Kugellager – Industrielager – Wälzlager
Einleitung
Lager für Drehbewegungen werden als Wälzlager oder als Gleitlager ausgeführt. Man unterscheidet dabei, ob die auftretenden Kräfte zwischen den zueinander beweglichen Teilen durch rollende = abwälzende oder gleitende Elemente übertragen werden. Im folgenden werden Wälzlager betrachtet.
Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei Lagerringen mit integrierten Laufbahnen. Zwischen den Ringen sind Wälzkörper angeordnet, die sich auf den Laufbahnen abwälzen. Als Wälzkörper werden Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen, Kegelrollen und Tonnenrollen eingesetzt. Ein Käfig führt in der Regel die Wälzkörper, hält sie in gleichmäßigem Abstand zueinander und verhindert, dass sie sich gegenseitig berühren. Bei Nadellagern und bordlosen Pendelrollenlagern sorgt der Käfig zusätzlich für die richtige Lage der Rollkörperachse. Sind Lager zerlegbar, hält der Käfig die Wälzkörper zusammen und erleichtert dadurch den Einbau der Lager. Für besondere Anwendungen kommen auch vollkugelige, vollrollige und vollnadelige Wälzlager zum Einsatz. Der Standard-Werkstoff für Blechkäfige ist Stahl, für manche Anwendungen auch Messing. Massivkäfige gibt es aus Messing, Stahl, Hartgewebe und weiteren Werkstoffen. Stark verbreitet sind auch Käfige aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere solche aus glasfaserverstärktem Polyamid. Laufringe und Wälzkörper sind überwiegend aus durchgehärtetem Chromstahl, daneben wird aber auch Einsatzstahl verwendet. Sonderlager für extreme Betriebsverhältnisse – Belastung, Drehzahl, Temperatur, Korrosion – bestehen aus temperaturfesten und/oder nichtrostenden Stählen, Kunststoff, Keramik sowie aus anderen Werkstoffen.
Wälzlager gibt es offen, sowie ein- und beidseitig abgedichtet. Die gängigsten Dichtungsarten sind Spalt- und Lippendichtungen.
Wälzlagerungen bei Fahrrädern
Konuslager vs. Industrielager
Bei Fahrrädern wurden und werden hauptächlich sogenannte Konuslager eingesetzt. Diese Lager zeichnen sich durch eine zerleg– und einstellbare Bauweise aus. Diese Art der Lagerung wird immer mehr durch komplett vormontierte, nicht einstellbare Wälzlager ersetzt. In der Radbranche hat sich für diese nicht einstellbaren Wälzlager – meist Kugellager – die Bezeichnung Industrielager eingebürgert. Was Industrielager genau bedeutet ist unklar, gemeint sind wohl Lager die in der Industrie ebenfalls eingesetzt werden. Diese unsinnige und nicht eindeutige Bezeichnung gibt es in der Technik an sich nicht, die wurde erfunden, um in der Radbranche einen Unterschied zu den einstellbaren Konuslagern darzustellen. Wer den Begriff Industrielager außerhalb einer Radgemeinschaft verwendet, wird üblicherweise auf Verständnislosigkeit stoßen. Der richtige Fachbegriff wäre bei den am Fahrrad üblichen Lagern Wälzlager als Überbegriff, bzw. die direkte Nennung der Lagerart wie zum Beispiel Rillenkugellager oder Schrägkugellager etc.
Wälzlager – Bauarten
Jede Wälzlager-Bauart hat charakteristische Eigenschaften, die sie für bestimmte Lagerungsfälle besonders geeignet macht. Allgemeingültige Regeln zur Wahl der Lagerart lassen sich jedoch nur bedingt aufstellen, da fast immer mehrere Faktoren berücksichtigt und gegeneinander abgewogen werden müssen. Wälzlager für überwiegend radiale Belastungen nennt man Radiallager. Die am Fahrrad am häufigsten eingesetzten Lager sind Radiallager, meist Konuslager (Naben), Rillenkugellager (Tretlager,..) und bei Steuersätzen Schrägkugellager.
Konuslager
Konuslager sind, wie schon erwähnt, die gebräuchlichste Art der Lagerung am Fahrrad. Zwischen Konus und Lagerschale rollen lose Kugeln auf gefetteten Laufbahnen. Der Konus ist mit einem Gewinde auf der Achse zentriert und wird mit einer Kontermutter fixiert. Dadurch kann bzw. muß das Lagerspiel eingestellt werden.
Rillenkugellager
Bei diesen Lagern – wie der Name schon sagt – laufen Kugeln in einer fixen Rille. Die Laufbahn ist auf wenige tausendstel mm fixiert, die Kugeln können nicht ausweichen. Eine Schrägstellung, unrunde, verbogene Wellen etc. bedeuten daher verständlicherweise oftmals den schnellen Tod eines solchen Lagers.
Schrägkugellager
Bei Schrägkugellagern sind innere und äußere Laufbahn in Richtung der Lagerachse gegeneinander versetzt. Die Versetzung wird durch den Druckwinkel α beschrieben. Die Lagerung kann bei einreihigen Schrägkugellager in einer Richtung axial belastet werden, bei zweireihigen in beiden Richtungen. In den meisten Fällen werden zwei einreihige Schrägkugellager gegeneinander angestellt, das bedeutet gegengleich eingebaut, so daß diese Kombination axiale Kräfte in beiden Richtungen aufnehmen kann. Beispiel: Lagerung des Steuersatzes.
Aufgrund der besonderen Baugrößen bei Steuersätzen sind die verwendeten Schrägkugellager Sonderanfertigungen und nicht in herkömmlichen Katalogen zu finden. Erkennbar sind solche Lager an einer Fase am Außenring die verschiedene Winkel aufweisen kann.
Bezeichnung
Wälzlager werden nach einem Nummernsystem geordnet. Die erste Ziffer bedeutet die Art des Lagers, zB. 6 für Rillenkugellager. Die nächste Ziffer steht für die Breitenreihe, die 2 letzten Ziffern für die Durchmesserreihe. Für die Bestellung ist diese Nummer sehr hilfreich.
Da bei Fahrrädern selten Sonderanfertigungen verbaut werden, die unter Umständen aber durch Verwendung baugleicher Teile Nummern von nicht identen Serienlagern besitzen, sind für uns Radfahrer – um mit Sicherheit die richtigen Lager zu bekommen – die Abmessungen wichtig:
- Innendurchmesser .. d
- Außendurchmesser .. D
- Breite .. B
- Art der Dichtung
Beispielbild eines Rillenkugellagers 61903 2RS = 6903RS = 61903 2RS1 usw. montiert auf einer Tretlagerwelle.
d=17mm, D=30mm, B=7mm mit 2 Dichtscheiben – Dieses Rillenkugellager wird oft bei 4-Kant Tretlagerungen eingesetzt.
Art der Dichtung
Es gibt mehrere Arten von Dichtungen, die gebräuchlisten sind:
- Dichtscheiben: Unter Dichtscheiben werden schleifende (berührende) Gummilippen verstanden. Dies ist die gebräuchliste Einsatzform am Fahrrad, daher wird man in den meisten Fällen ein Lager mit zwei Dichtscheiben benötigen. Bezeichnung: Nach der Nummer steht ein RS, oder RSR oder 2RSR oder 2RS1 etc.
- Deckscheiben: Eine andere Art von Dichtung sind Deckscheiben. Diese sind berührungsfrei, haben also einen winzigen Spalt. Dichten daher nicht so gut, sind aber reibungsfrei. Bezeichnung: Meistens 2Z oder 2ZR
Wie finde ich die richtige Bezeichnung des Lagers?
Zuerst einmal das alte Lager genau ansehen. Auf den schwarzen Dichtscheiben ist oft die Normbezeichnung (Nummer zB 61804 RSR) aufgedruckt oder fix vergossen. Selten ist die Nummer auch am Außenring oder auf der Seite des Außenrings aufgelasert.
Dann Außen-, Innendurchmesser und Breite abmessen und in diversen Katalogen mit der Nummer prüfen. Links zu Online-Wälzlagerkatalogen siehe unten.
Auswahl von am Fahrrad gebräuchlichen Lagern:
- 20mm Steckachsennabe Vorderrad: d=20mm, D=32mm, B=7mm
6804RS oder 61804RS – In Katalogen europäischer Hersteller ist das Lager unter 61804 zu finden. - 4-Kant Tretlager: d=17mm, D=30mm, B=7mm
Ablesbare Bezeichnung: 6903RS oder seltener 61903RS – In Katalogen europäischer Hersteller ist das Lager unter 61903 zu finden. - 17mm Rillenkugellager von ultraleichten Hinterradnaben: d=17mm, D=26mm, B=5mm
6803RS oder 61803RS – In Katalogen europäischer Hersteller ist das Lager unter 61803 zu finden. - BMX Tretlager metrisch: d=22mm, D=44mm, B=12mm
60/22 2RS - Ultraleichte Vorderradnaben und Pedale: d=8mm, D=16mm, B=5mm
628/8 2RS1 oder 688RS - Pedale: d=6mm, D=13mm, B=5mm offen oder mit Deckscheiben (keine schleifende Dichtung)
628/6 2Z oder 686ZZ
Hybridlager
Hybridlager haben Laufringe aus Wälzlagerstahl und Walzkörper aus dem technischen Keramikwerkstoff Siliziumnitrit (Si3N4). Die Dichte von Siliziumnitrit beträgt nur 40 % der Dichte von Wälzlagerstahl, was sich durch geringeres Gewicht und daher geringerer Massenträgheit vorteilhaft auf die Wälzkörper auswirkt. Sie sind daher für besonders hohe Drehzahlen geeignet. Im Radsport werden Wälzlager zwar nicht mit hohen Drehzahlen belastet, aber durch die geringere Reibung, das etwas geringere Gewicht sowie die bessere Haltbarkeit bei schlechter Schmierung werden Hybridlager dort eingesetzt, wo es sonst nichts mehr zu verbessern gibt.
Einbau eines selbsthaltenden Wälzlagers – Im Radsport als Industrielager bezeichnet
Einleitung
Ordnungsgemäßer Einbau der Lager ist mit eine Voraussetzung dafür, das ihre Gebrauchsdauer voll ausgenutzt werden kann. Verkanten der Lagerringe ist auf jeden Fall zu vermeiden! Auch eine Belastung zwischen Innen- und Außenring darf nicht auftreten.
Praktische Durchführung
Im Allgemeinen wird das Lager dort zuerst eingebaut wo die festere Passung vorliegt. Wenn das Lager auf der Welle fester sitzen soll als im Gehäuse, dann zuerst auf die Welle aufpressen und umgekehrt. Kleine Lager können mit leichten Hammerschlägen gegen eine, am einzubauenden Lagerring anliegende Hülse auf den Wellensitz bzw. in die Gehäusebohrung getrieben werden. Damit das Lager nicht verkantet, sind die Schläge auf der Hülse ringsherum zu führen um ein gleichmäßiges Einschlagen zu gewährleisten. Besser ist ein Ein- bzw. Aufpressen des Lagers zum Beispiel mittels Schraubstock. Wenn ein Lager gleichzeitig auf die Welle und in die Gehäusebohrung gepresst wird, muss die Einbaukraft gleichmäßig auf beide Lagerringe verteilt werden und die Anlageflächen des Einbauwerkzeugs müssen in einer Ebene liegen. In jedem Fall müssen alle Flächen leicht geölt oder eingefettet werden. Die Betonung liegt auf leicht, es reicht die Flächen mit öligen oder fettigen Fingern oder Tuch abzuwischen.
Aufschlagen oder Aufpressen am Innenring bei einer festen Passung auf der Welle
Eine Hülse wird am Innenring aufgesetzt. Diese muß von den Abmessungen so gestaltet sein, daß sie leicht über die Welle rutscht, aber den Dichtring nicht beschädigen kann.
Einschlagen oder Einpressen am Außenring bei einer festen Passung im Gehäuse
Eine Hülse wird am Außenring aufgesetzt. Die Abmessungen sind so gewählt, daß die Hülse leicht in die Bohrung rutschen, aber den Dichtring nicht beschädigen kann.
Gleichzeitige Montage am Innen- und Außenring
Die Hülse muß eine plane, rechtwinkelig zur Längsachse gefertigte Stirnfläche besitzen. Die Hülse soll nicht am Dichtring aufliegen, ideal ist eine Nut an dieser Stelle.
Lagerhersteller und Online-Lagerkataloge
Im folgenden wird eine Auswahl an Links zu externen Seiten von Wälzlager Herstellern und Online Katalogen aufgelistet.