Wälzlager

Die Wälzlager werden zur Sicherung der Lage von zueinander beweglichen Maschinenelementen im Raum und zur Übertragung der dabei auftretenden Kräfte verwendet. Zu diesem Zweck besteht ein Wälzlager aus zwei Laufringen (Innenring und Außenring) bzw. Scheiben beim Axiallager, einem Satz Wälzkörper (Kugeln,
Zylinder-, Kegel-, Tonnenrollen oder Nadeln) und einem Käfig zur Führung der Wälzkörper.

Die großen Vorteile von Wälzlagern sind die geringe Reibung bei Anlauf und im Betrieb, der niedrige erforderliche Schmierstoffbedarf, die Möglichkeit der Radial- und Axialkraftaufnahme bei relativ geringen Einbaumaßen sowie die Möglichkeit des herstellerunabhängigen Austausches von Ersatzlagern aufgrund einer
weitreichenden internationalen Normung.

Im Vergleich zum Gleitlager ist von Nachteil, dass die ständigen Überrollungen (Wälzkörper – Laufbahn) eine Materialermüdung bedingen, sodass Wälzlager nicht dauerfest sind, was die Berechnung einer ertragbaren
Lebensdauer erfordert.

Eine hohe Punkt- bzw. Linienbelastung (Hertz’sche Pressung bei Kugel- bzw. Rollenlager zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen) macht Wälzlager empfindlich gegen Erschütterungen und Stöße. Zur Vermeidung von Verschmutzung ist ein hoher Abdichtungsaufwand notwendig, der zu Verschleißstellen mit entsprechenden Leistungsverlusten führen kann. Aufgrund der überwiegenden Vorteile haben sich die Wälzlager in den meisten antriebstechnischen Anwendungen durchgesetzt.

Neben der Lagerung umlaufender Wellen lassen sich aber auch andere
Maschinenelemente (z.B. Kurbelschwingen in Mechanismen) oder aber ganze Baugruppen, die teilweise nur Schwenkbewegungen ausführen müssen, durch Wälzlager führen (z.B. Schiffsruder, Kranausleger, Schleusentore und Klappen im Stahlwasserbau, Drehbrücken und schwenkbare Oberbauten von Kranen).

Entsprechend der bevorzugten Lastrichtung unterscheidet man bei Wälzlagern Radiallager und Axiallager, bauartbedingt trennt man zwischen Kugellagern und Rollenlagern. Bis auf wenige Ausnahmen können Radiallager auch Axialkräfte aufnehmen und manche Bauarten der Axiallager sind ebenfalls für die Aufnahme von Radialkräften geeignet.

Zur beanspruchungsgerechten Auslegung eines Wälzlagers ist für den statischen und den dynamischen Belastungsfall die jeweilige Beanspruchbarkeit mit der tatsächlich auftretenden Beanspruchung zu vergleichen.

Die Beanspruchbarkeit eines Wälzlagers ist gegeben durch eine statische Tragzahl C0 und eine dynamische Tragzahl C, die ursprünglich aus einer Vielzahl von Versuchen unter definierten Belastungsbedingungen statistisch abgesichert ermittelt wurden. Aufbauend auf diesen Erfahrungswerten wurden empirische Verfahren abgeleitet, mit denen sich nun auch theoretisch unter Berücksichtigung der Lagergeometrie statische und dynamische Tragzahlen bestimmen lassen. Die tatsächliche räumliche und meistens auch zeitlich veränderliche Belastung eines Lagers im Betrieb wird zu einer äquivalenten statischen und dynamischen Lagerbelastung P0 und P zusammengefasst. Im statischen Belastungsfall wird durch den Quotienten von C0 und P0 eine Kennzahl der statischen Beanspruchung ausgewiesen, anhand derer die statische Tragfähigkeit und Laufgüte eines Lagers beurteilt werden kann. Für den dynamischen Belastungsfall
wird mithilfe der Lebensdauergleichung das Verhältnis von dynamischer Tragzahl C und äquivalenter dynamischer Lagerbelastung P gebildet, wobei der Quotient abhängig von der Lagerbauart noch mit einem Lebensdauerexponenten p bewertet wird. Als Ergebnis erhält man eine statistisch abgesicherte Aussage über eine Anzahl von Stunden oder Umdrehungen, die das ausgewählte Lager bis zum Eintritt des Ermüdungsschadens
erreichen kann. Abhängig vom Einsatzfall gibt es Erfahrungswerte bzw. gewünschte Vorgaben für diese als nominelle Lebensdauer bezeichnete Anzahl erreichbarer Stunden oder Umdrehungen.