Kugellager-Wiki: Technisches rund um Kugellager

Wenn es sich bei Metallkugellagern um ein Fest- oder Loslager handelt, werden der Außen und/oder der Innenring mit der Welle oder dem Gehäuse fest verbunden. Der einfachste Weg diese Art von Lager zu befestigen liegt im Einpressen. Hierfür sind jedoch gewisse Toleranzen im Maß für Welle und Gehäuse nötig. Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass der rotierende Ring im Festsitz, einer sogenannten Übermaßpassung, und der stehende Ring im Lossitz, der Spiel- bis Übergangspassung, ausgeführt wird. Kommt es zu Stößen auf das Lager, so werden sowohl rotierender als auch stehender Ring in Festsitzen ausgeführt. Die leichte Montier- und Demontierbarkeit des Lagers und das Verhindern des Mitdrehens des Ringes ist essenziell. Des Weiteren kann der Innenring auch mit einer Spannhülse gepresst oder zwischen einer Mutter oder Spannschraube eingespannt sein.

Im thermischen Verfahren, oder auch Aufschrumpfen genannt, wird das Metallkugellager meist per Induktion auf eine Temperatur von bis zu 125 °C erhitzt. Dadurch dehnt sich das gesamte Lager aus und kann problemlos auf die kalte Welle geschoben werden. Nach Abkühlen des Kugellagers zieht es sich zusammen und ein extrem fester Sitz auf der Welle resultiert.

Doch wie sieht das Befestigen/der Einbau und das Messen der xiros Kunststoff-Kugellager aus? Wir stellen als einer der wenigen Hersteller weltweit die Kugellagerringe im Spritzguss her. Das bringt Anwendern folgende Vorteile:

• Hohe Verschleißfestigkeit aufgrund der Formgebung unter hohem Druck
• Homogene Materialverteilung
• Kostengünstige Produktion, somit auch günstige Preise
• Vereinfachung der Kugellager-Montage

Aufgrund dieses Fertigungsprozesses gelten sowohl für die Messung als auch für das Befestigen abweichende Regeln im Vergleich zu metallischen oder Keramik-Kugellagern. Der Außenring der Kunststoff-Kugellager ist konisch. Dies vereinfacht die Montage in ein vorgesehenes Gehäuse (mit der schmalen Seite zuerst). Das Lagerspiel wird nach dem Einpressen in eine H7-Aufnahme reduziert. Deshalb müssen die Kugellager über die gesamte Breite gemessen werden; ausgehend von 90° zum Einspritzpunkt.

Kugellager wechseln? Das sollte dann geschehen, wenn...

• das durch den Verschleiß verursachte Lagerspiel ein nicht mehr akzeptables Ausmaß angenommen hat, beispielsweise beim „Schlackern“ der Welle.
• der Käfig verschlissen ist und droht herauszufallen.
• die Lagerringe durch zu hohe Stoßkräfte gebrochen sind.
• die Laufflächen der Lagerringe sichtlich beschädigt sind.
• das Kugellager beispielsweise durch grobe Verschmutzung blockiert ist.
• die Kugeln (Glas) gebrochen sind.
• „vorher nicht dagewesene Geräuschemissionen“ auftreten.
• kein Lagerspiel mehr durch Ablagerungen auf den Kugeln vorhanden ist.

Für unsere Kugellager aus Kunststoff heißt das aber nicht immer, dass ein neues Lager eingesetzt werden muss.

Bei Vorliegen einer Blockade wegen grober Verschmutzung ist gegebenenfalls ein Ausspülen oder Ausblasen möglich und das Kugellager kann weiterverwendet werden. Dies gilt dann, wenn keine Beschädigungen der Lagerringe und Kugeln vorliegen.

Die Verschleißgrenze definiert jeder Kunde je nach Anwendungsfeld für sich selbst. Bei Anwendungen, welche eine hohe Präzision beziehungsweise Positioniergenauigkeit erfordern, sollten Wartungsintervalle in kürzeren Abständen erfolgen. Bei Anwendern, die zum Beispiel xiros Tragrollen einsetzen, kann eine höhere Akzeptanz gelten, da nur einfache Umlenkaufgaben erfüllt werden müssen.

Unsere Polymerkugellager haben von Haus aus ein radiales Lagerspiel von circa 0,05 bis 0,15 mm. Diese Charakteristik verdanken sie ihrem leichten Lauf sowie dem niedrigen Losbrechmoment. Durch die offene Bauweise sind zudem sehr leicht zu reinigen.

Kugellager bestehen aus einem Innen- und Außenring, einem Käfig und Wälzkörpern. Der Käfig ist dazu da, um die Wälzkörper, in Form von Kugeln, voneinander zu trennen. Käme es zu keiner Trennung der Kugeln, würden sie gegeneinander- und heißlaufen. Dies hätte bei hohen Drehgeschwindigkeiten und Reibungen der Kugeln zerstörende Effekte zur Folge. Aber wie kommen die Kugeln jetzt ins Kugellager?

Möglichkeit 1:

Bei Betrachtung eines Rillenkugellagers nach DIN 625 ist diese Frage leicht zu beantworten, da diese auffallende Vertiefungen am Innen- und Außenring aufweisen. Bei einem gegenseitigen Verschieben des Innen- und Außenrings bis zur jeweiligen Vertiefung, können die Kugeln ohne Weiteres in die Laufrillen eingefüllt und mit dem Käfig fixiert werden. Hierbei übernimmt der Käfig die Funktion, das Herausfallen der Kugeln zu unterbinden.

Möglichkeit 2:

Ungewöhnlich, aber in der Industrie praktiziert, ist auch ein Erhitzen des Außenrings und das Abkühlen des Innenrings bei kleineren Lagern aus Metall bis hin zu Miniaturausführungen. Die Kugeln und Käfige sind so ohne Weiteres in den entstandenen Raum zwischen Innen- und Außenring einsetzbar. Ziehen sich die Materialien der Ringe wieder zusammen beziehungsweise dehnen sich aus, hat das Kugellager seine Standardmaße erreicht und alle Kugeln sind an ihrem Platz. Für igus kommt lediglich die erste Möglichkeit in Frage, aber auch weitere, die im Folgenden bildlich dargestellt werden.

Viele metallische Wälzlager sind als abgedichtete Ausführung erhältlich. Kugellager-Dichtungen sind bei der metallischen Version in der Regel zwingend erforderlich, da sich ansonsten Verschmutzungen mit dem Schmiermittel verbinden und somit den Lagerlauf blockieren können. Sollte das Kugellager offen oder geschlossen sein? Das liegt an der Kugellager-Type.

Metallische Lager müssen geschützt werden:

Metallische Kugellager gibt es auch als offene Bauform. Diese werden jedoch aufgrund der oben genannten Problematik nur sehr selten verwendet. Deswegen reicht eine staubige Umgebung aus, um die Laufeigenschaften über einen längeren Zeitraum negativ zu beeinflussen.

Die Abdichtung metallischer Kugellager erfolgt nach dem Prinzip des Wellendichtrings. Diese Dichtungsbezeichnungen sind möglich:

• Z = einseitige Blechdeckscheibe mit Spaltdichtung
• ZZ/2Z = wie oben, beidseitig
• RS = einseitige, schleifende Gummidichtung
• LB = wie oben
• 2RS = wie oben, beidseitig
• LLU = wie oben, berührungslose Gummidichtung, beidseitig
• EE = wie oben, beidseitig berührend, schleifend
• RZ = einseitige, berührungslose Gummidichtung
• LB = wie oben
• 2RZ = wie oben, beidseitig
• LLB = wie oben

Die Dichtungsbezeichnungen sind weltweit gültig und stehen je nach Hersteller meist als Suffix hinter der jeweiligen DIN Baugröße.

Diese beiden Kugellager-Arten gibt es meist nur als offene Bauform. Der Grund liegt darin, dass diese Lager nicht geschmiert werden müssen. Die offene Bauweise birgt bei diesen Materialien einen großen Vorteil. Jegliche Verschmutzung die eintritt, kann auch leicht wieder austreten, beziehungsweise gespült oder mit Druckluft ausgeblasen werden. Hierdurch ist eine Schmutzanhaftung durch Schmiermittel nicht möglich. igus verzichtet daher auf eine Verwendung von Nachsetzzeichen im Vergleich zum metallischen Pendant.

Innen- und Außenring:

Die Eignung eines xiros Kunststoff-Kugellagers wird durch die Materialien der beiden Laufringe bestimmt. Unsere reibungsarmen Kugellager werden aus Hochleistungskunststoffen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften hergestellt, wodurch zahlreiche Anwendungsbereiche bedient und die Lebensdauer maximiert werden können.

Kugellager-Käfig:

Die Käfige unserer Kunststoffkugellager sind hinsichtlich Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit perfekt auf die Materialien der Außen- und Innenringe abgestimmt.

Kugellager-Kugeln:

Neben Kugeln aus Edelstahl kommen ebenso auch Kugeln aus Glas, Kunststoff oder Keramik zum Einsatz. Glaskugeln sollten ausgewählt werden, wenn es auf Metallfreiheit und Chemikalienbeständigkeit ankommt. Durch Kunststoffkugeln ergeben sich besonders leichte Kugellager. Die Variante aus Edelstahl ist besonders kostengünstig und temperaturbeständig.