Fest- und Loslager mit Zylinderrollenlagern auslegen

Kurz gesagt

Eine Welle erhält genau ein Festlager, alle weiteren Lagerstellen werden als Loslager ausgeführt, damit Wärmedehnung und Fertigungstoleranzen nicht als Axialkraft in die Lager gelangen. Zylinderrollenlager der Ausführungen NU und N sind ideale Loslager, weil der Längenausgleich im Lager selbst stattfindet und beide Ringe fest sitzen dürfen. Bei geringer Axialkraft dient ein NUP oder ein NJ mit Winkelring HJ als Festlager, bei höherer Axialkraft ein Vierpunkt- oder Kugellager neben dem Zylinderrollenlager.

Warum nur ein Festlager?

Die Abstände der Lagersitze auf Welle und im Gehäuse stimmen fertigungsbedingt selten genau überein und ändern sich im Betrieb durch Erwärmung. Legt man zwei Lagerstellen axial fest, verspannt sich die Welle. Reicht der konstruktive Ausgleich nicht aus, entstehen im Lager extreme Axialkräfte, die zu vorzeitigem Ausfall führen. Das gilt auch bei mehr als zwei Lagern: Nur eines führt axial.

Die Bordanordnung der einzelnen Ausführungen erklärt der Ratgeber Zylinderrollenlager. Hier geht es darum, welche Ausführung an welche Stelle gehört.

Die Entscheidungslogik

Loslager. Bei NU und N läuft der Rollensatz auf dem bordlosen Ring und verschiebt sich dort axial. Nicht zerlegbare Loslager wie Rillenkugellager oder Pendelrollenlager benötigen dagegen einen Schiebesitz, meist am Außenring. Weil Zylinderrollenlager zerlegbar sind, eignen sie sich besonders, wenn Innen- und Außenring Übermaß benötigen.

Festlager. Ein NUP nimmt geringe Axialkräfte in beide Richtungen auf. Bei höheren Axialkräften, etwa in Getrieben, sitzt oft ein Vierpunktlager direkt neben dem Zylinderrollenlager. Sein Außenring ist radial nicht abgestützt, damit es nur Axialkraft trägt. Übernimmt ein Rillenkugellager diese Aufgabe, ist Spiel zwischen seinem Außenring und der Gehäusebohrung vorzusehen.

Beispiel 1: Rillenkugellager als Festlager, NU als Loslager

Diese Anordnung eignet sich, wenn alle Lagerringe Festsitz brauchen, zum Beispiel bei großen Elektromotoren oder Generatoren.

1. Radiallast: Beide Lagerstellen tragen radial.
2. Axiallast: Sie geht vollständig in das Rillenkugellager. Das Festlager nimmt Axialkräfte in beide Richtungen auf und muss deshalb auf der Welle und im Gehäuse axial gesichert sein.
3. Wärmedehnung: Dehnt sich die Welle, wandert der bordlose Innenring des NU mit der Welle. Außenring und Rollensatz bleiben im Gehäuse. Der Ausgleich findet zwischen Rollen und bordloser Laufbahn statt, praktisch reibungsfrei und ohne Zwang.
4. Grenze prüfen: Der zulässige axiale Verschiebeweg s eines NU steht in den Maßtabellen des Herstellers. Er muss die Längenänderung der Welle und die Maßabweichungen der Sitze aufnehmen können.
5. Variante: Ist die Axialkraft gering, kann an die Stelle des Rillenkugellagers ein NUP treten. Die Anordnung NUP + NU besteht dann nur aus Zylinderrollenlagern. Für höhere Axialkraft, etwa im Getriebe, ergänzt ein Vierpunktlager ein NU am Festlager.

Beispiel 2: Zwei NJ als Stützlagerung

Die Anordnung eignet sich für schwingende Wellen und kleine Getriebe, wenn Innen- und Außenringe an beiden Lagerstellen Festsitz brauchen.

1. Einbau: Die beiden NJ werden spiegelbildlich, also gegeneinander angestellt, eingebaut. Jedes Lager führt die Welle in einer Richtung.
2. Axiallast: Sie wird je nach Kraftrichtung von einem der beiden Lager aufgenommen, bei Lastumkehr vom anderen. Es gibt kein festes Festlager.
3. Wärmedehnung: Sie wird innerhalb beider Lager bis zum axialen Spiel aufgenommen, sodass beide Sitze fest ausgeführt werden können. Das Spiel liegt je nach Lagergröße im Bereich einiger Zehntelmillimeter und darf auch bei ungünstigen Temperaturverhältnissen im Betrieb nicht zu klein werden.
4. Führungsgenauigkeit: Die Welle kann sich um das axiale Spiel verschieben. Wird eine enge axiale Führung verlangt, ist eine Fest-/Loslagerung die bessere Wahl.
5. Variante: Ein gepaarter Einbau von zwei NF ist ebenfalls möglich.

Bezeichnungen je Hersteller

Die Kombination aus NJ und Winkelring wird nicht einheitlich bezeichnet. Wie die Bezeichnungen aufgebaut sind, erklären der Ratgeber Lagerbezeichnungen lesen und das Nachsetzzeichen-Glossar.

Bei FAG gehört der Winkelring nicht zum Lager und muss zusammen mit ihm bestellt werden, zum Beispiel NJ206-E-TVP2 mit HJ206-E. Laut FAG erlaubt NJ + HJ einen festeren Innenringsitz als ein NUP, dessen Innenring verkürzt ist und eine lose Bordscheibe trägt. Ein NU darf nicht mit zwei Winkelringen eingebaut werden, sonst werden die Rollen axial verspannt.

Passungen

Der Ring mit Umfangslast erhält immer einen Festsitz, bei richtungsfester Last also der drehende Ring. Einen losen Sitz am Punktlastring braucht nur ein nicht zerlegbares Loslager, dessen Verschiebung außerhalb des Lagers stattfindet. Eine axiale Festlegung ersetzt keine richtige Passung. Die Wahl des Wellentoleranzfelds behandelt k6 oder m6?. Übermaß verringert das radiale Betriebsspiel. Die Auswahl der Klasse erläutert Lagerluft nach ISO-Klassen.

Einbau der Lagerung

Fehlt beim getrennten Einbau der Gegenring, hängen die oberen Rollen wegen des Taschenspiels im Käfig durch. Ein schief eingeführter Ring hinterlässt meist unsichtbare Riefen und Eindrücke an Laufbahnen und Borden, die zu vorzeitigem Ausfall führen. Leichtes Drehen beim Aufschieben vermeidet Riefen.

FAQ

Warum eignen sich NU- und N-Zylinderrollenlager als Loslager?

Bei NU und N hat ein Ring keine Borde, sodass sich der Rollensatz auf dessen Laufbahn axial verschieben kann. Die Längenänderung der Welle wird im Lager aufgenommen, und Innen- wie Außenring können mit Festsitz eingebaut werden.

Kann ein Zylinderrollenlager ein Festlager sein?

Ja, bei geringer Axiallast. Ein NUP oder ein NJ mit Winkelring HJ führt die Welle in beide Richtungen. Bei höheren Axialkräften übernimmt ein Vierpunktlager neben dem Zylinderrollenlager die axiale Führung, oder gepaarte Schrägkugellager bilden das Festlager.

Was passiert, wenn eine Welle zwei Festlager hat?

Die Welle kann Wärmedehnung und Maßabweichungen der Lagersitze nicht mehr ausgleichen. Dadurch entstehen hohe zusätzliche Axialkräfte in den Lagern, die zu vorzeitigem Ausfall führen können.

Wann ist eine Anordnung mit zwei NJ-Lagern sinnvoll?

Sie ist sinnvoll, wenn Innen- und Außenringe an beiden Lagerstellen Festsitz benötigen, etwa bei kleinen Getrieben oder schwingenden Wellen. Die beiden NJ-Lager werden gegeneinander angestellt und führen die Welle je nach Lastrichtung. Das axiale Spiel muss auch im warmen Betriebszustand ausreichen.

Was ist der Unterschied zwischen NUP und NJ mit Winkelring HJ?

Beide Varianten führen die Welle axial in beide Richtungen. Beim NUP ist der Innenring verkürzt und trägt eine lose Bordscheibe. Bei NJ + HJ übernimmt ein separater Winkelring diese Aufgabe, was nach FAG einen festeren Innenringsitz erlaubt. NTN bezeichnet die Kombination NJ + HJ als NH.

Wie wird die Verschiebbarkeit eines NU-Loslagers sichergestellt?

Der zulässige axiale Verschiebeweg des NU steht in den Maßtabellen des Herstellers und muss die Wärmedehnung der Welle aufnehmen können. Nach dem Einbau wird die Funktion der Lagerung geprüft, das Festlager ist axial gesichert.

Kurz gefasst

• Genau ein Festlager je Welle, alle anderen Lagerstellen als Loslager.
• NU/N: ideales Loslager, Längenausgleich im Lager, beide Ringe fest. Den zulässigen Verschiebeweg in der Maßtabelle prüfen.
• NUP oder NJ + HJ: Festlager bei geringer Axiallast. Bei höherer Axiallast ein Vierpunkt- oder Kugellager daneben.
• NJ + NJ gegeneinander angestellt: Stützlagerung ohne feste Zuordnung. Axiales Spiel prüfen.
• Winkelring-Bezeichnungen sind herstellerabhängig (FAG: NJ + HJ, NTN: NH). Einbau: Ringe getrennt fügen, Welle fluchtend einführen, Festlager sichern, Funktion prüfen.
• Ring mit Umfangslast im Festsitz, Übermaß und Lagerluft gemeinsam auslegen. Passende Ausführungen finden Sie unter Zylinderrollenlager.