Zylinderrollenlager (CRB): Aufbau, Funktion, Auswahl

Kurz gesagt

Ein Zylinderrollenlager (engl. cylindrical roller bearing, CRB) trägt über die Linienberührung seiner Rollen hohe Radiallasten, kann Axiallast aber nur über den Kontakt zwischen Rollenstirnfläche und Bord abstützen. Die Anordnung der Borde bestimmt deshalb die Funktion: Ein bordloser Ring ergibt ein Loslager, ein einseitig abgestützter Ring ein Stützlager, eine Führung in beiden Richtungen ein Festlager. Bei den Loslagern NU und N gleicht sich die Längenänderung der Welle im Lager selbst aus, deshalb dürfen dort beide Ringe fest sitzen.

Linienberührung: radial stark, axial begrenzt

Die zylindrischen Rollen berühren die Laufbahnen entlang einer Linie. Das macht das Lager radial hoch belastbar und zugleich für hohe Drehzahlen geeignet. Schaeffler (FAG) profiliert die Rollenenden leicht, damit an den Rollenkanten keine schädlichen Spannungsspitzen entstehen. Der Linienkontakt überträgt aber nur Kräfte senkrecht zur Achse. Eine Axialkraft muss über den Kontakt zwischen Bord und Rollenstirnfläche laufen, an dem sich auch die axiale Tragfähigkeit bemisst.

Laut NTN kann ein Lager mit Borden „leichte axiale Lasten“ aufnehmen. Schaeffler (FAG) empfiehlt ein NUP-Lager als Festlager nur bei geringer Axialkraft. Für Käfiglager nennt FAG zudem eine feste Regel: Axiallast nur bei gleichzeitiger Radiallast, das Verhältnis Fa/Fr höchstens 0,4. Bei Rollen mit gewölbter Stirnfläche (FAG-Ausführung TB) sind bis 0,6 zulässig. Höhere Axialkräfte übernimmt ein eigenes Lager, im Getriebe etwa ein Vierpunktlager neben dem Zylinderrollenlager. NTN ändert bei der Ausführung HT gezielt den Kontakt zwischen Bord und Rollenstirn, um die axiale Belastbarkeit zu erhöhen.

Bordanordnung als Ordnungsprinzip

Die Kennbuchstaben nach dem N beschreiben, auf welchem Ring wie viele Borde sitzen.

Bei der Ausführung NU ist der Innenring bordlos, bei N der Außenring. Ein NJ-Lager lässt sich mit einem Winkelring (bei FAG und NTN: HJ) zum Festlager ergänzen. NTN und NSK führen diese Kombination als eigene Ausführung NH. Ein NU-Lager darf nach FAG nicht mit zwei Winkelringen eingebaut werden, weil sich die Rollen dann axial verspannen können. Zweireihige Lager tragen die Kennung NN oder NNU und haben ebenfalls einen bordlosen Ring.

Loslager, Stützlager, Festlager in der Lagerung

In einer statisch bestimmten Lagerung legt nur eine Lagerstelle die Welle axial fest. Alle übrigen Lager sind Loslager und nehmen ausschließlich Radiallast auf. Fertigungstoleranzen und Betriebswärme verändern den Abstand der Lagersitze auf Welle und Gehäuse. Fehlt der Raum für diese Längenänderung, entstehen im Lager hohe Axialkräfte, die zu frühem Ausfall führen können.

Loslager (NU, N): Der Rollensatz verschiebt sich auf der bordlosen Laufbahn, die Längenänderung wird also im Lager selbst aufgenommen. Anders als Rillenkugel- oder Pendelrollenlager braucht es dafür keinen verschiebbar gepassten Ring. Die Paarung aus Rillenkugellager als Festlager und NU-Lager als Loslager eignet sich deshalb dort, wo alle Ringe fest sitzen müssen, etwa in großen Elektromotoren und Generatoren.

Festlager (NUP, NJ + HJ): Die Welle wird in beiden Richtungen geführt. Das eignet sich bei überwiegender Radiallast und geringer Axialkraft.

Stützlager (NJ): Ein NJ-Lager nimmt Axialkraft in einer Richtung auf. Zwei spiegelbildlich eingebaute NJ-Lager bilden eine Stützlagerung ohne getrenntes Fest- und Loslager (auch: schwimmende Lagerung). Nach Schaeffler (FAG) braucht sie je nach Lagergröße einen axialen Verschiebeweg s von einigen Zehntelmillimetern, der die Lager auch bei ungünstiger Temperaturverteilung vor Axiallast schützen muss. NSK nennt als Vorteil, dass beide Ringe fest gepasst sein können, warnt aber vor zu geringem Axialspiel im Betrieb.

Beispiel: Ausführung für eine Getriebewelle wählen

Ausgangslage: Eine Getriebewelle trägt an beiden Lagerstellen hohe Radiallast, und Innen- wie Außenringe sollen an beiden Stellen fest sitzen. Die Welle erwärmt sich im Betrieb, die Axialkraft aus der Verzahnung ist gering, wirkt aber in beiden Richtungen.

1. Loslagerstelle: NU oder N. Die Wärmedehnung wird im Lager aufgenommen, beide Ringe können Übermaß erhalten. Der Verschiebeweg s aus der Produkttabelle muss die erwartete Längenänderung abdecken.
2. Festlagerstelle: NUP oder NJ mit Winkelring HJ, weil die Axialkraft in beide Richtungen wirkt. Ein NU mit zwei Winkelringen scheidet aus.
3. Axialkraft prüfen: Bei einem FAG-Käfiglager muss Fa/Fr im Betrieb unter 0,4 bleiben, und ohne Radiallast darf keine dauernde Axiallast wirken. Liegt die Axialkraft höher, trägt das Zylinderrollenlager nur radial, und ein Vierpunktlager daneben übernimmt die Axialkraft.
4. Käfig oder vollrollig: Ist die Radiallast sehr hoch und die Drehzahl niedrig, kommt eine vollrollige Ausführung in Frage. Die einreihigen vollrolligen SL-Reihen im FAG-Katalog sind Stützlager, führen also nur in einer Richtung.
5. Lagerluft: Übermaß an beiden Ringen und ein wärmerer Innenring verringern die Radialluft. Die Lagerluftklasse wird daraus abgeleitet (siehe unten).

Weitere Anordnungen und typische Auslegungsfehler behandelt der Beitrag Fest- und Loslager mit Zylinderrollenlagern auslegen.

Käfig und vollrollige Ausführung

Übliche Käfige bestehen aus Stahlblech, Massivmessing oder Kunststoff. Nach Schaeffler (FAG) werden metallische Massivkäfige eingesetzt, wenn eine hohe Käfigfestigkeit gefordert ist, bei hohen Temperaturen und wenn der Käfig an Borden geführt werden muss. Die Elastizität und geringe Masse von Polyamid wirken dagegen günstig bei Stoßbelastung, hohen Beschleunigungen und Verzögerungen sowie bei gegeneinander verkippten Lagerringen. Glasfaserverstärktes PA66 ist nach FAG dauerhaft bis +120 °C einsetzbar. Bei Ölschmierung können Additive die Lebensdauer des Käfigs beeinträchtigen.

Vollrollige Lager ohne Käfig, etwa die Ausführung SL, nehmen mehr Rollen auf und erreichen so eine höhere Radialtragfähigkeit bei niedrigerer Grenzdrehzahl. Schaeffler (FAG) empfiehlt Käfiglager bei hohen Radiallasten und sehr hohen Drehzahlen, wenn die volle Tragfähigkeit der vollrolligen Ausführung nicht nötig ist. Nach welchen Kriterien der Käfig im Einzelfall gewählt wird, behandelt der Beitrag Käfig bei Zylinderrollenlagern: Polyamid, Messing oder vollrollig?.

Kurzzeichen für Ausführung und Käfig nach Hersteller

Nachsetzzeichen für Innenkonstruktion und Käfig sind nicht markenübergreifend genormt. NKE weist ausdrücklich darauf hin, dass ein Buchstabe wie E je nach Lagerart eine völlig andere Bedeutung haben kann und Käfigdetails nach Werksnorm festgelegt werden. Die Beispiele gelten nur für den genannten Hersteller.

Hersteller	Innenkonstruktion / Ausführung	Käfig	Ohne Käfig / Sonstiges
Schaeffler (FAG)	E = Rollensatz mit höherer Tragfähigkeit; TB = gewölbte Rollenstirn, höhere axiale Tragfähigkeit; XL = X-life	TVP2 = Massiv-Fensterkäfig aus glasfaserverstärktem PA66; MPAX / MPBX = einteiliger Messing-Massivkäfig, außen- bzw. innenbordgeführt	Reihen SL18.., SL1923 = vollrollig
NTN	E = hohe radiale Tragfähigkeit; EA = ULTAGE-Serie, für kleine Durchmesser standardisiert; HT = höhere axiale Belastbarkeit	Allgemeine Käfigzeichen: J = Stahlblechkäfig; T2 = Polyamidkäfig; L1 = hochfester Messing-Massivkäfig; G1 = nietfreier Messing-Fensterkäfig	SL = vollrollig
NSK	NH = NJ mit Winkelring HJ	M = Messing-Massivkäfig (Beispiel NU 318 M CM)	CC1 = Radialluft für nicht austauschbare Zylinderrollenlager (Beispiel NN 3017 K CC1)
ZKL	E = höhere Tragfähigkeit (NU209E)	M = Messing-/Bronze-Massivkäfig (NU330M); A = außenringgeführt (NU226MA); P = Fensterkäfig (NU1060MAP); S = mit Schmiernuten (NJ418MAS); TNG = glasfaserverstärktes Polyamid	V = vollrollig (NU209V); K = Käfig mit Wälzkörpern (K NU320); R = Lager ohne abnehmbaren Ring (R NU206)
URB	E (u. a.) = Ausführung mit erhöhten Tragzahlen	Käfigänderungen als eigene Zeichengruppe, z. B. NU310MA	K = Käfig mit Rollen (KNU205); L = loser Ring (LNU205); R = Lager ohne losen Ring (RNU205)
NKE	NCF, NNCF = vollrollige Grundformen	J = Stahlblech; M = Messing-Massiv; TV = Polyamid (PA 6.6 mit oder ohne Glasfaser); M6 = wälzkörpergeführter, MA6 = außenringgeführter Messing-Massivkäfig	V = vollrollig; VH = vollrollig mit selbsthaltendem Rollensatz

Bei Schaeffler dürfen Einzelteile der geänderten Ausführung mit erhöhter Tragfähigkeit zudem nicht mit Teilen der früheren E-Ausführung gleicher Größe getauscht werden. Eine konkrete Bezeichnung lässt sich mit dem Ratgeber Lagerbezeichnungen lesen und dem Nachsetzzeichen-Glossar entschlüsseln.

Montage und Demontage von Zylinderrollenlagern

Zylinderrollenlager sind in der Regel zerlegbar. Innen- und Außenring lassen sich daher getrennt einbauen, auch wenn beide Ringe Übermaß brauchen. Die lose Bordscheibe eines NUP-Lagers ist ein eigenes Bauteil und muss mitmontiert werden. Die Schritte:

1. Ringe getrennt einbauen. Den Innenring auf die Welle setzen, den Außenring mit Rollensatz ins Gehäuse. Die Einbaukraft wirkt nur auf den Ring, der gerade eingepresst wird, nie über die Wälzkörper. Direkte Hammerschläge auf Ringe, Käfig oder Rollen vermeiden. Teile verschiedener Lager nicht vertauschen.
2. Innenring bei Übermaß erwärmen. FAG hält etwa +80 °C für ausreichend, höchstens +100 °C. NSK, NTN und NKE nennen 120 °C als Obergrenze; NSK empfiehlt, 20 bis 30 °C über den rechnerischen Bedarf zu erwärmen, weil der Ring beim Einbau abkühlt. Induktionsgeräte erwärmen sauber und gleichmäßig; das Lager ist danach zu entmagnetisieren. Bei häufigem Ein- und Ausbau, etwa an Walzenzapfen, empfiehlt NSK die Induktionserwärmung der Innenringe. Kunststoffkäfige und Dichtungen vor Überhitzung schützen.
3. Ring gegen die Schulter halten. Der Ring schrumpft beim Abkühlen auch axial. Er wird deshalb bis zum Erkalten gegen die Wellenschulter gedrückt, damit kein Spalt entsteht.
4. Rollensatz und Ring zusammenfügen. Bei Käfiglagern hängen die oberen Rollen im Taschenspiel durch, sobald der Gegenring fehlt. Eine Montagehülse zentriert die Welle und hebt die Rollen an. Welle oder Ring beim Einschieben leicht drehen, sauber fluchten und die Rollenstirnflächen nicht anstoßen. Schiefes Fügen hinterlässt Riefen und Eindrückungen, die später zu Ermüdung führen.
5. Nach dem Einbau prüfen. Die Funktion der Lagerung kontrollieren. Bei Los- und Stützlagern muss die axiale Längenänderung im Verschiebeweg s liegen, bei einer Stützlagerung mit zwei NJ-Lagern das Axialspiel ausreichen. Bei Präzisionslagern der Reihe NN30 auf kegeligem Zapfen wird die verbleibende Radialluft nach der Montage geprüft.
6. Demontage. Grundsätzlich in umgekehrter Reihenfolge; Lager mit losem Sitz zuerst. Die Abziehkraft wirkt auf den fest sitzenden Ring. Zylinderrollenlager lassen sich als zerlegbare Bauart leichter ausbauen; ohne Abziehnuten in der Wellenschulter nennt FAG einen Abzieher mit Spannzange. Wird ein Lager auf Kegelsitz erneut montiert, ist nach FAG die Laufbahnaufweitung neu zu messen.

Lagerluft bei festen Passungen

Übermaßpassungen weiten die Laufbahn des Innenrings auf und ziehen die des Außenrings zusammen. Ist der Innenring im Betrieb wärmer als der Außenring, schrumpft die Radialluft weiter. NTN nennt deshalb eine erhöhte Lagerluft (C3, C4) für hohe Übermaßpassungen, Stoßbelastung und Wellen oder Innenringe mit Wärmezufluss, zum Beispiel in Walzwerken und Papiermaschinen.

Wie Lagerluftklassen und Betriebslagerluft zusammenhängen, erklärt Lagerluft, Passungen und ISO-Toleranzklassen.

Zweireihige Präzisionslager für Spindeln

Zweireihige Zylinderrollenlager der Reihen NN30 und NNU49 sind radial sehr steif. In Präzisionsausführung mit kegeliger Bohrung (Kegel 1:12) übernehmen sie die radiale Abstützung von Werkzeugmaschinen-Hauptspindeln. Über den kegeligen Sitz wird bei der Montage die Betriebslagerluft eingestellt. Die Axialkräfte übernehmen gesonderte Axial-Schrägkugellager. Mehr dazu unter Spindellager in Hochpräzisionsausführung.

Zylinderrollenlager auswählen: Kurzform

1. Funktion: Los-, Stütz- oder Festlager bestimmt die Bordanordnung.
2. Axialkraft: Bei mehr als geringer Axiallast ein eigenes Lager vorsehen; Herstellergrenzen wie Fa/Fr beachten.
3. Passung und Temperatur: Sie bestimmen die Lagerluftklasse.
4. Käfig oder vollrollig: Drehzahl gegen Tragfähigkeit abwägen, Käfigwerkstoff nach Temperatur und Stoßbelastung.

Bauformen und Abmessungen im Sortiment zeigt die Kategorieseite Zylinderrollenlager.

FAQ

Warum ist die axiale Tragfähigkeit eines Zylinderrollenlagers begrenzt?

Die Linienberührung zwischen Rolle und Laufbahn überträgt nur Radialkräfte. Eine Axialkraft muss über den Kontakt zwischen Bord und Rollenstirnfläche laufen; dieser Kontakt setzt die Grenze der axialen Tragfähigkeit. Die Hersteller geben für Lager mit Borden daher nur leichte bzw. geringe Axiallasten an, Schaeffler (FAG) etwa ein Verhältnis Fa/Fr von höchstens 0,4 bei Käfiglagern. Größere Axialkräfte übernimmt ein eigenes Lager.

Was ist der Vorteil eines NU-Lagers als Loslager gegenüber einem Rillenkugellager?

Beim NU-Lager gleicht der Rollensatz die Längenänderung der Welle aus, indem er sich auf dem bordlosen Innenring verschiebt. Beide Ringe können fest gepasst werden. Ein Rillenkugellager wirkt nur dann als Loslager, wenn ein Ring verschiebbar sitzt. Das kann bei hoher Last oder Stößen Nachteile für den Sitz bringen.

Welche Aufgabe hat ein Winkelring HJ?

Der Winkelring (bei FAG und NTN: HJ) bildet am Innenring einen zusätzlichen Bord. Mit einem NU-Lager entsteht so ein Stützlager für eine Axialrichtung, mit einem NJ-Lager ein Festlager für beide Richtungen. NTN und NSK führen die Kombination aus NJ und HJ als Ausführung NH. Ein NU-Lager mit zwei Winkelringen ist nach FAG unzulässig, weil sich die Rollen axial verspannen können.

Wann braucht ein Zylinderrollenlager erhöhte Lagerluft wie C3?

Erhöhte Lagerluft ist angebracht, wenn feste Übermaßpassungen oder ein im Betrieb wärmerer Innenring die Radialluft verringern. Zylinderrollenlager werden häufig an beiden Ringen fest gepasst, deshalb tritt dieser Fall bei ihnen oft auf. Anhaltspunkte liefern hohe Übermaßpassungen, Stoßbelastung und Wärmezufluss über die Welle.

Wie warm darf der Innenring eines Zylinderrollenlagers bei der Montage werden?

Schaeffler (FAG) hält für übliche Übermaße etwa +80 °C für ausreichend und nennt höchstens +100 °C. NSK, NTN und NKE geben 120 °C als Obergrenze an, weil höhere Temperaturen das Gefüge und die Maße der Ringe dauerhaft verändern können. Nach induktiver Erwärmung ist das Lager zu entmagnetisieren, und Kunststoffkäfige sind vor Überhitzung zu schützen.

Bedeutet das Nachsetzzeichen E bei jedem Hersteller dasselbe?

Nein. Bei Zylinderrollenlagern kennzeichnet E bei FAG, NTN und ZKL zwar jeweils eine Ausführung mit höherer Tragfähigkeit, die Innenkonstruktion unterscheidet sich aber je nach Hersteller. NKE weist darauf hin, dass derselbe Buchstabe je nach Lagerart eine völlig andere Bedeutung haben kann. Maßgeblich ist daher immer der Katalog des jeweiligen Herstellers.

Kurz gefasst

• Die Linienberührung macht Zylinderrollenlager radial hoch belastbar. Axialkräfte laufen über den Kontakt zwischen Bord und Rollenstirn und bleiben daher begrenzt, bei FAG-Käfiglagern auf Fa/Fr ≤ 0,4.
• Die Bordanordnung ergibt die Funktion: bordloser Ring (NU, N, NN, NNU) als Loslager, einseitige Führung (NJ, NU + HJ) als Stützlager, beidseitige Führung (NUP, NJ + HJ) als Festlager.
• Bei NU und N wird die Wärmedehnung im Lager ausgeglichen; beide Ringe dürfen fest sitzen.
• Die Ringe werden getrennt montiert: Innenring erwärmen – nach FAG etwa 80 °C, höchstens 100 °C; NSK, NTN und NKE nennen 120 °C als Obergrenze, Rollensatz zentriert und drehend fügen.
• Feste Passungen und ein warmer Innenring verringern die Radialluft, häufig ist dann C3 nötig.
• Kurzzeichen für Ausführung und Käfig unterscheiden sich je nach Hersteller und sollten mit dem Ratgeber Lagerbezeichnungen lesen geprüft werden.