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Das Wälzlager: Eine umwälzende, aber kaum beachtete Erfindung

Waelzlager - Das Wälzlager: Eine umwälzende, aber kaum beachtete Erfindung In der Antriebstechnik dienen Wälzlager dazu den Verschleiß zu minimieren und kommen dabei in vielerlei Hinsicht zum Einsatz. Allerdings findet die Erfindung des Wälzlagers wie des Kugellagers bspw. heute wenig Beachtung, obwohl diese Produkte eine markante Aufgabe in sämtlichen technischen Bereichen übernehmen, die heute bekannt sind. Zugeordnet werden die Wälzlager der Gruppe der Maschinenelemente und gehören damit zu den Standard-Bauteilen der Maschinenherstellung. Jedes Jahr werden über vier Milliarden Wälzlager weltweit benötigt und diese massive Nachfrage führt dazu, dass viele Hersteller in diesem Segment tätig sind.

Der Aufbau des modernen Wälzlagers

Von dem Hersteller Wälzlagertechnik GmbH werden die Wälzlager wie folgt beschrieben: „Seit mehr als 200 Jahren zählen Wälzlager zu den wichtigsten Maschinenelementen einer Maschine. Eine wesentliche Aufgabe von Wälzlager ist es, ähnlich wie bei Gleitlagern, Kräfte zwischen sich zueinander bewegenden Teilen weiterzuleiten und unerwünschte Berührungen dieser Maschinenteile zu vermeiden.“ Die Menschheit müsste heute auf viele technische Errungenschaften verzichten, ohne die bahnbrechende Erfindung der Wälzlager. Denn sie sind in der Lage Kräfte mit minimaler Reibung zu übertragen und sich dabei nur im geringen Maße zu erwärmen. Wie gefragt die Wälzlager sind, das zeigen ebenfalls die Statistiken der deutschen Branche für Antriebstechnik in den Jahren 2005 bis 2015 dar. Die Branche erwirtschaftete 2015 einen Umsatz von rund 19 Milliarden Euro und der Inlandsumsatz betrug rund 9,7 Milliarden Euro.

Die Geschichte der Wälzlager

Die Geschichte des Wälzlagers begann, wie so vieles mit einem Problem, das es zu lösen galt: Es mussten schwere Lasten transportiert werden und dafür war es notwendig, dass die Menschen bereits im Altertum enorme Kraft aufbringen mussten. Damit sie sich die Arbeit erleichtern konnten, wurde der anfängliche Gleitvorgang durch das Aneinanderreihen von Rollen ersetzt. Zunächst brachte die Erkenntnis, dass die benötigte Zugkraft, um Lasten bewegen zu können, von der Reibung und dem Gewicht abhängt, die Rollenbahnen hervor. Bereits von den Ägyptern wurde Rundhölzer eingesetzt, um die schweren Steine leichter zu bewegen, um die imposanten Kultstätten zu errichten. Drei markante Verbesserungen brachte das Verfahren der Rollkörper mit sich:
  • es war weniger Kraftaufwand seitens der Menschen für schwere Arbeiten erforderlich
  • es war möglich, die Geschwindigkeit zu erhöhen
  • es wurde das Reibungsproblem gelöst
Die Bezeichnung Wälzlager, geht auf den Ursprung des Rollkörpers zurück. Eine weitere wichtige Etappe, auf dem Weg zur Erfindung des Wälzlagers ist das Rad, welches durch die Verbindung mit Achsen den Bau von Wagen vorantrieb. Die Verbindungsachsen wurden mit Gleitlagern zunächst am Fahrzeug gelagert. Es war jedoch Leonardo da Vinci, der entscheidend zum Fortschritt der Wälzlager beitrug. Anhand seiner Erkenntnisse konnten die Lager optimiert werden und das Prinzip des Wälzlagers war geboren. Von dem Vorläufer des modernen Modells wurde die gesamte Lebensweise revolutioniert. Erst 1907 erfand Sven Gustav Wingqvist das Pendelkugellager und gründete in Göteborg die Firma Svenska Kullagerfabriken (SKF). Erich Franke erfand 1934 das Drahtwälzlager nach dem Prinzip der eingelegten Laufdrähte.

Die Wälzlager in der Moderne

Die Wälzlager kommen heute in allen Bereichen des Alltags vor. In einem herkömmlichen Pkw werden bereits über 100 Wälzlager verbaut und im Ingenieurbau oder bei den Windkraftanlagen sind diese effizienten Bauelemente unverzichtbar. Die Größen der Wälzlager reichen von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern, womit für jeden Bedarf das passende Produkt angeboten wird. Die Menge der Wälzlagertypen ist enorm und ihr Spektrum reicht von dem Schrägkugellager über Nadellager bis hin zu den Zylinderrollenlagern. Der Vorteil der Wälzlager besteht darin, dass sie aufgrund ihrer Normung für die Massenproduktion in der Anschaffung wesentlich preisgünstiger sind, als die Gleitlager. Durch die Normung der Lager ist zudem ein geringerer Aufwand beim Einbau in eine Baugruppe erforderlich. Der Hauptgrund, der für die Wälzlager spricht, ist jedoch die lange Wartungsfreiheit, sofern die Lager nur mittelmäßig belastet werden. Aufgrund der geringen Reibemomente ist eine zusätzliche Kühlung etc. nicht möglich und damit werden auch hier Kosten gespart.

Die Lebensdauer von Wälzlagern

Ein jedes Wälzlager ist dafür konzipiert, um in einer genau definierten Umgebung seine „Dienste“ zu verrichten. Damit weist auch ein Wälzlager eine „Lebenserwartung “ auf, da es sich um ein Verschleißteil handelt, das einen „natürlichen Tod“ erleidet. Wie lang die Lebensdauer ist, das ist abhängig von der Anzahl der Umdrehungen bis zu den ersten Anzeichen von Abplatzen. Beispielsweise sind die Radlager in Kraftfahrzeugen so kalkuliert, dass sie 90 % eine Laufleistung von 500.000 km erreichen kann. Tritt eine vorzeitige Beschädigung eines Wälzlagers auf, dann kann das im Allgemeinen nur durch anormale Ursachen geschehen:
  • schlechte Schmierung: 70 % der Fälle.
  • Verschmutzung: 18 % der Fälle
  • unsachgerechte bzw. falsche Montage: 10 % der Fälle
  • verschiedene Ursachen, wie schlecht angepasste Lasten, Einstellfehler, Korrosion auf der Kontaktfläche, Durchfluss von Strom etc.: 2 % der Fälle
Kommt es zu einer Neukonstruktion, ist es wichtig, dass die Auswahl des passenden Wälzlagers sorgfältig erfolgt. Für die Auswahl gibt es zahlreiche Parameter, die Berücksichtigung finden müssen, wie bspw. die Drehzahl, Temperatur, auftretende Lasten und die Einsatzbedingungen wie Schwingungen, Klima und einiges mehr. Werden bei der Auswahl Fehler gemacht, dann können aufwendige Maßnahmen die Folge sein und auch die Einsatzdauer der Maschine kann sich erheblich verringern. Die Kosten des Ersatzlagers fallen dabei weniger ins Gewichts, sondern es sind die anfallenden Arbeitskosten für die Reparatur und die Produktions-Ausfallzeiten, die weitaus gravierender ausfallen. Foto: © Wälzlagertechnik GmbH

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