Wälzlager – so entstanden Sie

Text: Die Geschichte des Wälzlagers beginnt bereits im Altertum, etwa 700 v. Chr. Schon damals waren schwere Lasten zu transportieren, zum Beispiel riesige Steinblöcke für den Bau von Kultstätten in Ägypten.  Anfangs benutzte man Kufen, die unter der zu transportierenden Last befestigt wurden. Als Gelehrte herausfanden, dass die Zugkraft, die zur (horizontalen) Bewegung eines Gegenstandes nötig ist, nur vom Gewicht der Last sowie der Reibung abhängt, und dass bei Rollreibung wesentlich geringere Kräfte als bei Gleitreibung benötigt werden, wurden die Kufen durch primitive Holzrollen (zuerst Baumstämme, dann Rundholz) ersetzt. Angenehmer Nebeneffekt: Der Transport ließ sich schneller durchführen.

Allerdings war das Rollenlager damit noch nicht erfunden. Vielmehr verwendete man eine „Rollbahn“ mit mehreren losen Rollkörpern; die Rollen, die beim Transport hinter der Last hervor kamen, wurden wieder vorne vor die Last gelegt.
Weit früher – wann, ist nicht bekannt – entwickelte sich übrigens das Rad: Zwei Scheiben wurden mit einer Verbindungsachse versehen, und diese in einer einfachen (Gleit-)Lagerung gehalten. Zunächst war Holz der bevorzugte Werkstoff für Räder, Achsen und auch Lager. Nach und nach wurde es durch Metalle, zum Beispiel Bronze, verdrängt. Allerdings zeigte sich sehr schnell, dass auch hier, wo die Flächen von Achse und Lager aneinander reiben, der Verschleiß die Lebensdauer stark beeinträchtigte. Durch Schmierung konnte dieses Problem gemindert werden.

Erst viel später kam man auf die Idee, Gleitreibung durch Rollreibung zu ersetzen – wegen der wesentlich geringeren Verluste. Nach etlichen (Fehl-) Versuchen war dann das Wälzlager geboren, und diese revolutionäre Idee eroberte die Welt: Immer mehr Gleitlager wurden durch Rollenlager ersetzt.

Leonardo da Vinci entwickelte das Wälzlager weiter. Er erfand den sogenannten „Käfig“, der verhindert, dass sich die Rollkörper berühren. Dadurch konnten die Reibungsverluste erheblich verringert werden.

Durch diese Innovationen ergaben sich immer wieder neue Anwendungsmöglichkeiten, doch erst durch die Erfindung der Dampfmaschine und der daraus folgenden „Industriellen Revolution“ der westlichen Länder bekam der Bedarf, aber auch die Weiterentwicklung des Wälzlagers einen erheblichen Schub. Diese Zeit beflügelte zum Beispiel deutsche Ingenieure wie Josef Kirner, welcher 1908 das Zylinder-Rollenlager erfand.

Aufbau und Anwendungsbereiche von Wälzlagern

Wälzlager zählen zu den sogenannten Maschinenelementen – das sind Bauteile, aus denen Maschinen aufgebaut sind. Sie bestehen in der Regel aus:

• dem Innenring, der auf der Welle oder Achse befestigt wird
• dem 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 (daher der Name Wälzlager)
• dem Käfig, der die Wälzkörper in ihrer vorgesehenen Lage zueinander hält; sie sollen gleichmäßig verteilt bleiben und sich untereinander nicht berühren.

Inzwischen gibt es eine große Vielzahl von Wälzlagertypen und -größen (von wenigen Millimetern beim Modellbau bis zu mehreren Metern Durchmesser). Sie werden heute vielfach benötigt und so finden sich zahlreiche Hersteller, Lieferanten und Importeure von Wälzlagern. Nach Schätzungen werden jährlich etwa 4 Milliarden neue Wälzlager eingesetzt. Zum Beispiel findet man in einem modernen PKW über einhundert Wälzlager. Übrigens: Die heutzutage am meisten verwendete Bauart von Wälzlagern ist das Rillenlager (Quelle).

Weitere Beispiele von Maschinen, in denen Wälzlager eingesetzt sind:

• Fahrzeuge aller Art (Straßen- und Nutzfahrzeuge, Motorräder, Schiffe, Flugzeuge, Hubschrauber, Schienenfahrzeuge)
• Baumaschinen, im Anlagenbau
• Elektromotoren, Turbinen, Generatoren, Getriebe, Roboter
• Windkraftanlagen, Krane
• Haushaltsgeräte, Fahrräder, Modellbau, Sportgeräte

Bei einer Neukonstruktion muss die Auswahl eines passenden Wälzlagers sehr sorgfältig vorgenommen werden, denn es gibt viele Parameter, die es zu berücksichtigen gilt – zum Beispiel auftretende Lasten, Drehzahl, Schwingungen, Temperatur, Einsatzbedingungen wie Klima und einiges mehr.

Werden bei dieser Auslegung Fehler gemacht, kann sich das schnell rächen und zu kostenintensiven Maßnahmen führen, die die Verfügbarkeit der Maschine erheblich beeinflussen können. Dabei geht es nicht nur um die Kosten eines Ersatzlagers; das ist oft der kleinste Posten in der Reparaturrechnung. Weit kostentreibender sind oft die anfallenden Arbeitsstunden für die Reparatur – und vor allem die Produktions-Ausfallzeiten. (Foto: braun-waelzlager.de)