliert:

Überlegungen zur Lagerschmierung und Wartung nach Typ

Die Schmierungsanforderungen unterscheiden sich je nach Lagertyp erheblich und sind für die Erreichung der Nennlebensdauer von entscheidender Bedeutung. Über 50 % der vorzeitigen Lagerausfälle werden auf Schmierprobleme zurückgeführt – zu wenig, zu viel, falscher Typ oder verunreinigtes Schmiermittel.

• Rillenkugellager (sealed): Werksseitig mit lebenslangem Fett gefüllt – unter normalen Bedingungen ist bis zu keine Nachschmierung erforderlich 20.000 Stunden .
• Pendel- und Zylinderrollenlager (groß): In Getrieben typischerweise ölgeschmiert oder in regelmäßigen Abständen fettgeschmiert – jeweils nachschmieren 2.000–5.000 Stunden ist in industriellen Umgebungen üblich.
• Kegelrollenlager: Sowohl der Schmierstofftyp als auch die Vorspannung müssen sorgfältig beachtet werden – die Auswahl der Ölviskosität ist entscheidend; ISO VG 150–320-Öle sind typisch für industrielle Kegelrollenlageranwendungen.
• Nadellager: Oft durch Ölspritzer oder Ölnebel geschmiert; Bei Motoranwendungen sind sie auf den Motorölkreislauf angewiesen – eine ausreichende Ölversorgung ist nicht verhandelbar.
• Axiallager: Muss unter hoher axialer Belastung einen Ölfilm aufrechterhalten – bei stark belasteten Schubanwendungen wird im Allgemeinen die Ölschmierung der Fettschmierung vorgezogen.