Lagertypen: Ein vollständiger Leitfaden

Jedes bewegliche mechanische System, das Sie sehen, verwendet eine Art Lager. Die Verwendung von Lagern erleichtert nicht nur die Bewegung des Systems, sondern verleiht ihm auch eine ganze Reihe von Vorteilen und Funktionen. 

In diesem Leitfaden entdecken wir die verschiedenen Lagertypen, die verwendet werden und erhältlich sind. Und es geht nicht nur um die Typen, wir sprechen auch über Materialien, Herstellungstechniken und so weiter. Kurz gesagt, es ist ein vollständiger Leitfaden zu Lagern. Lassen Sie uns anfangen. 

Was ist Lager?

Ein Lager ist eine mechanische Komponente, die die Reibung zwischen beweglichen Teilen verringert und Dreh- oder Linearbewegungen unterstützt. 

Zu den Hauptfunktionen von Lagern gehören:

• Reibungsreduzierung: Durch die Minimierung der Reibung zwischen beweglichen Teilen tragen Lager zur Energieeinsparung bei und reduzieren den Verschleiß der Komponenten.
• Lastunterstützung: Lager sind so ausgelegt, dass sie sowohl radiale Lasten (senkrecht zur Welle) als auch axiale Lasten (parallel zur Welle) aufnehmen können.
• Präzision: In vielen Anwendungen sorgen Lager für die präzise Bewegung und Positionierung von Komponenten.
• Geschwindigkeitsverbesserung: Durch die Reduzierung der Reibung ermöglichen Lager höhere Rotations- oder Lineargeschwindigkeiten in Maschinen.
• Geräusch- und Vibrationsreduzierung: Gut konstruierte Lager können Geräusche und Vibrationen in mechanischen Systemen erheblich reduzieren.

Arten von Lagern

Die Welt der Lager ist vielfältig, wobei jeder Typ für die Erfüllung spezifischer Anforderungen in verschiedenen Anwendungen ausgelegt ist. Hier ist ein Überblick über jeden Typ –

1. Kugellager

Kugellager sind wohl die am häufigsten anzutreffende Lagerart. Sie verwenden sphärische Kugeln als Wälzkörper zwischen den beiden Laufringen.

Charakteristik:

• Geeignet für Radial- und Axiallasten
• High-Speed-Fähigkeit
• Geringe Reibung
• Benötigen nur minimale Wartung

Anwendungen:

• Radlager für Kraftfahrzeuge
• Elektromotoren
• Festplatten
• Inline Skates

Untertypen:

• Rillenkugellager
• Schrägkugellager
• Pendelkugellager

2. Rollenlager

Rollenlager verwenden Zylinder statt Kugeln als Wälzkörper. Durch diese Konstruktion können sie höhere Lasten tragen als Kugellager ähnlicher Größe.

Charakteristik:

• Höhere Belastbarkeit als Kugellager
• Geeignet für Anwendungen mit Stoß- und Schlagbelastung
• Geringere Maximalgeschwindigkeit im Vergleich zu Kugellagern

Anwendungen:

• Schwere Maschinerie
• Fördersysteme
• Automobilgetriebe
• Eisenbahnwaggonräder

Untertypen:

• Zylinderrollenlager
• Kegelrollenlager
• Nadellager
• Pendelrollenlager

3. Gleitlager (Buchsen)

Gleitlager, auch Buchsenlager genannt, sind die einfachste Lagerart. Sie haben keine Wälzkörper, sondern sind auf eine glatte Oberfläche angewiesen, auf der sich die Welle drehen kann.

Charakteristik:

• Einfaches Design
• Kosteneffizient
• Compact
• Kann in schmutzigen Umgebungen betrieben werden

Anwendungen:

• Türscharniere
• Pedalbuchsen am Fahrrad
• Kleine Elektromotoren
• Kfz-Aufhängungssysteme

Untertypen:

• Gleitlager
• Kugelbüchsen
• Anlaufscheiben

4. Edelsteinlager

Edelsteinlager verwenden harte Edelsteine ​​(normalerweise synthetischen Saphir) als Lagerfläche. Sie werden typischerweise in Präzisionsinstrumenten verwendet, bei denen geringe Reibung entscheidend ist.

Charakteristik:

• Extrem geringe Reibung
• Hohe Präzision
• Langlebig

Anwendungen:

• Analoge Uhren
• Empfindliche Messgeräte
• Gyroskope

5. Flüssigkeitslager

Flüssigkeitslager nutzen einen dünnen Film aus Gas oder Flüssigkeit, um eine reibungsarme Unterstützung zwischen Oberflächen zu gewährleisten.

Charakteristik:

• Nahezu keine Reibung
• Kann mit sehr hohen Geschwindigkeiten betrieben werden
• Leiser Betrieb
• Erfordert eine konstante Versorgung mit Druckflüssigkeit

Anwendungen:

• Festplatten
• Präzisionswerkzeugmaschinen
• Große Teleskope
• Einige Wasserkraftgeneratoren

Untertypen:

• Hydrostatische Lager
• Hydrodynamische Lager
• Aerostatische Lager
• Aerodynamische Lager

6. Magnetlager

Magnetlager nutzen Magnetfelder, um eine rotierende Welle ohne physischen Kontakt zu stützen.

Charakteristik:

• Kein Körperkontakt, daher keine Reibung
• Kann mit extrem hohen Geschwindigkeiten betrieben werden
• Erfordern komplexe Steuerungssysteme
• Hohe Anschaffungskosten

Anwendungen:

• Schwungrad-Energiespeichersysteme
• Turbomolekularpumpen
• Einige Arten von Kompressoren
• Moderne Werkzeugmaschinen

7. Axiallager

Axiallager sind speziell dafür ausgelegt, axiale Lasten (Kräfte parallel zur Welle) aufzunehmen.

Charakteristik:

• Speziell für axiale Belastungen ausgelegt
• Kann schwere Lasten in eine Richtung tragen

Anwendungen:

• Hubschrauberrotoren
• Vertikalpumpen
• Gelenkwellen in Schiffen

Untertypen:

• Axial-Kugellager
• Axial-Rollenlager
• Kegelrollenlager

Wie wählt man in der Fertigung Lager aus?

Die Auswahl des richtigen Lagers für Ihre Anwendung ist entscheidend für optimale Leistung, Langlebigkeit und Kosteneffizienz Ihres mechanischen Systems. Hier sind die wichtigsten Faktoren, die Sie bei der Auswahl von Lagern für die Fertigung berücksichtigen müssen:

Lasttyp und -größe

Als Erstes müssen Sie Art und Ausmaß der Belastung berücksichtigen, die Ihr Lager aushalten muss:

• Radiale Belastung: Kräfte senkrecht zur Welle
• Axiale (Schub-)Last: Kräfte parallel zur Welle
• Kombinierte Last: Eine Kombination aus radialen und axialen Belastungen

Sie müssen die maximale Belastung berechnen, der das Lager während des Betriebs ausgesetzt ist. Dazu gehört nicht nur die Dauerbelastung, sondern auch Stoßbelastungen oder vorübergehende Überlastungen.

Geschwindigkeitsanforderungen

Verschiedene Lager haben unterschiedliche Geschwindigkeitsfähigkeiten. Sie müssen Folgendes berücksichtigen:

• Die maximale Drehzahl, mit der das Lager betrieben wird
• Ob die Geschwindigkeit konstant oder variabel sein wird
• Bei häufigen Start-Stopp-Zyklen

Kugellager bieten im Allgemeinen die höchsten Geschwindigkeitsmöglichkeiten, während Rollenlager besser für niedrigere Geschwindigkeiten, aber höhere Belastungen geeignet sind.

Betriebsumgebung

Die Umgebung, in der das Lager eingesetzt wird, hat großen Einfluss auf Ihre Wahl:

• Temperaturen: Extreme Hitze oder Kälte können die Leistung und Lebensdauer der Lager beeinträchtigen
• Feuchtigkeit: Hohe Luftfeuchtigkeit oder Kontakt mit Flüssigkeiten können abgedichtete oder geschirmte Lager erfordern
• Kontamination: Das Vorhandensein von Staub, Schmutz oder anderen Partikeln kann besondere Abdichtungsmaßnahmen erforderlich machen
• Vibration: Umgebungen mit starken Vibrationen erfordern möglicherweise Lager mit höherer Haltbarkeit

Präzisionsanforderungen

Einige Anwendungen erfordern eine äußerst präzise Positionierung oder Bewegung:

• Läuft aus: Der Betrag der Abweichung vom wahren Rotationszentrum
• Drehmomentvariation: Konstanz des Rotationswiderstandes
• Noise Level: Einige Anwendungen erfordern einen extrem leisen Betrieb

Bei hochpräzisen Anwendungen müssen Sie möglicherweise die ABEC-Bewertungen (Annular Bearing Engineering Committee) berücksichtigen, die die Fertigungstoleranzen des Lagers angeben.

Raumbeschränkungen

Der in Ihrer Konstruktion verfügbare Platz kann Ihre Lageroptionen einschränken:

• Wellendurchmesser: Dies bestimmt oft den Innendurchmesser des Lagers
• Gehäusegröße: Dies begrenzt den Außendurchmesser und die Breite des Lagers
• Gewichtsbeschränkungen: Bei manchen Anwendungen kann das Gewicht des Lagers selbst ein kritischer Faktor sein

Schmiertechnik

Überlegen Sie, wie das Lager geschmiert wird:

• Grease Gleitcreme: Für viele Anwendungen geeignet, erfordert weniger Wartung
• Öl: Besser für Hochgeschwindigkeits- oder Hochtemperaturanwendungen
• Festschmierstoffe: Wird in extremen Umgebungen verwendet, in denen herkömmliche Schmiermittel versagen würden
• Selbstschmierende Materialien: Wird in Gleitlagern für Anwendungen mit geringer Belastung und niedriger Geschwindigkeit verwendet

Lebenserwartung und Zuverlässigkeit

Sie müssen bestimmen, wie lange das Lager halten muss und wie wichtig seine Funktion ist:

• Berechnen Sie die Lebensdauer L10 (die Anzahl der Umdrehungen, die 90 % einer Gruppe identischer Lager absolvieren, bevor Anzeichen von Ermüdung auftreten).
• Bedenken Sie die Folgen eines Lagerausfalls und ob eine Redundanz erforderlich ist

Kostenüberlegungen

Auch wenn es verlockend ist, sich immer für das hochwertigste Lager zu entscheiden, müssen Sie Leistung und Kosten gegeneinander abwägen:

• Anschaffungskosten
• Installationskosten
• Wartungskosten
• Kosten und Häufigkeit des Austauschs

Welche Materialien werden für Lager verwendet?

Die für die Herstellung von Lagern verwendeten Materialien spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung ihrer Leistung, Haltbarkeit und Eignung für verschiedene Anwendungen. Hier ist eine Übersicht über die am häufigsten bei der Lagerherstellung verwendeten Materialien:

Stahl

Aufgrund seiner hervorragenden Kombination aus Festigkeit, Härte und Erschwinglichkeit ist Stahl das bei weitem am häufigsten bei der Lagerherstellung verwendete Material.

Verwendete Stahlsorten:

• Verchromter Stahl
• Edelstahl
• Werkzeugstahl
• Einsatzgehärteter Stahl

Vorteile von Stahl:

• Hohe Festigkeit und Härte
• Gute Verschleißfestigkeit
• Relativ niedrige Kosten
• Eine große Auswahl an Qualitäten für unterschiedliche Anwendungen erhältlich

Nachteile:

• Kann schwer sein
• Korrosionsanfällig (außer Edelstahl)
• Kann spröde werden, insbesondere bei niedrigen Temperaturen

Keramik

Keramische Werkstoffe, insbesondere Siliziumnitrid (Si3N4), werden zunehmend in Hochleistungslagern eingesetzt.

Vorteile von Keramik:

• Extrem hart und verschleißfest
• Geringe Dichte (leichter als Stahl)
• Kann bei höheren Temperaturen als Stahl betrieben werden
• Elektrisch isolierend
• Korrosionsbeständig

Nachteile:

• Teurer als Stahl
• Kann spröde und empfindlich gegenüber Stoßbelastungen sein
• Schwieriger, präzise Toleranzen herzustellen

Anwendungen: Keramiklager werden häufig in Hochgeschwindigkeitsspindeln von Werkzeugmaschinen, Rennrädern und einigen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet.

Kunststoffe

Insbesondere bei Anwendungen mit geringer Belastung und niedriger Geschwindigkeit oder in korrosiven Umgebungen werden für Lager verschiedene Kunststoffe verwendet.

Häufig verwendete Kunststoffe:

• PTFE (Teflon)
• Kunststoffbälle
• Acetal (POM)
• PEEK (Polyetheretherketon)

Vorteile von Kunststoffen:

• Geringe Reibung
• Leichtgewicht
• Korrosionsbeständig
• Kann in einigen Fällen ohne Schmierung betrieben werden
• Geräuscharmer Betrieb

Nachteile:

• Geringere Belastbarkeit als Metalllager
• Eingeschränkter Temperaturbereich
• Geringere Präzision als Metalllager

Anwendungen: Kunststofflager werden häufig in Lebensmittelverarbeitungsanlagen, Chemiepumpen und anderen Anwendungen verwendet, bei denen Korrosionsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Babbitt Metal

Weißmetall ist eine weiche Legierung, die traditionell in Gleitlagern verwendet wird. Es besteht normalerweise aus Zinn oder Blei, legiert mit Kupfer, Antimon und anderen Metallen.

Vorteile von Weißmetall:

• Ausgezeichnete Anpassungsfähigkeit
• Gute Einbettbarkeit (kann Schmutzpartikel einbetten)
• Geringe Reibung

Nachteile:

• Geringe Tragfähigkeit
• Beschränkt auf Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit
• Kann unter schwerer Last kriechen

Anwendungen: Weißmetall wird immer noch in einigen großen Industriemaschinen verwendet, insbesondere in älteren Geräten.

Bronze

Bronzelegierungen werden häufig in Gleitlagern und Buchsen verwendet.

Vorteile von Bronze:

• Gute Kraft
• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
• Kann mit Stahlwellen verwendet werden, ohne dass es zum Festfressen kommt
• Selbstschmierende Eigenschaften bei Herstellung mit Graphiteinsätzen

Nachteile:

• Teurer als Stahl
• Geringere Härte als Stahl

Anwendungen: Bronzelager werden häufig in Meeresumgebungen, Lebensmittelverarbeitungsanlagen und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen Korrosionsbeständigkeit wichtig ist.

Kompositmaterialien

Im modernen Lagerbau kommen verschiedene Verbundwerkstoffe zum Einsatz, die oft die Eigenschaften unterschiedlicher Materialien kombinieren.

Beispiele:

• Faserverstärkte Kunststoffe
• Metall-Polymer-Verbundwerkstoffe
• Keramikbeschichtete Metalle

Vorteile von Verbundwerkstoffen:

• Kann an spezifische Anwendungsanforderungen angepasst werden
• Kombinieren oft hohe Festigkeit mit geringem Gewicht
• Bietet einzigartige Eigenschaftskombinationen (z. B. hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit)

Nachteile:

• Kann teuer sein
• Kann komplexe Herstellungsprozesse aufweisen

Anwendungen: Verbundlager werden in zahlreichen Spezialanwendungen eingesetzt, von der Luft- und Raumfahrt bis zur chemischen Verarbeitung.

Wie werden Lager hergestellt?

Sie können verschiedene Techniken ausprobieren, um unterschiedliche Arten herzustellen. Hier finden Sie einen kurzen Überblick über einige moderne Techniken, die zur Herstellung von Lagern verwendet werden können. 

CNC-VERARBEITUNG

Die computergestützte numerische Steuerung (CNC) ist das Herzstück der modernen Lagerherstellung:

• Mehrachsige CNC-Maschinen: Diese ermöglichen die Bearbeitung komplexer Geometrien in einem einzigen Setup, was die Genauigkeit verbessert und die Produktionszeit verkürzt.
• Hochgeschwindigkeitsbearbeitung: Ermöglicht schnelleren Materialabtrag bei gleichzeitig hoher Präzision.
• Adaptive Bearbeitung: Passen Sie die Schnittparameter mithilfe von Echtzeit-Feedback an und gewährleisten Sie so die Konsistenz aller Teile.

Präzisionsschleifen

Das Schleifen ist ein kritischer Prozess bei der Lagerherstellung, der zum Erreichen präziser Abmessungen und glatter Oberflächen verwendet wird:

• Spitzenloses Schleifen: Mit dieser Technik, die häufig bei Walzen und Nadeln eingesetzt wird, lassen sich Rundheitstoleranzen von bis zu 0.5 Mikrometern erreichen.
• Superfinish: Ein spezielles Schleifverfahren, mit dem eine Oberflächenrauheit von bis zu 0.05 Mikrometer Ra (arithmetischer Mittelrauwert) erzeugt werden kann.
• Honig: Wird verwendet, um die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit von Lagerbohrungen und Außendurchmessern zu verbessern.

Funkenerosion (EDM)

EDM wird zum Erzeugen komplexer Formen in gehärteten Materialien verwendet:

• Drahterodieren: Kann komplizierte Profile in Lagerkomponenten schneiden, besonders nützlich für Käfige und Speziallager.
• Senkerodieren: Wird zum Erstellen präziser Hohlräume oder Merkmale in Lagerkomponenten verwendet.

Laserbearbeitung

Bei der Lagerherstellung kommt zunehmend Lasertechnologie zum Einsatz:

• Laserschneiden: Zum präzisen Schneiden dünner Materialien, wird häufig bei der Käfigherstellung verwendet.
• Laserbeschriftung: Zum Anbringen von Identifikationsmarkierungen oder Skalen an Lagerkomponenten.
• Laser-Wärmebehandlung: Dies kann zum lokalen Härten von Lagerflächen verwendet werden.

Präzisionsmessung und -prüfung

Obwohl es sich hierbei nicht um eine Bearbeitungstechnik an sich handelt, ist die Präzisionsmessung ein wesentlicher Bestandteil des Bearbeitungsprozesses:

• Koordinatenmessmaschinen (CMM): Wird für hochpräzise 3D-Messungen von Lagerkomponenten verwendet.
• Optische Messsysteme: Berührungslose Messung zur schnellen Überprüfung der Oberflächenqualität und -abmessungen.
• Rundheitstester: Spezialgerät zum Messen der Rundheit von Kugeln, Rollen und Laufbahnen.

Mikrofinish

Mit dieser auch als Tape-Finishing oder Stone-Finishing bezeichneten Technik erzielen Sie äußerst glatte Oberflächen:

• Kann Oberflächengüten von bis zu 0.025 Mikrometer Ra erzeugen.
• Besonders wichtig bei Hochgeschwindigkeitslagern, bei denen selbst winzige Oberflächenfehler Lärm und Vibrationen verursachen können.

Präzisionsläppen

Durch Läppen lassen sich extrem ebene bzw. glatte Oberflächen erzeugen:

• Wird häufig für Axiallagerringe und einige Rollenenden verwendet.
• Kann Ebenheitstoleranzen von weniger als 1 Mikrometer erreichen.

Präzisionsbohren

Bei Lagern mit Bohrungen ist die Feinbohrung entscheidend:

• CNC-Bohrstangen mit aktiver Schwingungsdämpfung können sehr enge Toleranzen erreichen.
• Wichtig, um den richtigen Sitz zwischen Lager und Welle sicherzustellen.

Schlussfolgerung

Abschließend wissen Sie nun über die verschiedenen Lagertypen Bescheid und wissen sogar, wie sie hergestellt werden. Wenn Sie mit der Herstellung mithilfe eines Dienstleisters beginnen möchten, kann Zintilon der perfekte Partner für Ihr Lagerherstellungsprojekt sein. Ob CNC-Bearbeitung oder EDM, sie haben alles zu bieten.