Die Erfindung des Kugellagers: ein langer Weg für eine runde Sache

Aus dem heutigen Maschinenbau sind Kugel- bzw. Wälzlager nicht wegzudenken. Rückblickend ist das keineswegs trivial: Bis die Konstrukteure vergangener Zeiten die Herausforderung bewältigten, starre, aber bewegliche Bauteile reibungsarm miteinander zu verbinden, sollten Jahrtausende vergehen.

Pendelkugellager

Pendelkugellager

Wälzlager sorgen für Rundlauf

Sobald das Rad erfunden wurde, ergab sich ein Problem mit seiner Anwendung. Die einfache Konstruktion aus Steckachse mit aufmontiertem Rad brachte gegenüber dem Tragen der Lasten zwar enorme Vorteile mit sich. Dennoch erwies sich die Konstruktion an dem Punkt, an dem die Drehachse mit dem Rahmen des Wagens verbunden war, als Schwachstelle. Die entstehenden hohen Reibkräfte sorgen für Erwärmung und einen permanenten Verschleiß, welcher sich früher oder später durch einen Bruch der Achse bemerkbar machte.

Es musste also eine Erfindung her, welche die Reibkräfte verringerte. Fast dreitausend Jahre alte Funde von keltischen Streitwagen weisen darauf hin, dass man sich bereits sehr früh Gedanken über dieses Problem gemacht hat. Hier wurden kleine Zylinder aus Hartholz verwendet, welche die Reibkräfte abfangen, den Verschleiß verringern und die Rolleigenschaften des Rades verbessern sollten.

Erstaunlicherweise blieb die Entwicklung des Lagers während der vorindustriellen Zeit jedoch vollkommen aus. Man begnügte sich mit gut geschmierten Gleitlagern, welche zwar durch die verfügbaren Werkstoffe wie Bronze oder Eisen verbessert wurden. Durch Rollstücke unterstützte Lager traten erst mit dem Aufkommen der Dampfkraft wieder in Erscheinung.

Wer hat das moderne Kugellager erfunden?

Das erste, 1869 ausgestellte Patent für dieses Lager geht auf den Franzosen Jules Suriray zurück, der es für Fahrräder konstruiert hatte. Schon ein Jahrhundert zuvor – im Jahr 1759 – hatte ein britischer Uhrmacher ein Rollenlager für einen Chronometer erfunden.

Um die Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert haben verschiedene Erfinder die Herstellung und Funktionalität der Kugellager entscheidend weiterentwickelt.

Woraus besteht ein bewegliches Lager?

Am Bauprinzip der neuen Lager hat sich seit ihrem Aufkommen kaum etwas geändert. Sie bestehen aus einem Außenring, den Rollstücken, einem Käfig, der sie in Position hält, und einem Innenring. Die Idee am Lager mit beweglichen Rollsegmenten ist, dass die auftretenden Druckkräfte auf eine so kleine Fläche wie möglich verteilt werden. Außerdem wird durch die Beweglichkeit der einzelnen Bauteile der Reibwiderstand minimiert. Aber auch hier ergeben sich wieder neue Herausforderungen: Drucklasten auf kleine Flächen zu verteilen, hat immer eine Erhöhung der Punktlasten auf das einzelne Segment zur Folge. Der Bau eines Lagers erfordert deshalb stets höchste Präzision und beste Werkstoffe.

Konstruktionszeichnung eines Kegelrollenlagers

Konstruktionszeichnung eines Kegelrollenlagers

Die Familie der Wälzlagertypen

Über zweihundert Jahre Entwicklung haben eine große Auswahl an Wälzlagertypen hervorgebracht. Für jede technische Anwendung steht heute das geeignete Lager zur Verfügung. Dabei haben sich fünf verschiedene Typen etabliert: Rolle, Nadel, Kegel, Tonne, und Kugel – das ist die Familie der Wälzlagertypen. Es bezeichnet die Bauform der Rollsegmente.

Rollenlager bzw. Zylinderrollenlager haben zylindrisch geformte Segmente. Sie werden zur Aufnahme von hohen Druckkräften verwendet. Nadellager sind ebenfalls zylinderförmig, jedoch haben sie einen wesentlich kleineren Querschnitt als Rollen. Kegelrollenlager haben kegelförmig geformte Segmente. Sie haben den Vorteil, dass sie auch Querkräfte aufnehmen können. Tonnenlager stellen den Übergang zwischen den Zylinderrollen und den Kugeln als Lagersegmente dar. Kugellager sind schließlich für die Aufnahme hoher Drehzahlen besonders weit verbreitet. Aufgrund ihrer sehr geringen, quasi punktförmigen Aufnahmefläche für Drucklasten sind diese Lager nicht für hohe Drucklasten ausgelegt. Es gibt einreihige sowie zweireihige Lager mit kugelförmigen Segmenten, außerdem Rillenkugellager, Pendelkugellager oder Schrägkugellager.

Wo sind Kugellager verbaut?

Diese Lagertypen findet man häufig in Getrieben, Motoren und in Antriebsachsen von Fahrzeugen. Die Drucklasten durch die mechanischen Komponenten sind relativ gering, so dass sie nicht allzu sehr ins Gewicht fallen. Je nach Druckrichtung werden Radial- oder Axiallager verwendet.

Wo kann man Kugellager kaufen?

In Online-Shops wie Kugellagerstore.de findet man eine reiche Auswahl der gewünschten Lagertypen zu günstigen Preisen.