So wählen Sie ein Lager aus

Heutzutage gibt es viele verschiedene Arten von Lagern, über deren Unterschiede es nur sehr wenige Informationen gibt.Vielleicht haben Sie sich schon einmal gefragt: „Welches Lager eignet sich am besten für Ihre Anwendung?“Oder „Wie wähle ich ein Lager aus?“Dieser Artikel hilft Ihnen bei der Beantwortung dieser Fragen.
Zunächst müssen Sie wissen, dass die meisten Lager mit Wälzkörpern in zwei große Gruppen eingeteilt werden können:

Kugellager
Rollenlager
Innerhalb dieser Gruppen gibt es Unterkategorien von Lagern, die über einzigartige Merkmale oder optimierte Designs zur Leistungssteigerung verfügen.
In diesem Artikel behandeln wir die vier Dinge, die Sie über Ihre Anwendung wissen müssen, um den richtigen Lagertyp auszuwählen.

Finden Sie die Lagerlast und Tragfähigkeit
Lagerbelastungen werden im Allgemeinen als die Reaktionskraft definiert, die eine Komponente im Betrieb auf ein Lager ausübt.
Bei der Auswahl des richtigen Lagers für Ihre Anwendung sollten Sie zunächst die Tragfähigkeit des Lagers ermitteln.Die Belastbarkeit gibt an, wie viel Last ein Lager aufnehmen kann und ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Auswahl eines Lagers.
Lagerbelastungen können entweder axial (Schub), radial oder eine Kombination daraus sein.
Eine axiale (oder axiale) Lagerbelastung liegt vor, wenn die Kraft parallel zur Achse der Welle wirkt.
Eine radiale Lagerbelastung liegt vor, wenn die Kraft senkrecht zur Welle wirkt.Dann liegt eine kombinierte Lagerbelastung vor, wenn parallele und senkrechte Kräfte eine Winkelkraft relativ zur Welle erzeugen.

Wie Kugellager Lasten verteilen
Kugellager bestehen aus sphärischen Kugeln und können Lasten auf eine mittelgroße Oberfläche verteilen.Sie funktionieren tendenziell besser für kleine bis mittlere Lasten, da sie die Lasten über einen einzigen Kontaktpunkt verteilen.
Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über die Art der Lagerbelastung und das beste Kugellager für die jeweilige Aufgabe:
Radial (senkrecht zur Welle) und leichte Belastungen: Wählen Sie Radialkugellager (auch Rillenkugellager genannt).Radiallager gehören zu den gängigsten Lagertypen auf dem Markt.
Axiale (Schub) (parallel zur Welle) Belastungen: Wählen Sie Axialkugellager
Kombinierte radiale und axiale Belastungen: Wählen Sie ein Schrägkugellager.Die Kugeln berühren die Laufbahn in einem Winkel, wodurch Kombinationslasten besser unterstützt werden.
Rollenlager und Lagerbelastung
Rollenlager sind mit zylindrischen Rollen ausgestattet, die Lasten über eine größere Oberfläche verteilen können als Kugellager.Sie eignen sich tendenziell besser für Schwerlastanwendungen.

Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über die Art der Lagerbelastung und das beste Rollenlager für die jeweilige Aufgabe:
Radiale (senkrecht zur Welle) Belastungen: Wählen Sie Standard-Zylinderrollenlager
Axiale (Schub-)Lasten (parallel zur Welle): Wählen Sie zylindrische Axiallager
Kombinierte radiale und axiale Belastungen: Wählen Sie ein Kegelrollenlager
Drehzahlen
Die Drehzahl Ihrer Anwendung ist der nächste Faktor, den Sie bei der Auswahl eines Lagers berücksichtigen sollten.
Wenn Ihre Anwendung mit hohen Drehzahlen betrieben wird, sind Kugellager in der Regel die erste Wahl.Sie leisten bei höheren Geschwindigkeiten eine bessere Leistung und bieten einen größeren Geschwindigkeitsbereich als Rollenlager.
Ein Grund dafür ist, dass der Kontakt zwischen dem Wälzkörper und den Laufbahnen in einem Kugellager ein Punkt ist und nicht wie bei Rollenlagern eine Kontaktlinie.Da Wälzkörper beim Abrollen über die Oberfläche in die Laufbahn drücken, kommt es bei den Punktlasten von Kugellagern zu deutlich geringeren Oberflächenverformungen.

Zentrifugalkraft und Lager
Ein weiterer Grund, warum ein Kugellager für Hochgeschwindigkeitsanwendungen besser ist, sind die Zentrifugalkräfte.Zentrifugalkraft ist definiert als eine Kraft, die einen Körper, der sich um ein Zentrum bewegt, nach außen drückt und aus der Trägheit des Körpers entsteht.
Die Zentrifugalkraft ist der wichtigste limitierende Faktor für die Lagergeschwindigkeit, da sie sich in radiale und axiale Belastungen auf ein Lager umwandelt.Da Rollenlager eine größere Masse als ein Kugellager haben, erzeugt das Rollenlager eine höhere Zentrifugalkraft als ein Kugellager gleicher Größe.

Reduzieren Sie die Zentrifugalkraft mit Keramikkugeln
Manchmal liegt die Geschwindigkeit einer Anwendung über der Geschwindigkeitsbewertung eines Kugellagers.
In diesem Fall besteht eine einfache und gängige Lösung darin, das Kugellagermaterial von Stahl auf Keramik umzustellen.Dadurch bleibt die Lagergröße gleich, bietet aber eine etwa 25 % höhere Drehzahl.Da Keramikmaterial leichter als Stahl ist, erzeugen Keramikkugeln bei jeder Geschwindigkeit eine geringere Zentrifugalkraft.

Hochgeschwindigkeitsanwendungen funktionieren am besten mit Schrägkugellagern
Schrägkugellager sind die beste Lagerwahl für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.Ein Grund dafür ist, dass die Kugeln kleiner sind und kleinere Kugeln weniger wiegen und beim Rotieren weniger Zentrifugalkraft erzeugen.Schrägkugellager verfügen außerdem über eine eingebaute Vorspannung, die mithilfe der Zentrifugalkräfte dafür sorgt, dass die Kugeln im Lager ordnungsgemäß rollen.
Wenn Sie eine Hochgeschwindigkeitsanwendung entwerfen, benötigen Sie ein hochpräzises Lager, normalerweise innerhalb der Präzisionsklasse ABEC 7.
Ein Lager mit geringerer Präzision hat bei der Herstellung mehr dimensionalen „Spielraum“ als ein Lager mit hoher Präzision.Wenn das Lager daher bei hohen Drehzahlen verwendet wird, rollen die Kugeln schnell und mit geringerer Zuverlässigkeit über die Lagerlaufbahn, was zu einem Lagerausfall führen kann.
Hochpräzise Lager werden nach strengen Standards hergestellt und weichen bei der Herstellung kaum von den Spezifikationen ab.Hochpräzisionslager sind zuverlässig für schnelle Anwendungen, da sie eine gute Interaktion zwischen Kugel und Laufbahn gewährleisten.

Lagerschlag und Steifigkeit
Der Lagerschlag ist der Betrag, um den sich eine Welle beim Drehen um ihren geometrischen Mittelpunkt dreht.Bei einigen Anwendungen, beispielsweise bei Schneidwerkzeugspindeln, kann es nur zu geringen Abweichungen an den rotierenden Komponenten kommen.
Wenn Sie eine solche Anwendung planen, wählen Sie ein Hochpräzisionslager, da es aufgrund der engen Fertigungstoleranzen des Lagers zu geringeren Systemunrundheiten führt.
Die Lagersteifigkeit ist der Widerstand gegen die Kraft, die dazu führt, dass die Welle von ihrer Achse abweicht, und spielt eine Schlüsselrolle bei der Minimierung des Wellenschlags.Die Lagersteifigkeit ergibt sich aus der Wechselwirkung des Wälzkörpers mit der Laufbahn.Je stärker der Wälzkörper in die Laufbahn gedrückt wird und eine elastische Verformung verursacht, desto höher ist die Steifigkeit.

Die Lagersteifigkeit wird normalerweise kategorisiert nach:
Axiale Steifigkeit
Radiale Steifigkeit
Je höher die Lagersteifigkeit, desto mehr Kraft ist erforderlich, um die Welle im Betrieb zu bewegen.
Schauen wir uns an, wie das mit Präzisions-Schrägkugellagern funktioniert.Diese Lager verfügen in der Regel über einen hergestellten Versatz zwischen der Innen- und Außenlaufbahn.Beim Einbau der Schrägkugellager wird der Versatz aufgehoben, wodurch die Kugeln ohne äußere Krafteinwirkung in die Laufbahn gedrückt werden.Dies wird Vorspannung genannt und der Prozess erhöht die Lagersteifigkeit, noch bevor das Lager irgendwelchen Kräften ausgesetzt ist.

Lagerschmierung
Für die Auswahl der richtigen Lager ist es wichtig, den Bedarf an Lagerschmierung zu kennen und muss frühzeitig bei der Anwendungsauslegung berücksichtigt werden.Eine unsachgemäße Schmierung ist eine der häufigsten Ursachen für Lagerausfälle.
Durch die Schmierung entsteht ein Ölfilm zwischen dem Wälzkörper und der Lagerlaufbahn, der Reibung und Überhitzung verhindert.
Die gebräuchlichste Schmierart ist Fett, das aus einem Öl mit einem Verdickungsmittel besteht.Das Verdickungsmittel hält das Öl an Ort und Stelle, sodass es das Lager nicht verlässt.Wenn die Kugel (Kugellager) oder Rolle (Rollenlager) über das Fett rollt, trennt sich das Verdickungsmittel und hinterlässt nur den Ölfilm zwischen dem Wälzkörper und der Lagerlaufbahn.Nach dem Vorbeilaufen des Wälzkörpers verbinden sich Öl und Verdickungsmittel wieder.
Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen ist es wichtig, die Geschwindigkeit zu kennen, mit der sich Öl und Verdickungsmittel trennen und wieder verbinden können.Dies wird als Anwendungs- oder Lager-n*dm-Wert bezeichnet.
Bevor Sie ein Fett auswählen, müssen Sie den NDM-Wert Ihrer Anwendung ermitteln.Multiplizieren Sie dazu die Drehzahl Ihrer Anwendung mit dem Durchmesser der Kugelmitte im Lager (dm).Vergleichen Sie Ihren NDM-Wert mit dem Höchstgeschwindigkeitswert des Fetts, der im Datenblatt angegeben ist.
Wenn Ihr n*dm-Wert höher ist als der maximale Geschwindigkeitswert des Fetts im Datenblatt, kann das Fett keine ausreichende Schmierung bieten und es kommt zu einem vorzeitigen Ausfall.
Eine weitere Schmierungsmöglichkeit für Hochgeschwindigkeitsanwendungen sind Ölnebelsysteme, die Öl mit Druckluft mischen und es dann in dosierten Abständen in die Lagerlaufbahn einspritzen.Diese Option ist teurer als die Fettschmierung, da sie ein externes Misch- und Dosiersystem und gefilterte Druckluft erfordert.Ölnebelsysteme ermöglichen jedoch den Betrieb von Lagern bei höheren Drehzahlen und erzeugen gleichzeitig eine geringere Wärmemenge als gefettete Lager.
Für Anwendungen mit niedrigeren Geschwindigkeiten ist ein Ölbad üblich.Bei einem Ölbad ist ein Teil des Lagers in Öl getaucht.Für Lager, die in extremen Umgebungen eingesetzt werden, kann anstelle eines Schmiermittels auf Erdölbasis ein Trockenschmiermittel verwendet werden. Die Lebensdauer des Lagers verkürzt sich jedoch in der Regel, da sich der Schmierfilm mit der Zeit auflöst.Bei der Auswahl eines Schmiermittels für Ihre Anwendung müssen noch einige weitere Faktoren berücksichtigt werden. Weitere Informationen finden Sie in unserem ausführlichen Artikel „Alles, was Sie über Lagerschmierung wissen müssen“.

Zusammenfassung: So wählen Sie ein Lager aus
So wählen Sie das richtige Lager für Ihre Anwendung aus:

Finden Sie die Lagerlast und Tragfähigkeit
Informieren Sie sich zunächst über die Art und Höhe der Lagerlast, die Ihre Anwendung auf das Lager ausüben wird.Kleine bis mittelgroße Lasten funktionieren normalerweise am besten mit Kugellagern.Anwendungen mit hoher Belastung funktionieren normalerweise am besten mit Rollenlagern.

Kennen Sie die Drehzahl Ihrer Anwendung
Bestimmen Sie die Drehzahl Ihrer Anwendung.Hohe Drehzahlen (U/min) funktionieren normalerweise am besten mit Kugellagern und niedrigere Drehzahlen funktionieren normalerweise am besten mit Rollenlagern.

Berücksichtigen Sie Lagerschlag und Steifigkeit
Sie möchten auch bestimmen, welche Art von Rundlauffehler Ihre Anwendung zulässt.Wenn die Anwendung nur geringe Abweichungen zulässt, ist ein Kugellager höchstwahrscheinlich die beste Wahl.

Finden Sie die richtige Schmierung für Ihre Lageranforderungen
Berechnen Sie für Hochgeschwindigkeitsanwendungen Ihren n*dm-Wert. Wenn dieser höher als die maximale Fettgeschwindigkeit ist, kann das Fett keine ausreichende Schmierung bieten.Es gibt auch andere Optionen wie Ölvernebelung.Für Anwendungen mit niedriger Drehzahl ist ein Ölbad eine gute Wahl.
Fragen?Unsere Ingenieure vor Ort beraten Sie gerne und helfen Ihnen bei der Auswahl des besten Lagers für Ihre Anwendung.