Kugellager

Kugellager sind Wälzlager mit zwei Lagerringen, einer Kugelreihe und einem Käfig. Die Laufbahnen führen Stahl- oder Keramikkugeln, wodurch Gleitreibung in Rollreibung übergeht. Sie übertragen radiale und axiale Kräfte, führen Wellen präzise und stabilisieren das drehende System.

Aufbau, Kraftübertragung und Normbezug

Innen- und Außenring sind Metallringe mit konkaver Laufbahn. Die Kugeln rollen in definierten Kontaktpunkten. Käfige aus Stahlblech, Messing oder Polyamid führen die Kugelreihe und verhindern Berührung. DIN und ISO definieren Geometrie, Passungen und Prüfung.

Die Lebensdauerberechnung nach DIN ISO 281 nutzt die dynamische Tragzahl C und die statische Tragzahl C0. Sie berücksichtigt Kontaktgeometrie, Laufbahnhärte, Schmierung und Temperatur im Rechenmodell für Belastbarkeit und Tragfähigkeit.

Standardisierte Abmessungen und Präzisionsklassen

Hauptabmessungen wie Bohrung, Außendurchmesser und Breite sind nach ISO 15 festgelegt. Toleranzklassen nach ISO 492 reichen von P0 bis P2. P2 wird in Werkzeugmaschinen für hochpräzise Lagerpaar-Anordnungen genutzt. Sicherungsring-Nuten erleichtern die axiale Fixierung im Gehäuse.

Bauformen und Auswahl nach Lastfall

• Rillenkugellager: Universallager für hohe Drehzahlen. Oft als Festlager eingesetzt.
• Schrägkugellager: Für kombinierte Lasten. In Lagerpaar-Anordnung mit hoher Steifigkeit.
• Pendelkugellager: Selbstausrichtend bei Fluchtfehlern und Wellendurchbiegung.
• Axial-Kugellager: Für einseitig wirkende Axiallasten.
• Spannlager: Auf der Mantelfläche montiert. Schnelle Montage in Landmaschinen und Fördertechnik.
• Stützlager: Für hohe radiale Lasten in Führungen und Kurvenbahnen.

Spezialkonstruktionen und integrierte Einheiten

Hybridlager kombinieren Stahlringe mit Keramikkugeln und bieten geringes Gewicht sowie elektrische Isolation. Gelenklager und der zugehörige Gelenkkopf erlauben Winkelbewegungen. In der Automobilindustrie kommen integrierte Lagereinheiten als Radlager mit hoher Steifigkeit zum Einsatz.

Materialien, Lagerwerkstoffe und Gehäuse

Ringe und Kugeln bestehen meist aus Chromstahl 100Cr6. Er liefert hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Für korrosive Umgebungen werden Edelstahl-Kugellager genutzt. Kugeln aus Keramik (Si3N4) senken Masse und Stromleitfähigkeit. Aluminium-Gehäuse reduzieren Gewicht. Metall bleibt Standard für das Lagerinnenleben.

Dichtungen und Abdichtkonzepte

Dichtungen halten Schmierstoff im Lager und schützen vor Staub, Flüssigkeiten und Spritzwasser. Neben standardisierten Lösungen existieren anwendungsbezogene Ausführungen für Temperaturbeständigkeit und Medienkontakt.

• Deckscheibe: Berührungsfreie Abschirmung mit Metallring. Begrenzter Flüssigkeitsschutz.
• Lippendichtung: Berührende Gummidichtung (NBR: Nitril-Butadien-Kautschuk, FKM: Fluorkautschuk) für staubige und feuchte Umgebungen. Optional als Enddichtung (2RS).
• Spaltdichtung: Berührungsarme Variante mit geringer Reibung. Häufig in Elektromotoren.
• Sonderdichtungen: Lösungen von Dichtomatik, einschließlich Gummidichtung mit Gummischnur für Chemikalien und hohe Temperaturen.

Auswahlkriterien, Beispiele und Montagehinweise

Die Auswahl berücksichtigt C, C0, Drehzahlgrenze, gewünschte Lebensdauer, Betriebstemperatur und Umgebungsbedingungen. Selbstausrichtende Typen kompensieren Fluchtfehler. Ausführungen mit Sicherungsring vereinfachen die axiale Aufnahme. Passende Schmierstoffe ermöglichen Reibungskoeffizienten von 0,001 bis 0,003.

Beispiel Fahrrad: Rillenkugellager in einer Aluminium-Nabe, axial durch Sicherungsring gehalten, mit Spaltdichtung gegen Spritzwasser. Die Bohrung ist eng toleriert. Der Außendurchmesser wird nach ISO 15 gewählt, um Nachrüstbarkeit sicherzustellen.

Beispiel Werkzeugmaschine: Ein Schrägkugellager-Lagerpaar in Klasse P4 führt die Spindel bei moderater Betriebstemperatur und hoher Drehzahl. Eine präzise Passung der Laufbahnflächen erhält die Rundlaufgüte ohne unnötige Vorspannung.

Beispiel Landmaschine: Ein Spannlager auf der Mantelfläche mit Schmiernippel widersteht Staub. Eine robuste Gummidichtung hält das Fett im Lager. Für Förderanlagen liefern Stützrollen hohe radiale Kapazität bei wechselnden Lasten.

Kälteerprobung: Wintertests nahe Schneeberg stellen Anforderungen an Schmierstoffe für tiefe Temperaturen. Edelstahl- oder Keramikkomponenten vermeiden Korrosion bei Standzeiten.

Messgrößen und quantifizierbare Leistung

Nach ISO 281 bezeichnet C die konstante Radiallast, bei der 90 Prozent der Prüflinge eine Million Umdrehungen erreichen. C0 kennzeichnet die Grenze bleibender Verformung. Für ein Rillenkugellager mit 60 mm Bohrung liegen C typischerweise bei 29,1 kN und C0 bei 15,3 kN. Werte hängen von Lagerwerkstoff und Geometrie ab.

Einsatzfelder und Herstellerlandschaft

Anwendungen reichen von Automobillager über Maschinenbau, Pumpen und Elektromotoren bis zu Haushaltsgeräten. In Sportgeräten wie Fahrradnaben zählen geringe Reibmomente. In der Lebensmittelmaschine sichern hygienegerechte Edelstahl-Lager die Beständigkeit gegen Medien. Radlager treten als vormontierte Lagereinheit mit Sensorik auf.

Marken, Beschaffung und Logistik

Bekannte Hersteller sind SKF, Schaeffler (FAG/INA), NSK, NTN, Timken, JTEKT (Koyo), Nachi, GMN, NMB MinebeaMitsumi, igus, RHP und Stieber. Beschaffung erfolgt über Eisenhändler oder das Einkaufsbüro, häufig mit Staffelpreisen, Rabatten und definierten Lieferbedingungen.

Online-Bestellungen nutzen Warenkorb und Versandland-Auswahl. Zahlungen per Mastercard, Barzahlung, Lastschrift oder Kreditkarte sind üblich. Prozesse für Rückgabe, Abholung oder Selbstabholung sind standardisiert. Ein Gefahrenhinweis zur Handhabung von Metallkomponenten, insbesondere beim Einpressen und beim Umgang mit Sicherungsring, reduziert Montagefehler.