Kräfte führen.
Reibung verstehen.
Wähle eine Lagerbauart, ändere die Lastrichtung und prüfe, welchen Weg die Montagekraft nimmt.
Vermute zuerst: Kann ein Lager jede Kraft aufnehmen, nur weil die Welle hindurchpasst?
Gleiten und Wälzen
Ein Lager führt bewegte Teile und überträgt Kräfte an eine tragende Struktur. Im Gleitlager gleiten die beteiligten Flächen gegeneinander; ein geeigneter Schmierfilm kann sie im Betrieb trennen. Im Wälzlager rollen Kugeln oder Rollen zwischen Laufbahnen. Auch dort entstehen Reibung und örtlich hohe Kontaktbeanspruchungen.
Radialkraft: Wirkt quer zur Wellenachse. Axialkraft: Wirkt entlang der Achse. Eine reale Lagerung kann beide aufnehmen müssen, etwa an einer angetriebenen Spindel.
Das Modell vergleicht vier konkrete Ausführungen. Es berücksichtigt keine Tragzahlen, Lebensdauer, Steifigkeit, Fluchtfehler oder zulässigen Drehzahlen.
Die Richtung entscheidet mit
- Rillenkugellager: Hauptsächlich radial belastbar; je nach Ausführung und Betriebsbedingungen auch begrenzte Axiallast in beiden Richtungen.
- Axialkugellager: Die hier betrachtete Ausführung trägt Axiallast, benötigt aber eine getrennte radiale Führung. Belastungsrichtung und ein- oder zweiseitige Ausführung beachten.
- NU-Zylinderrollenlager: Überträgt Radiallast und lässt axiale Verschiebung zwischen Welle und Gehäuse zu. Es übernimmt hier keine axiale Festlegung.
- Gleitbuchse ohne Bund: Führt radial. Für Axialkräfte sind zusätzliche dafür vorgesehene Flächen oder Lager notwendig.
Eine Fest-/Loslagerung verhindert, dass thermische Längenänderungen unnötige Zwängungen erzeugen. Die vollständige Auslegung geht über die Lastrichtung hinaus.
Warum Schmierstoff und Sauberkeit wichtig sind
Haften, gleiten und rollen
Reibung wirkt einer relativen Bewegung zwischen Kontaktflächen oder deren Beginn entgegen. Haftreibung kann eine Bewegung verhindern, ohne dass die Flächen gegeneinander gleiten. Bei Gleitreibung bewegen sich die Flächen relativ zueinander; dabei wird mechanische Energie in Wärme umgewandelt.
Auch beim Rollen entstehen Verluste. Ein Wälzlager ist deshalb nicht reibungsfrei. Reibung ist je nach Aufgabe erwünscht oder unerwünscht: Eine Reibbremse nutzt sie zum Verzögern, ein Lager soll Bewegung mit möglichst geringen Verlusten führen.
Schmierstoff reduziert Reibung und Verschleiß, kann Wärme abführen und vor Korrosion schützen. Passend sind nicht nur „Öl oder Fett“, sondern auch Eigenschaften, Zuführung, Menge und Betriebsbedingungen. Es gibt außerdem besonders ausgelegte selbstschmierende Gleitlager; die trockene Variante im Modell stellt ausdrücklich kein solches Lager dar.
Zu viel Fett kann ein Wälzlager durch zusätzliche Walkarbeit erwärmen. Schmutz und Feuchtigkeit schädigen Kontaktflächen oder den Schmierfilm. Nachschmieren beseitigt weder beschädigte Laufbahnen noch eine ungeeignete Abdichtung.
Für die Gleitbuchse zeigen p = Fᵣ / (d · L) und v = π · d · n / 60 000 (d in mm, n in 1/min) eine mittlere projizierte Flächenpressung in N/mm² und Gleitgeschwindigkeit in m/s. Der p·v-Wert ist nur eine Kenngröße; zulässige Werte hängen vom konkreten Lagerwerkstoff und Betrieb ab.
Montagekraft richtig einleiten
Beim Aufpressen auf die Welle setzt das Werkzeug am Innenring an. Beim Einpressen ins Gehäuse setzt es am Außenring an. Sonst kann die Montagekraft über die Wälzkörper laufen und Druckstellen verursachen. Haben beide Ringe gleichzeitig einen Presssitz, muss ein passendes Werkzeug beide Ringe abgestimmt unterstützen.
Saubere Sitze, korrekte Passungen, Ausrichtung und die vorgeschriebene Montageweise gehören zusammen. Nicht durch Schläge auf die Wälzkörper „nachhelfen“. Temperaturverfahren und zulässige Montagekräfte richten sich nach der konkreten Ausführung.
Sechs Aufgaben: Verstehen, Anwenden und Übertragen. Die Runde und die Modellwerte bleiben nur auf dieser geöffneten Seite.