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Ratgeber
Größtes Hemmnis bei der Übertragung von Drehbewegungen ist bekanntlich der Reibungswiderstand. Der lässt sich allerdings vermindern, in der Regel durch Wälzlager. Zu den wichtigsten Typen von Wälzlagern gehört das Rillenkugellager. Nachteil: Die Belastung sollte nur senkrecht zur Drehachse erfolgen, ansonsten droht zu starker Verschleiß. Sind Belastungen sowohl senkrecht zur Welle als auch in Richtung der Welle zu erwarten, bieten sich Schrägkugellager an. Wie sie funktionieren und welche Ausführungen es gibt und worauf bei der Beschaffung geachtet werden sollte, das erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Radiale Lasten sind Kräfte, die senkrecht zur Rotationsachse der Welle wirken und die Struktur in Richtung dieser Achse zusammendrücken oder auseinanderziehen. Diese Art von Belastung verursacht eine Verschiebung des Lagers, bei der sich die Teile seitlich bewegen, ohne dass sich die Rotationsachse ändert. Die Schwerkraft zieht die Welle nach unten, was zu einer senkrechten Last führt, die durch das Lager aufgenommen wird.
Diese Lasten wirken dagegen entlang der Welle, entweder als Zug oder Druck in Richtung ihrer Längsachse. Das verursacht eine Dehnung oder Stauchung der Welle beziehungsweise des Kugellagers, ohne dass seitliche Bewegungen auftreten.
Schrägkugellager sind speziell für die Aufnahme sowohl von axialen als auch radialen Kräften ausgelegt. Sie eignen sich damit bevorzugt für Anwendungen, in denen beide Lastformen auftreten. Dazu gehören beispielsweise Getriebe, Pumpen, Motoren und zahlreiche andere rotierende Maschinen.
Radial- oder Rillenkugellager und Schrägkugellager gehören zu den Wälzlagern. Beim Rillenkugellager verläuft die Wirkung der übertragenen Last radial zur Achse der Welle. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit sind sie beliebt und in industriellen Maschinenanwendungen weit verbreitet. Sie erzeugen sehr wenig Reibung, wenn sie Lasten von rotierenden Teilen auf die Welle beziehungsweise das Gehäuse übertragen. Der kleine Kontaktwinkel der Kugeln von etwa 8 Grad verringert die Belastung der Welle durch das Gewicht der Last.
Großer Vorteil von Rillenkugellagern: Sie können axiale Kräfte in beide Richtungen aufnehmen. Schrägkugellager sind dazu nicht in der Lage, ihre Lastaufnahme beschränkt sich nur auf eine Richtung. Dafür verkraften sie sowohl radiale als auch axiale Lasten zur gleichen Zeit. Das Gewicht der Last wird über die Kugeln in einem bestimmten Druckwinkel von einem Ring auf den anderen übertragen. Bestimmt wird dieser Winkel wird durch zwei sich schneidende Linien, von denen die eine am Kontaktpunkt zwischen der Kugel und dem Ring und die andere von der Rotationsachse zum Kugellager verläuft. 15, 25 und 40 Grad sind die gebräuchlichsten Winkel.
Grundsätzlich gilt: Je größer der Druckwinkel, desto höher ist die axiale Belastbarkeit. Mit steigendem Druckwinkel sinkt allerdings die maximale Drehzahlgrenze. Da Schrägkugellager häufig als paarweiser Einbau mit gegenteiligen Belastungsprofilen im Einsatz sind, können sie Lasten in beiden Richtungen aufnehmen. Experten bezeichnen diese Konfiguration je nach Verlauf der Kraftwirkungslinien als O-Anordnung, X-Anordnung oder Tandem-Anordnung. Die letztere Version besteht aus Lagern mit identischer Ausrichtung der Winkel.
Ein Schrägkugellager besteht aus inneren und äußeren Ringen, Lagerkugeln, einem Käfig und je nach Einsatzbereich auch Dichtungen.
Die Innenringe sind direkt auf der Welle montiert und drehen sich mit ihr, die Außenringe sind dagegen in der Regel stationär montiert. Das für die Ringe verwendete Material ist in der Regel hochfester Edelstahl. Zwischen den Ringen befinden sich die Lagerkugeln, sie ermöglichen den reibungsarmen Drehbetrieb des Kugellagers. Sie sind meistens gleichmäßig über den Umfang des Lagers verteilt.
Der Käfig hält die Lagerkugeln in einer gleichmäßigen Verteilung und verhindert, dass sie sich gegenseitig berühren. In einigen Schrägkugellagern sind Dichtungen integriert, um das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit zu verhindern und die Lebensdauer des Lagers zu verlängern.
Bei der Auswahl eines Schrägkugellagers sind üblicherweise folgende Eigenschaften zu berücksichtigen:
Wellendurchmesser
Der Durchmesser der Welle bestimmt den erforderlichen Innendurchmesser des Lagers.
Außendurchmesser des Lagers
Hier ist festzustellen, ob der Außendurchmesser des Lagers für den Einbauraum geeignet ist.
Druckwinkel
Der Winkel bestimmt einerseits die axiale Tragfähigkeit, andererseits auch die maximale Drehzahl der Welle. Ist eine hohe Belastung vorgesehen, eignen sich Kugellager mit 25 oder 40 Grad, was sich aber nachteilig auf die Höchstdrehzahl auswirkt. Ein 15-Grad-Winkel ermöglicht dagegen hohe Drehzahlen, die axiale Führung muss den Kräften allerdings standhalten können.
Art der Dichtung
Soll das Lager offen, abgeschirmt oder abgedichtet sein? Offene Lager bieten keinen Schutz vor Umwelteinflüssen, besitzen aber auch den niedrigsten Reibungskoeffizienten. Sie sind am besten für saubere Umgebungen geeignet. Abgeschirmte Lager bieten einen gewissen Schutz gegen Verunreinigungen in der Umgebung, haben aber geringere Anforderungen an die maximale Drehzahl als offene Lager. Abgedichtete Schrägkugellager bieten vollständigen Schutz vor Umwelteinflüssen, reduzieren aber die maximale Drehzahl. Außerdem sind sie schwer zu warten.
Einfach oder doppelt
Schrägkugellager können je nach den Belastungsanforderungen der Anwendung ein- oder mehrreihig sein. Einreihige Schrägkugellager mit kleinem Durchmesser sind für geringe Belastungen geeignet, zweireihige Schrägkugellager dürften für die meisten anderen Zwecke ausreichend sein. Für spezielle Zwecke stehen auch vierreihige Bauformen zur Verfügung.
Schrägkugellager sind dafür ausgelegt, hohen Belastungen standzuhalten. Sie verfügen zudem über eine geringere Reibung als andere Arten von Wälzlagern. Das liegt an der Art und Weise, wie die Lagerkugeln durch den Metallkäfig getrennt sind. Der Käfig trägt dazu bei, den Kontakt zwischen den Lagerkugeln und der Lageroberfläche zu verringern, was die Reibung reduziert und weniger Energie für den Betrieb benötigt.
Am besten geeignet sind Schrägkugellager für Anwendungsfälle, bei denen hohe Steifigkeit und Präzision von sich drehenden Wellen oberste Priorität besitzen.