Wälzlager

Ein Wälzlager ist ein Maschinenelement, das bewegte Bauteile wie Wellen, Achsen oder Drehtische führt und die auftretenden Kräfte in die umgebende Konstruktion überträgt. Zwischen zwei Laufbahnen rollen Wälzkörper ab, also Kugeln oder Rollen. Weil sie rollen statt zu gleiten, bleibt die Reibung gering, auch beim Anlaufen aus dem Stillstand. Damit unterscheidet sich das Wälzlager grundlegend vom Gleitlager, bei dem zwei Flächen aufeinander gleiten. Warum Wälzlager in den meisten Anwendungen die bessere Wahl sind, erklärt der Beitrag Warum Wälzlager?.

Diese Seite gibt einen Überblick über die Arten von Wälzlagern, die Kriterien für die Auswahl und die Bauformen, die Franke entwickelt und fertigt.

Aufbau eines Wälzlagers

Ein klassisches Wälzlager besteht aus Innenring, Außenring, Wälzkörpern und Käfig. In die Ringe sind die Laufbahnen eingearbeitet, auf denen die Wälzkörper abrollen. Der Käfig hält die Wälzkörper auf Abstand und verhindert, dass sie aneinander reiben. Je nach Ausführung kommen Dichtungen hinzu, die den Schmierstoff im Wälzlager halten und Schmutz fernhalten.

Beim Drahtwälzlager von Franke entfallen die massiven Ringe: Die Wälzkörper laufen auf gehärteten Stahldrähten, die in die Anschlusskonstruktion eingelegt werden. Die Lagerung wird so Teil der Konstruktion.

Arten von Wälzlagern

Wälzlager lassen sich nach drei Merkmalen einteilen: nach der Form der Wälzkörper, nach der Hauptlastrichtung und nach der Bauform. In der Praxis überschneiden sich diese Gruppen. Ein Schrägkugellager ist zum Beispiel ein Kugellager, das gleichzeitig radiale und axiale Kräfte aufnimmt.

Nach Wälzkörper: Kugellager und Rollenlager

Kugellager nutzen Kugeln als Wälzkörper. Der punktförmige Kontakt zur Laufbahn sorgt für geringe Reibung und erlaubt hohe Drehzahlen. Kugellager sind der am häufigsten eingesetzte Wälzlagertyp.

Rollenlager nutzen Rollen. Der linienförmige Kontakt verteilt die Last auf eine größere Fläche, deshalb tragen Rollenlager bei gleicher Größe höhere Lasten. Je nach Rollenform unterscheidet man Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Tonnenrollenlager und Nadelrollenlager.

Nach Lastrichtung: Radiallager, Axiallager und Schräglager

Radiallager nehmen überwiegend Kräfte senkrecht zur Drehachse auf, ein typisches Beispiel ist das Radialkugellager. Axiallager sind für Kräfte in Richtung der Drehachse ausgelegt. Dazwischen liegen Wälzlager mit Druckwinkel wie das Schrägkugellager, das kombinierte Lasten aufnimmt.

Für Lagerungen, die Radialkräfte, Axialkräfte in beide Richtungen und Kippmomente gleichzeitig aufnehmen müssen, eignen sich das Vierpunktlager mit einer Kugelreihe oder Wälzlager mit kreuzweise angeordneten Rollen. Beide Bauarten ersetzen in vielen Anwendungen eine Kombination aus zwei Wälzlagern.

Nach Bauform: Dünnringlager, Großwälzlager und Drahtwälzlager

Dünnringlager haben einen sehr kleinen Querschnitt im Verhältnis zum Durchmesser und eignen sich für beengte Bauräume und große Hohlwellen. Großwälzlager und Drehverbindungen sind einbaufertige Einheiten mit großem Durchmesser, oft mit Anschlussbohrungen und Verzahnung. Das Drahtwälzlager ist eine eigene Bauform, bei der die Laufbahnen aus Draht bestehen.

Wälzlagerarten im Vergleich

Das passende Wälzlager auswählen

Welches Wälzlager zu einer Anwendung passt, hängt von mehreren Faktoren ab, die sich gegenseitig beeinflussen:

• Belastung: Größe und Richtung der Kräfte, Kippmomente, Stöße und Vibrationen.
• Drehzahl und Dynamik: Hohe Drehzahlen sprechen für Kugeln, hohe Lasten bei mäßigen Drehzahlen für Rollen.
• Genauigkeit und Steifigkeit: Laufgenauigkeit, Lagerspiel oder Vorspannung und die zulässige Verformung unter Last. Mehr dazu unter Lagertoleranzen.
• Bauraum und Gewicht: Verfügbarer Querschnitt, Durchmesser und Gewichtsvorgaben, etwa in Robotik oder Luftfahrt.
• Umgebung: Temperatur, Verschmutzung, Feuchtigkeit, Vakuum oder Magnetfelder. Hier entscheiden Werkstoff, Dichtung und Schmierung.
• Wartung und Lebensdauer: Schmierintervalle, Zugänglichkeit und die geforderte Laufzeit.

Standardwälzlager oder individuelles Wälzlager?

Für viele Anwendungen reicht ein genormtes Wälzlager aus dem Katalog. Sobald aber der Bauraum knapp ist, der Durchmesser groß wird, das Gewicht zählt oder besondere Werkstoffe gefordert sind, stößt die Katalogware an Grenzen. Dann wird die Konstruktion um das Wälzlager herum gebaut statt umgekehrt.

Ein individualisierbares Wälzlager wird dagegen auf die Anwendung abgestimmt: Durchmesser, Querschnitt, Werkstoff der Anschlusskonstruktion, Wälzkörper und Drehwiderstand. Franke entwickelt und fertigt solche Wälzlager im Individualprogramm.

Wälzlager von Franke: Bauformen und Produktlinien

Grundlage aller Franke Wälzlager ist das Drahtwälzlager Prinzip. Die Laufringe aus gehärtetem Federstahl federn Stöße und Vibrationen ab und gleichen leichte Verformungen der Anschlusskonstruktion aus, etwa durch Temperaturänderungen. Das Wälzlager läuft ohne Lagerspiel, der Drehwiderstand ist einstellbar. Weil die Anschlusskonstruktion frei gestaltet werden kann, lassen sich Gewicht und Bauraum des Gesamtprodukts deutlich reduzieren.

Drahtwälzlager zum Einbau

• Typ LEL: Kugellager mit geschliffenen Laufbahnen für höchste Laufruhe und Präzision, Durchmesser 70 bis 150 mm
• Typ LER: wirtschaftliches Kugellager mit profilierten Laufbahnen für mittlere Drehzahlen und Genauigkeiten, Durchmesser 40 bis 150 mm
• Typ LEW: Rollenlager mit kreuzweise angeordneten Laufrollen für hohe Steifigkeit und Momentenlasten, Durchmesser 150 bis 400 mm
• Typ LSA: Dünnringlager mit geringer Wandstärke für beengte Bauräume, Innendurchmesser 3 bis 15 Zoll

Einbaufertige Drehverbindungen

• Typ LVA und Typ LVB: Stahlausführung für radiale, axiale und kombinierte Lasten, LVB mit höherer Tragzahl, Durchmesser 100 bis 1.800 mm
• Typ LVC: zweireihiges Schrägkugellager aus Stahl für hohe Axiallasten, Durchmesser 100 bis 1.800 mm
• Typ LVD: Stahlausführung mit Außenverzahnung für motorisierten Antrieb, Durchmesser 100 bis 1.800 mm
• Typ LVE: Aluminiumausführung mit Zahnriemenverzahnung, leichte Bauweise, Durchmesser 100 bis 1.800 mm
• Typ LVG: zweireihiges Schrägrollenlager aus Aluminium mit hoher Momententragfähigkeit, Durchmesser 200 bis 400 mm
• Typ LVW: Rollenlager aus eloxiertem Aluminium mit kreuzweise angeordneten Laufrollen, Durchmesser 200 bis 500 mm

Drehtische und Direktantriebe

• Typ LTA und Typ LTB: Drehtische mit Schneckengetriebe
• Typ LTD: spielfreier Direktantrieb mit Torquemotor ohne Getriebe, für höchste Dynamik und Positioniergenauigkeit

Alle Produkte im Überblick: Produktübersicht Wälzlager

Einsatzbereiche von Wälzlagern

Franke Wälzlager werden unter anderem eingesetzt in Maschinenbau, Robotik und Handling, Automatisierungstechnik und Halbleiterfertigung, Messtechnik und Prüftechnik, Apparatebau und Gerätebau, Verpackungsmaschinen, Intralogistik, Fahrzeugbau, Energiegewinnung, Sicherheitstechnik und Textilmaschinen. In der Medizintechnik laufen Franke Direktantriebe in Computertomographen namhafter Hersteller. Beispiele und Anforderungen der einzelnen Branchen zeigt die Übersicht Anwendungen für Wälzlager.

Häufige Fragen zu Wälzlagern

Welche Arten von Wälzlagern gibt es?

Wälzlager werden nach der Form der Wälzkörper in Kugellager und Rollenlager eingeteilt, nach der Lastrichtung in Radiallager, Axiallager und Schräglager und nach der Bauform zum Beispiel in Dünnringlager, Großwälzlager und Drahtwälzlager. Zu den bekanntesten Typen zählen Rillenkugellager, Schrägkugellager, Vierpunktlager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager und Nadelrollenlager.

Was ist der Unterschied zwischen Radiallager und Axiallager?

Ein Radiallager nimmt überwiegend Kräfte auf, die senkrecht zur Drehachse wirken, zum Beispiel das Gewicht einer Welle. Ein Axiallager ist für Kräfte in Richtung der Drehachse ausgelegt. Schrägkugellager und Vierpunktlager nehmen beide Kraftrichtungen auf.

Was ist ein Drahtwälzlager?

Bei einem Drahtwälzlager laufen die Wälzkörper nicht auf massiven Ringen, sondern auf gehärteten Stahldrähten, die in die Anschlusskonstruktion eingelegt werden. Die Lagerung wird so Teil der Konstruktion, das spart Bauraum und Gewicht. Das Prinzip wurde von Erich Franke entwickelt.

Wie wähle ich das passende Wälzlager aus?

Entscheidend sind Größe und Richtung der Belastung, Drehzahl, geforderte Genauigkeit und Steifigkeit, verfügbarer Bauraum, Gewicht sowie Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Verschmutzung. Bei Sonderanforderungen lohnt sich die Beratung durch einen Hersteller wie Franke.

Wann lohnt sich ein individuell gefertigtes Wälzlager?

Immer dann, wenn ein Standardwälzlager den Bauraum, das Gewicht, den Durchmesser oder die Werkstoffanforderungen nicht erfüllt. Ein individuelles Wälzlager wird auf die Konstruktion abgestimmt, statt die Konstruktion an das Wälzlager anzupassen.

Weitere Begriffe im Franke-Glossar: Kugellager | Rollenlager | Drahtwälzlager | Individualisierbare Wälzlager

Mehr zu Franke Wälzlagern: Produktübersicht Wälzlager | Das Franke Prinzip | Individualprogramm