Rillenkugellager

Rillenkugellager – Aufbau, Funktion und Anwendungen

Rillenkugellager gehören zu den am häufigsten eingesetzten Wälzlagern im Maschinenbau. Sie besitzen einen vergleichsweise einfachen und robusten Aufbau, erreichen hohe Drehzahlen und können sowohl radiale als auch begrenzte axiale Kräfte aufnehmen. Aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften werden sie unter anderem in Elektromotoren, Getrieben, Werkzeugmaschinen, Pumpen, Lüftern, Förderanlagen und Kugelgewindetrieben eingesetzt.

Charakteristisch sind die tief ausgeführten Laufbahnen im Innen- und Außenring. Ihre Form ist an die Kontur der Kugeln angepasst und ermöglicht eine relativ große Kontaktfläche zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen. Dadurch kann ein Rillenkugellager Radialkräfte zuverlässig übertragen und gleichzeitig Axialkräfte aus beiden Richtungen aufnehmen.

Aufbau eines Rillenkugellagers

Ein einreihiges Rillenkugellager besteht im Wesentlichen aus folgenden Bauteilen:

• Außenring,
• Innenring,
• Wälzkugeln,
• Käfig,
• optionalen Deckscheiben oder Dichtungen,
• Schmierstoff.

Der Innenring wird in der Regel auf einer Welle montiert, während der Außenring im Lagergehäuse sitzt. Zwischen beiden Ringen befinden sich gehärtete und präzise gefertigte Stahlkugeln. Sie rollen in den tiefen Laufbahnen ab und reduzieren die Reibung gegenüber einer gleitenden Lagerung erheblich.

Der Käfig hält die Kugeln in einem gleichmäßigen Abstand zueinander. Dadurch verhindert er einen unmittelbaren Kontakt der Wälzkörper untereinander und unterstützt einen ruhigen Lauf. Abhängig von der Ausführung können Käfige aus Stahlblech, Messing oder temperaturbeständigem Kunststoff bestehen.

Welche Kräfte können Rillenkugellager aufnehmen?

Rillenkugellager sind in erster Linie für die Aufnahme radialer Kräfte vorgesehen. Radialkräfte wirken senkrecht zur Drehachse und entstehen beispielsweise durch das Gewicht einer Welle, durch Riemenspannung oder durch Bearbeitungskräfte.

Aufgrund der tiefen und symmetrischen Laufbahnen können Rillenkugellager zusätzlich begrenzte Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmen. Axialkräfte wirken parallel zur Drehachse. Die zulässige axiale Belastung hängt unter anderem von der Lagergröße, der inneren Lagerluft, der Drehzahl und den jeweiligen Betriebsbedingungen ab.

Für dauerhaft hohe Axialkräfte sind spezielle Lagerarten wie Schrägkugellager, Axialkugellager oder Spindellager häufig besser geeignet. Die Auswahl sollte daher immer anhand der tatsächlich auftretenden Kräfte und des gewünschten Betriebsverhaltens erfolgen.

Offene, abgedeckte und abgedichtete Ausführungen

Rillenkugellager werden in verschiedenen Ausführungen angeboten. Offene Lager besitzen keine seitlichen Abdeckungen und eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen die Schmierung von außen erfolgt oder das Lager innerhalb eines geschlossenen und sauberen Gehäuses betrieben wird.

Ausführungen mit Deckscheiben werden häufig mit den Zusätzen Z oder 2Z gekennzeichnet. Die metallischen Deckscheiben schützen den Innenraum vor größeren Schmutzpartikeln und verursachen nur eine geringe zusätzliche Reibung. Sie liegen normalerweise nicht schleifend am Innenring an.

Lager mit berührenden Dichtungen werden häufig als RS beziehungsweise 2RS bezeichnet. Die elastischen Dichtscheiben schützen besser vor Staub, Schmutz und Feuchtigkeit. Durch den Kontakt zwischen Dichtung und Lagerring kann jedoch eine höhere Reibung entstehen. Dadurch können die zulässige Drehzahl sinken und die Betriebstemperatur steigen.

Die genaue Bedeutung der Nachsetzzeichen kann sich zwischen den Herstellern unterscheiden. Deshalb sollten bei der Auswahl immer die technischen Unterlagen des jeweiligen Lagerherstellers berücksichtigt werden.

Lagerluft und C3-Ausführung

Als Lagerluft wird der mögliche Abstand zwischen den Lagerringen und den Wälzkörpern bezeichnet. Sie ermöglicht eine geringe radiale oder axiale Verschiebung der Lagerringe zueinander, bevor eine messbare Belastung entsteht.

Die passende Lagerluft wird durch Passungen, Temperaturunterschiede und Drehzahl beeinflusst. Wird der Innenring mit einer festen Presspassung auf der Welle montiert, kann sich die wirksame Lagerluft reduzieren. Eine zusätzliche Verringerung kann entstehen, wenn sich der Innenring im Betrieb stärker erwärmt als der Außenring.

Rillenkugellager mit der Kennzeichnung C3 besitzen eine größere Lagerluft als die Normalausführung. Sie werden häufig bei höheren Drehzahlen, erhöhten Temperaturen oder festen Passungen eingesetzt. C3 bedeutet jedoch nicht automatisch, dass das Lager grundsätzlich hochwertiger oder für jede Anwendung besser geeignet ist. Eine zu große Lagerluft kann die Laufgenauigkeit, das Geräuschverhalten und die Lastverteilung beeinträchtigen.

Schmierung von Rillenkugellagern

Eine zuverlässige Schmierung reduziert Reibung und Verschleiß und schützt die Laufbahnen vor Korrosion. Viele abgedichtete Rillenkugellager sind bereits werkseitig mit einer geeigneten Fettfüllung versehen und für eine lange Gebrauchsdauer geschmiert.

Offene Lager können abhängig von der Anwendung mit Fett oder Öl geschmiert werden. Die Auswahl des Schmierstoffs richtet sich unter anderem nach:

• Drehzahl,
• Belastung,
• Betriebstemperatur,
• Umgebungsbedingungen,
• gewünschter Gebrauchsdauer,
• möglicher Nachschmierung.

Eine übermäßige Fettmenge kann zu erhöhter Reibung und Wärmeentwicklung führen. Zu wenig oder ungeeigneter Schmierstoff kann dagegen frühzeitigen Verschleiß und Schäden an den Laufbahnen verursachen.

Montage und Passungen

Bei der Montage dürfen Kräfte nicht über die Kugeln und Laufbahnen geleitet werden. Wird der Innenring auf eine Welle gepresst, muss die Montagekraft unmittelbar am Innenring angreifen. Beim Einbau des Außenrings in ein Gehäuse ist die Kraft entsprechend am Außenring einzuleiten.

Schläge mit einem Hammer auf das Lager oder die Welle sollten vermieden werden. Für eine fachgerechte Montage eignen sich Montagehülsen, mechanische oder hydraulische Pressen sowie kontrollierte thermische Montageverfahren.

Die Sitzflächen müssen sauber, maßhaltig und frei von Beschädigungen sein. Verschmutzungen, Grate, Korrosion oder fehlerhafte Passungen können den Rundlauf beeinträchtigen und zu einer ungleichmäßigen Belastung führen.

Fluchtungsfehler und Laufgenauigkeit

Rillenkugellager können Fluchtungsfehler nur in sehr begrenztem Umfang ausgleichen. Eine mangelhafte Ausrichtung von Welle und Gehäuse führt zu zusätzlichen Belastungen und kann die Gebrauchsdauer deutlich reduzieren.

Für Konstruktionen mit größeren zu erwartenden Winkelabweichungen können Pendelkugellager oder andere selbstausrichtende Lagerbauarten geeigneter sein. Bei Werkzeugmaschinen, Elektromotoren und präzisen Antrieben sind eine genaue Ausrichtung und passende Toleranzen besonders wichtig.

Typische Schäden an Rillenkugellagern

Schäden können durch ungeeignete Schmierung, Verunreinigungen, Überlastung, Montagefehler, elektrische Ströme oder fehlerhafte Passungen entstehen. Typische Anzeichen sind:

• zunehmende Laufgeräusche,
• Vibrationen,
• erhöhte Temperatur,
• beschädigte Laufbahnen,
• Korrosion,
• Verfärbungen,
• Käfigschäden,
• spürbares Lagerspiel.

Elektrische Ströme können insbesondere bei Elektromotoren und frequenzgeregelten Antrieben Schäden an den Laufbahnen verursachen. Dabei können sich charakteristische Riffelungen oder kleine Schmelzkrater bilden. In solchen Anwendungen können stromisolierende oder keramische Lagerlösungen erforderlich sein.

Typische Anwendungen

Rillenkugellager werden unter anderem eingesetzt in:

• Elektromotoren,
• Getrieben,
• Pumpen und Lüftern,
• Werkzeugmaschinen,
• Rollen und Fördereinrichtungen,
• Kugelgewindetrieben,
• Fahrzeugen,
• Haushalts- und Elektrogeräten,
• landwirtschaftlichen Maschinen,
• allgemeinen Maschinenbaukonstruktionen.

Auswahl eines geeigneten Rillenkugellagers

Bei der Auswahl müssen nicht nur Innen-, Außen- und Breitenmaß berücksichtigt werden. Ebenso wichtig sind die auftretenden Radial- und Axialkräfte, die gewünschte Drehzahl, die Betriebstemperatur, die erforderliche Lagerluft und die Umgebungsbedingungen.

Auch Dichtung, Schmierung, Passung, Genauigkeitsklasse und gewünschte Gebrauchsdauer beeinflussen die Auswahl. Bei sicherheitsrelevanten oder hoch belasteten Konstruktionen sollte die Lagerdimensionierung rechnerisch geprüft und mit den technischen Herstellerangaben abgeglichen werden.

Richtig ausgewählte, fachgerecht montierte und ausreichend geschmierte Rillenkugellager ermöglichen einen zuverlässigen, reibungsarmen und wirtschaftlichen Betrieb über lange Zeiträume.