Kugellager zählen zu den Wälzlagern und finden vor allem bei Antriebswellen häufig Verwendung. Mittlerweile gibt es zahlreiche verschiedene Formen mit unterschiedlichsten Funktionen. Das erste Kugellager, welches den heutigen Modellen ähnelt, wurde Ende des 19. Jahrhunderts von dem Waliser Philip Vaughan entwickelt und patentiert. Den finalen Durchbruch erlangte es aber erst durch die Entwicklung des Radialkugellagers durch Jules Suirray im Jahre 1869.
Kurz noch ein paar allgemeine Informationen zu Kugellagern:
Sie setzen sich aus verschiedenen Teilen zusammen und verfügen zwischen dem Innen- und dem Außenring über kleine Kugeln, welche auch als Namensgeber fungieren. Die Kugeln trennen nicht nur die einzelnen Teile des Lagerelements voneinander, sondern verringern die während der Drehung entstehende Reibung deutlich. Nur aufgrund der Kugeln wird ein leichteres Drehen ohne übermäßige Wärmeentwicklung ermöglicht.
Die Funktionsweise von Kugellagern im Detail erklärt:
Grundsätzlich haben verschiedene Arten von Lasten Einfluss auf das Kugellager. Zu diesen Lasten zählen die radialen, die axialen und die dynamischen Lasten. Daher setzt sich ein Kugellager immer zumindest aus zwei Lagerringen und einem Käfig zusammen. Die Kugeln befinden sich dabei im Käfig und werden zum Aufnehmen der unterschiedlichen Lasten eingesetzt. Dabei gilt bei der Zusammensetzung eines Lagers aber folgendes zu beachten: Ein Ring des Lagers ist immer unbeweglich, während ein weiterer Ring, mit welchem sich auch die Kugeln bewegen, mit der drehbaren Narbe bzw. Welle verbunden ist.
Weitreichende Einsatzmöglichkeiten von Kugellagern:
Kugellager werden vor allem im Fertigungsbereich bei der Herstellung von mechanischen Instrumenten und Geräten verwendet, da sie die Bewegung und die effiziente Energieübertragung zwischen den einzelnen Bauteilen ermöglichen. Zu den vielfältigen Einsatzbereichen von Kugellagern zählen neben Armbanduhren mit Selbstaufzug auch Kreiselpumpen und verschiedene Spiel- und Sportgeräte wie zum Beispiel Skateboards. Zudem kommen sie auch in der Luft- und Raumfahrttechnik häufig zur Anwendung.
Hier ein Überblick über die verschiedenen Kugellager und ihre Einsatzgebiete:
Grundsätzlich gibt es zwei Bauformen von Kugellagern, nämlich offene und geschlossene Lager. Geschlossene Lager sind auf einer Seite mit einem fixen Metalldeckel verschlossen, wodurch das Eindringen von Schmutz oder anderen Fremdkörpern verhindert und eine optimale Ölschmierung des Lagers ermöglicht wird. Auf Grund ihrer hohen Zuverlässigkeit ist mittlerweile auch die Verwendung von komplett geschlossenen Kugellagern gebräuchlich.
Eines gilt aber für alle Kugellager: Je mehr Kugeln sich im Lager befinden, desto größer ist auch die Belastungsmenge, welche das Lager aufnehmen kann.
Nun aber zu den verschiedenen Arten von Kugellagern:
Radialkugellager
Radialkugellager sind vielfältig einsetzbar und verfügen über ein enormes Leistungsniveau. Die Radialkugellager können sowohl radial als auch axial auf die Welle einwirkende Kräfte aufnehmen. Für eine kombinierte Aufnahme beider Lasten wird jedoch ein axiales Schrägkugellager benötigt.
Solche Radialkugellager finden beispielweise bei der Herstellung von Fahrzeugsystemen, Riemenantrieben oder Spielzeugen häufig Anwendung. Auch bei Förderbändern oder anderen Fertigungsprozessen kommen Radialkugellager zum Einsatz.
Rillenkugellager
Unter allen Kugellagern sind Rillenkugellager die mit Abstand am häufigsten verwendete Kugellagerart und eigenen sich vor allem für schwere Lasten ideal. Rillenkugellager nehmen sowohl radiale als auch axiale Lasten auf und kommen in unterschiedlichen Ausführungen (entweder in geschlossener bzw. geschmierter Form oder mit Sicherungsring) vor. Dabei stimmen bei Rillenkugellagern die Abmessungen der Lagerscheiben mit den im Lager laufenden Kugeln überein. Einen Nachteil haben Rillenkugellager aber: Der Kontaktwinkel kann bei diesen Lagern nicht auf die relativen Lastenwerte angepasst werden.
Rillenkugellager werden meist bei Elektro- oder Fahrzeugmotoren, Gartenwerkzeugen oder Büromaschinen eingesetzt.
Schrägkugellager
Schrägkugellager verfügen Innen und Außen über Ringnuten mit voneinander getrennten Lagerachsen, daher können sie eine Kombination aus axialen und radialen Lasten aufnehmen. Da Schrägkugellager meist mit sehr vielen Kugeln ausgestattet sind, stellen höhere Geschwindigkeiten kein Problem dar und die spezifische Reibung der unterschiedlichen Lasten wird dennoch ideal ausgeglichen. Grundsätzlich kann bei Schrägkugellagern zwischen ein- und zweireihigen Lagern, sowie Vierpunkt-Kontakt-Lagern unterschieden werden.
Schrägkugellager kommen meist in Kompressoren, Elektromotoren, Generatoren, Metallwalzwerken, Pumpen und Werkzeugmaschinenspindeln zur Anwendung.
Linearkugellager
Die Linearkugellager sind eine Sonderform und verfügen über eine spezielle Konstruktionsweise, welche eine freie Bewegung in eine Richtung ermöglicht. Diese Form des Kugellagers ist selbstschmierend und garantiert nicht nur höchste Zuverlässigkeit, sondern auch gleichmäßige und präzise Bewegungen bei linearen Konstruktionen mit nur einer Achse. Ein gewöhnliches Linearkugellager setzt sich immer aus zwei linearen Kugellagerreihen zusammen, welche an den gegenüberliegenden Sockelseiten in vier Schienen laufen.
Linearkugellager kommen in Präzisionsinstrumenten, Röntgenapparaten und Bildgebungsgeräten zum Einsatz. Zudem werden sie bei der Robotermontage, beim Möbelbau und in Reinraumumgebungen verwendet.
Miniaturlager
Die sogenannten Miniaturlager sind meist auch unter den Begriffen Instrument- oder Mikrolager bekannt und zeichnen sich durch ihren geringen Nennaußendurchmesser, welcher unter 9 mm liegen muss, aus. Somit sind Miniaturlager noch kleiner als Kleinkugellager, welche einen Außendurchmesser von mehr als 10 mm haben. Diese Kugellagerform wird aufgrund der geringen Kräfte die eingeleitet werden können, meist nur aus Edelstahl hergestellt.
Zu Anwendung kommen diese Miniaturlager meist im Modellbau, in Miniaturgetrieben und in Kleinmotoren, sowie bei Windmessgeräten und Kreiselinstrumenten.
Selbstausrichtende Kugellager
Auch selbstausrichtende Kugellager zählen zu den Sonderformen am Markt. Sie werden meist auch als Pendellager bezeichnet und kommen vor allem bei langen Wellen zur Anwendung. Sie setzen sich aus einem Innenring und einer Kugelbaugruppe, welche im Außenring von einer Laufrille gehalten wird, zusammen. Durch ihre Konstruktionsweise können sie geringe Fehlstellungen, welche durch Auslenkungen oder eine falsche Montage entstanden sind, ausgleichen. Diese Kugellagervariante sollte aber nur dann verwendet werden, wenn geringe axiale Lasten zu erwarten sind, da die Laufrille nur eine stark begrenzte Ablagefläche bietet.
Typische Anwendungsbereiche sind Achsenantriebe und Getriebegehäuse.
Axialkugellager
Eine weitere Sonderform unter den Drehlagern bildet das Axiallager, welches in seiner Art und Weise einzigartig ist. Obwohl ein Axialkugellager auch die Bewegung zwischen den Bauteilen erleichtert, liegt seine Hauptfunktion in der Aufnahme aller axialen Lasten.
