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Geschichte des Wälzlagers

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Im Gegensatz zum Rad ist das Wälzlager eine kaum beachtete Erfindung. Zu Unrecht, denn Wälzlager sind überall – und besonders im Maschinenbau – im Einsatz.

So wundert es auch nicht, dass zahlreiche Hersteller und Händler von Wälzlagern (Beispiel) am Kugellager-Markt aktiv sind und sich hier einiges tut.

Zur Geschichte des Wälzlagers

Wann das Wälzlager erfunden wurde, lässt sich nicht feststellen – zum einen, weil aus dieser lang zurückliegenden Zeit keine detaillierten, lückenlosen Aufzeichnungen existieren; zum anderen, weil es zwei parallele Entwicklungen gab, aus denen später das oder besser die Wälzlager abgeleitet wurden.

Zuerst erfand man das Rad: Zwei Scheiben wurden an einer Verbindungsachse befestigt, und diese wiederum wurde am Fahrzeug gelagert. Hier finden sich die ersten Gleitlager. Anfangs wurde Holz als Werkstoff für Räder, Achsen und Lager benutzt, später wurde es durch Metall, wie zum Beispiel Bronze, verdrängt.

Allerdings zeigte sich sehr schnell, dass dort, wo die Flächen von sich drehender Achse und Lager aneinander reiben, die Lebensdauer durch Verschleiß stark beeinträchtigt wurde. Dieses Manko konnte jedoch durch eine Schmierung der Berührungsflächen vermindert werden.

Erst viel später fanden Gelehrte heraus, dass bei Rollreibung wesentlich geringere Verlustkräfte wirken als bei Gleitreibung. Die praktische Umsetzung war jedoch nicht so einfach, es dauerte noch viele Jahre, bis diese Idee Verwendung fand, schließlich mussten zunächst geeignete Fertigungsverfahren entwickelt werden. Aber irgendwann war auch diese Hürde genommen, und das Wälzlager war geboren. Diese revolutionäre Idee eroberte die Welt: Häufig ersetzte man nun Gleitlager durch Wälzlager. Ein keltischer Prunkwagen, etwa 200 v. Chr., ist bereits mit Holzrollen-Radlagern ausgerüstet. Dieses Prinzip wird bis heute fast unverändert verwendet.

Im Altertum, etwa 700 v. Chr., sollten schwere Lasten transportiert werden, zum Beispiel große Steinblöcke für den Bau von ägyptischen Kultstätten. Zuerst wurden dabei Kufen benutzt. Später erkannte man, dass die für die (horizontale) Bewegung eines Gegenstandes nötige Zugkraft nur vom Gewicht des Gegenstandes und der Reibung abhängig ist, und dass diese Verluste bei Rollreibung eben viel geringer sind als bei Gleitreibung. Deswegen ersetzte man von nun an die Kufen durch primitive Holzrollen – zuerst Baumstämme, später Rundholz. Dadurch ließen sich Transporte auch schneller durchführen. Allerdings war das noch nicht der Anfang des Wälzlagers, vielmehr wurde eine „Rollbahn“ mit mehreren losen Rollkörpern verwendet.

da-vinciWeitaus später, etwa 1500 n. Chr., entwickelte Leonardo da Vinci das Wälzlager entscheidend weiter. Er erfand auch den Käfig, durch den die Rollkörper gleichmäßig auf dem Umfang verteilt blieben, was die Reibungsverluste weiter verringerte.

Durch diese Innovationen wurde das Wälzlager nach und nach zu einem vielfach eingesetzten Bauteil. Beispielsweise rüstete man Bockwindmühlen damit aus, das Mühlenhaus ruhte nun auf einem in der Bodenplatte befestigten Drehkranz. Hierbei fanden bereits (Holz-)Kugeln Verwendung.

Doch erst die Erfindung der Dampfmaschine und die daraus folgende „Industrielle Revolution“ in den westlichen Ländern verhalfen dem Wälzlager zum endgültigen Durchbruch; der Bedarf und auch die Weiterentwicklung, gerade im Hinblick aus neue Materialien, bekamen einen großen Schub.

Aufbau und Anwendung von Wälzlagern

Wälzlager zählen zu der Gruppe der Maschinenelemente, also (meist Standard-) Bauteile, aus denen Maschinen hergestellt werden.
Die Lager bestehen in der Regel aus:

  • einem Innenring, der auf der Welle oder Achse befestigt wird,
  • einem Außenring, der im Gehäuse befestigt wird,
  • den Wälzkörpern (Kugeln, Rollen oder Nadeln), die die Kräfte zwischen Innen- und Außenring übertragen und sich dabei durch Rollbewegung abwälzen,
  • sowie dem Käfig, der die Wälzkörper in ihrer vorgesehenen Lage zueinander hält; denn die sollen gleichmäßig auf dem Umfang verteilt bleiben, und eine Berührung soll unterbunden werden.

Inzwischen gibt es zahlreiche Varianten hinsichtlich Größe (von wenigen Millimetern im Modellbau bis zu mehreren Metern Durchmesser) und Typ. Schätzungen zufolge werden jährlich etwa 4 Milliarden neue Wälzlager eingebaut, und daher gibt es eine große Anzahl von Herstellern, Lieferanten und Importeuren von Wälzlagern.

Beispiele von Wälzlager-Anwendungen:

  • Land- Wasser- und Luftfahrzeuge aller Art
  • Baumaschinen, Windkraftanlagen, Krane
  • Generatoren, Getriebe, Roboter, Elektromotoren, Turbinen
  • im Anlagenbau, Kraftwerken usw.
  • Haushalts- und Freizeitgeräte

Im Fall einer Neukonstruktion muss die Auswahl des passenden Wälzlagers sehr sorgfältig erfolgen, denn es gibt zahlreiche Parameter, die berücksichtigt werden müssen, wie zum Beispiel Drehzahl, auftretende Lasten, Temperatur, Einsatzbedingungen wie Klima, Schwingungen und einiges mehr..

Denn werden dabei Fehler gemacht, kann das zu kostenaufwändigen Maßnahmen führen, und die Einsatzdauer der Maschine kann erheblich verringert werden. Dabei fallen die Kosten eines Ersatzlagers kaum ins Gewicht; weit gravierender sind meist die anfallenden Arbeitskosten für die Reparatur, und vor allem die Produktions-Ausfallzeiten.

Bild-Quellen:
Patrick, flickr

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