Käfig bei Zylinderrollenlagern: Polyamid, Messing oder vollrollig?

Kurz gesagt

Bei Zylinderrollenlagern entscheidet zuerst die Betriebstemperatur: Glasfaserverstärktes Polyamid PA66 ist nach FAG und ZKL dauerhaft bis 120 °C einsetzbar, darüber kommen Metallkäfige oder, nach FAG, Kunststoffe wie PA46 oder PEEK in Frage. Hohe Radiallast bei niedriger Drehzahl spricht für die vollrollige Ausführung ohne Käfig. Bei Stößen und starken Beschleunigungen im zulässigen Temperaturbereich bietet Polyamid Vorteile.

Die vier Optionen im Vergleich

Werkstoffkunde und Eigenschaften der Käfigwerkstoffe im Allgemeinen behandelt die Übersicht Käfigwerkstoffe im Vergleich; Aufbau und Bauformen der Lagerfamilie beschreibt der Ratgeber Zylinderrollenlager.

Polyamidkäfig (glasfaserverstärktes PA66). FAG nennt für glasfaserverstärktes PA66 Dauertemperaturen bis +120 °C. ZKL gibt für Polyamid-66-Bauteile mit üblichen Schmierstoffen zusätzlich kurzzeitig (bis 10 Stunden) 150 °C und Spitzen (bis 20 Minuten) 170 °C an; nach unten ist der Einsatz bis −40 °C möglich. Elastizität und geringe Masse wirken sich laut FAG und ZKL günstig bei Stoßbelastung sowie hoher Beschleunigung und Verzögerung aus, nach FAG auch bei Verkippung der Lagerringe zueinander. Bei Ölschmierung können Additive, bei hohen Temperaturen auch gealtertes Öl, die Lebensdauer des Käfigs beeinträchtigen. NACHI gibt für die EG-Baureihe mit glasfaserverstärktem Polyamidkäfig geringeres Laufgeräusch und geringere Wärmeentwicklung an.

Massivkäfig aus Messing. Metallische Massivkäfige werden laut FAG und ZKL gewählt, wenn eine hohe Käfigfestigkeit gefordert ist oder die Betriebstemperatur höher liegt; nach FAG außerdem, wenn der Käfig an den Borden geführt werden muss. Für Messing-Massivkäfige nennt ZKL eine Betriebstemperatur von höchstens 250 °C.

Stahlblechkäfig. Gepresste Käfige sind leichter als Massivkäfige und nach ZKL für Betriebstemperaturen bis 300 °C geeignet. Die Drehzahleignung unterscheidet sich je nach Hersteller: Im NACHI-Katalog der EG-Baureihe gelten die Grenzdrehzahlen der Maßtabelle für Massivkäfige, für Stahlblechkäfige sind sie mit 0,8 zu multiplizieren.

Vollrollig (ohne Käfig). Ohne Käfig nimmt das Lager die größtmögliche Zahl an Rollen auf und erreicht so nach FAG und NKE die höchste radiale Tragfähigkeit. Die Rollen berühren sich gegenläufig, was deutlich mehr Reibung und eine niedrigere Drehzahleignung zur Folge hat. Zudem verlangt NKE für vollrollige Lager eine Mindestlast von 4 % von Cr, gegenüber 2 % bei Zylinderrollenlagern mit Käfig.

Die Entscheidungslogik

Vier Anwendungsfälle durchgespielt

Fall 1: Ölschmierung mit synthetischem Öl oder hohem EP-Additivanteil. FAG verlangt für Zylinderrollenlager mit Kunststoffkäfig einen Verträglichkeitsnachweis, wenn synthetische Öle, Fette auf Syntheseölbasis oder Schmierstoffe mit hohem Anteil an EP-Zusätzen eingesetzt werden. Ist die Verträglichkeit nicht bestätigt, fällt die Wahl auf einen Metallkäfig. Bei hoher Drehzahl spricht der Messing-Massivkäfig zusätzlich dafür: FAG weist ihm bei Ölschmierung eine deutlich höhere Grenzdrehzahl aus. Bleibt es beim Polyamidkäfig, sind die Ölwechselintervalle strikt einzuhalten.

Fall 2: Dauertemperatur über 120 °C. Glasfaserverstärktes PA66 scheidet aus. Ein Messing-Massivkäfig oder ein Stahlblechkäfig deckt den Temperaturbereich nach ZKL ab. Damit ist nur der Käfig gelöst: ZKL empfiehlt für Standard-Wälzlager je nach Bauart höchstens 120 °C bis 200 °C; für den Betrieb bis 250 °C werden die Lagerteile durch eine besondere Wärmebehandlung stabilisiert. Käfig und Ringstabilisierung sind daher gemeinsam zu klären.

Fall 3: Stöße, Beschleunigung, Verkippung. Liegt die Temperatur sicher unter 120 °C und ist der Schmierstoff verträglich, ist der Polyamidkäfig die naheliegende Wahl. Kommen sehr hohe Radiallasten hinzu, sieht FAG die Baureihen LSL1923 (Messing-Scheibenkäfig) und ZSL1923 (Kunststoff-Distanzstücke) unter anderem für hohe Stoßbelastungen und hohe Massenkräfte vor, etwa in Schwingmaschinen.

Fall 4: Sehr hohe Radiallast bei niedriger Drehzahl. FAG sieht hierfür die vollrollige Ausführung vor, auch bei platzsparenden Konstruktionen. In der FAG-Lagerauswahl erreicht das vollrollige SL183026 eine annähernd vergleichbare statische Tragzahl C0 wie die Käfiglager NJ2226-E-TVP2 und NJ326-E-TVP2. Die Mindestlast von 4 % von Cr muss sicher anliegen; sind zusätzlich sehr hohe Drehzahlen gefordert, empfiehlt FAG das Lager mit Käfig.

Einbau: Was der Käfig ändert

Zerlegbare Lager mit Käfig. Bei FAG bilden der Ring mit festen Borden, Käfig und Rollen eine einbaufertige Einheit; der andere Ring lässt sich abnehmen und getrennt montieren. NKE weist darauf hin, dass jede Rolle Taschenspiel im Käfig benötigt: Wird der Innenring entfernt oder der Außenring mit Rollensatz getrennt eingebaut, fallen die oberen Rollen ab und hängen durch. Beim Einführen der Welle hilft eine Montagehülse, die die Welle zentriert und die losen Rollen anhebt.

Vollrollige Lager. Bei FAG werden die Baureihen SL1818, SL1829, SL1830 und SL1822 bei Transport und Montage durch eine Haltevorrichtung am Außenring zusammengehalten; sie verbleibt nach dem Einbau im Lager und darf nicht axial belastet werden. Die Baureihe SL1923 hat dagegen einen selbsthaltenden Rollensatz, der Innenring lässt sich abnehmen.

Anwärmen. Für übliche Übermaße genügt nach FAG ein Anwärmen auf etwa +80 °C, höchstens +100 °C. Auf einer Heizplatte sind Kunststoffteile, Dichtungen und Schmierstoff vor Überhitzung zu schützen; bei Induktionsgeräten und Wärmeschränken regeln Thermostat oder Temperaturfühler die Temperatur. NKE nennt für Standard-Wälzlager eine Obergrenze von 120 °C. Direkte Hammerschläge auf Käfig oder Wälzkörper sind nach ZKL grundsätzlich zu vermeiden.

Käfigkürzel nach Hersteller

Die Nachsetzzeichen für den Käfig sind nicht markenübergreifend genormt. Die Tabelle zeigt Beispiele für Zylinderrollenlager; ein Strich bedeutet, dass die ausgewerteten Unterlagen kein Kürzel ausweisen.

Hersteller	Polyamid	Messing-Massivkäfig	Stahlblech	Vollrollig
FAG	TVP2 (Fensterkäfig, Standard)	MPAX / MPBX (einteilig, am Außen- bzw. Innenring bordgeführt)	–	Baureihen SL…, z. B. SL1923
NSK	–	M	–	–
ZKL	TN; TNG (glasfaserverstärkt)	M; MA (außenringgeführt)	J	V, z. B. NU209V
NKE	TV	M; M6 (wälzkörpergeführt), MA6 (außenringgeführt)	J (als Standard meist ohne Kürzel)	V
NTN	–	–	–	Ausführung SL

Bei ZKL und NKE wird ein Standardkäfig in der Bezeichnung in der Regel nicht angegeben.

Welches Kürzel in einer konkreten Bezeichnung steckt, erklärt das Nachsetzzeichen-Glossar.

FAQ

Bis zu welcher Temperatur ist ein Polyamidkäfig im Zylinderrollenlager einsetzbar?

FAG und ZKL nennen für glasfaserverstärktes Polyamid 66 dauerhaft höchstens 120 °C; ZKL erlaubt mit üblichen Schmierstoffen kurzzeitig bis 10 Stunden 150 °C und Spitzen bis 20 Minuten 170 °C. Für höhere Temperaturen nennt FAG Kunststoffe wie PA46 oder PEEK. Je nach Hersteller können die Grenzen abweichen.

Warum dreht ein vollrolliges Zylinderrollenlager langsamer?

Ohne Käfig berühren sich die Rollen gegenläufig. Laut NKE entsteht dadurch deutlich mehr Reibung als bei Lagern mit Käfig, sodass die Drehzahleignung niedriger ist. Dafür erreicht die vollrollige Ausführung die höchste radiale Tragfähigkeit.

Ist ein Messingkäfig immer die robustere Wahl?

Nicht in jedem Fall. Ein Messing-Massivkäfig bietet hohe Käfigfestigkeit und ist nach ZKL bis 250 °C einsetzbar. Bei Stößen sowie hoher Beschleunigung und Verzögerung wirken sich laut FAG und ZKL jedoch die Elastizität und die geringe Masse von Polyamid günstig aus, solange Temperaturgrenze und Schmierstoffverträglichkeit eingehalten werden.

Bedeutet das Käfigkürzel „M“ bei allen Herstellern dasselbe?

Nein. Zwar steht M bei mehreren Herstellern für einen Messingkäfig, doch Führungsart und Varianten werden unterschiedlich codiert, etwa MPAX und MPBX bei FAG oder M6 und MA6 bei NKE. Maßgeblich ist der Katalog des jeweiligen Herstellers.

Worauf ist beim Anwärmen eines Zylinderrollenlagers mit Polyamidkäfig zu achten?

Nach FAG genügt für übliche Übermaße ein temperaturgeregeltes Anwärmen auf etwa +80 °C, höchstens +100 °C. Auf einer Heizplatte sind Kunststoffteile, Dichtungen und Schmierstoff vor Überhitzung zu schützen.

Wann ist ein vollrolliges Zylinderrollenlager trotz hoher Radiallast nicht geeignet?

Wenn neben der hohen Radiallast auch sehr hohe Drehzahlen gefordert sind, empfiehlt FAG das Zylinderrollenlager mit Käfig. Ungeeignet ist die vollrollige Ausführung auch dann, wenn die nach NKE erforderliche Mindestlast von 4 % von Cr im Betrieb nicht sicher erreicht wird.

Kurz gefasst

• Temperatur zuerst: Über 120 °C Dauertemperatur (PA66-Grenze nach FAG und ZKL) Metallkäfig oder Hochtemperatur-Kunststoff; Ringstabilisierung gesondert prüfen.
• Schmierstoff: Synthetische Öle und hohe EP-Anteile erfordern bei Kunststoffkäfigen einen Verträglichkeitsnachweis.
• Polyamid: elastisch und leicht, günstig bei Stößen, Beschleunigung und Verkippung.
• Messing: hohe Käfigfestigkeit, nach ZKL bis 250 °C, bei FAG höhere Grenzdrehzahl mit Ölschmierung.
• Stahlblech: nach ZKL bis 300 °C; bei NACHI Drehzahlfaktor 0,8.
• Vollrollig: höchste Radiallast, niedrigere Drehzahl, Mindestlast ≥ 4 % von Cr (NKE).
• Einbau: Polyamidkäfig temperaturgeregelt auf höchstens +100 °C anwärmen; lose Rollen mit Montagehülse führen.
• Kürzel sind herstellerspezifisch; prüfen Sie sie im Nachsetzzeichen-Glossar.