Hochtemperaturlager sind dafür ausgelegt, extremer Hitze standzuhalten und zuverlässig weiterzuarbeiten.
Sie sorgen auch unter heißen Einsatzbedingungen für einen reibungslosen Maschinenlauf.
Dieser Blogbeitrag behandelt alle wesentlichen Aspekte von Hochtemperaturlagern.
Ob Sie Konstrukteur, Entwickler, Instandhaltungsexperte oder Einkäufer sind – dieser Leitfaden unterstützt Sie bei der Auswahl der passenden Lager.
Was sind Hochtemperaturlager?
Hochtemperaturlager sind präzisionsgefertigte Wälz- oder Gleitlager, die speziell für einen zuverlässigen Betrieb bei erhöhten Temperaturen ausgelegt sind – typischerweise über 120°C (248°F) und bei speziellen Keramikvarianten in vielen Fällen bis zu 1.000°C (1.832°F) oder darüber hinaus.
Standardlager von der Stange werden mit herkömmlichen Stählen, Schmierstoffen und Toleranzen gefertigt, die auf Umgebungs- oder nur geringfügig erhöhte Temperaturen ausgelegt sind.
Steigt die Temperatur deutlich an, verändern sich die Werkstoffeigenschaften: Metalle dehnen sich aus, Schmierstoffe bauen ab, innere Lagerluft wird kleiner, und die Ermüdungslebensdauer sinkt drastisch. Hochtemperaturlager begegnen diesen Herausforderungen mit fortschrittlicher Werkstofftechnik, speziellen Wärmebehandlungen, Hochleistungsschmierstoffen und einer konstruktiv optimierten Innengeometrie.
Zentrale Definition: Ein Lager gilt als „Hochtemperaturlager“, wenn es durch Anpassungen bei Werkstoff, Schmierung und Abmessungen für einen Dauerbetrieb bei Temperaturen über 120°C (248°F) ausgelegt ist und dabei Maßstabilität, einen ausreichenden Schmierfilm sowie eine akzeptable Ermüdungslebensdauer gewährleistet. |
Klassifizierungsskala für Lagertemperaturen
Standard Bis 120°C | Mittelhoch 120°C – 250°C | Hohe Temperatur 250°C – 500°C | Extreme Temperatur 500 °C – 1.000 °C+ |
Warum die Temperatur bei der Lagerauswahl entscheidend ist
Die Temperatur ist zweifellos der wichtigste Umgebungsparameter für Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Lagern. Für Konstrukteure und Anwendungstechniker, die Lager für anspruchsvolle Einsatzfälle auslegen, ist das Verständnis der durch Wärme ausgelösten Ausfallmechanismen unerlässlich.
Ausfallmechanismen infolge übermäßiger Hitze
Schädigung des Schmierstoffs: Konventionelle Mineralfette oxidieren und karbonisieren oberhalb von 120 °C rasch und bilden schädliche Ablagerungen, die Laufbahnen und Wälzkörper beschädigen und zu schnellem Verschleiß führen.
Dimensionsinstabilität: Durch thermische Ausdehnung verringert sich das radiale Lagerspiel. Sinkt das innere Spiel auf null, kann es innerhalb weniger Minuten zum katastrophalen Fresser kommen.
Anlassen und Weichwerden des Stahls: Der übliche Chromstahl 52100 verliert bei dauerhafter Einwirkung von Temperaturen über 150 °C an Härte, wodurch Tragfähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit unmittelbar sinken.
Käfigversagen: Käfige aus Polymer oder Blech verformen sich oder schmelzen bei hohen Temperaturen, sodass sich die Wälzkörper stauen; dies führt zu starken Schwingungen und einem schnellen Ausfall.
Oxidation und Korrosion: Hohe Temperaturen beschleunigen die Oxidation sowohl der Lageroberflächen als auch des Schmierstoffs und fördern dadurch Oberflächenermüdung sowie Ausbrüche an den Laufbahnen.
Vorspannungsänderung: Unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Welle, Gehäuse und Lager kann die Vorspannung erheblich verändern und entweder zum Fresser oder zu Spiel führen.
⚠️ Faustregel: Mit jedem Anstieg um 10 °C über die zulässige Betriebstemperatur eines Standardlagers halbiert sich dessen L10-Ermüdungslebensdauer näherungsweise. Bei 200 °C verbleiben von der Nennlebensdauer bei Raumtemperatur unter Umständen nur noch 5–10 %. |
Hochtemperaturschmierung
Die Schmierung ist bei Hochtemperaturlagern vermutlich der entscheidende Faktor für die Leistungsfähigkeit. Der Schmierstoff muss über den gesamten Betriebstemperaturbereich einen ausreichenden Schmierfilm zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen aufrechterhalten und zugleich Oxidation, Verdampfung und Karbonisierung widerstehen.
Schmierstofftyp | Einsatzbereich | Vorteile | Einschränkungen | Gängige Sorten |
Mineralölfett | -30 °C bis 120 °C | Kostengünstig und weithin verfügbar | Oxidiert oberhalb von 120 °C schnell | Mehrzweckfett NLGI-Klasse 2 |
Polyharnstofffett | -20 °C bis 180 °C | Gute Oxidationsstabilität, lange Lebensdauer | Mit einigen Schmierfetten unverträglich | Mobil Polyrex EM |
Synthetisches PAO-Fett | -50 °C bis 200 °C | Großer Temperaturbereich, geringe Verdampfungsneigung | Höhere Kosten als Mineralölfett | Klüber Isoflex NBU 15 |
Perfluorpolyether (PFPE) | -40 °C bis 280 °C | Hervorragende Oxidationsbeständigkeit, chemisch inert | Sehr hohe Kosten | Krytox GPL 226 |
Silikonfett | -60 °C bis 250 °C | Breiter Einsatzbereich, gute elektrische Isolationswirkung | Geringe Tragfähigkeit | Molykote 111 |
Festschmierstoffe (MoS₂, Graphit) | Bis über 500 °C | Keine Oxidation, wirksam im Vakuum und bei extremer Wärme | Höhere Reibung als bei Flüssigkeitsfilmschmierung | Acheson DAG 154 |
Praxis-Tipp: Bei Anwendungen über 250 °C sollte der Umstieg von herkömmlichem Fett auf Festschmierstofffilme oder offene Lager mit Umlaufschmiersystem erwogen werden. Abgedichtete Lager mit Fettdichtungen sind oberhalb von 200 °C nur selten geeignet. |
Werkstoffe und Beschichtungen
Die Werkstoffauswahl für Hochtemperaturlager umfasst Ringe, Wälzkörper, Käfig sowie sämtliche Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen. Jede Komponente hat einen entscheidenden Einfluss auf die thermische Gesamtleistung.
Werkstoff | Max. Temperatur | Wesentliche Eigenschaften | Anwendung |
52100 Chromstahl (Standard) | ≤ 120 °C | Hohe Ermüdungsfestigkeit, gute Zerspanbarkeit | Wälzlager für allgemeine Anwendungen |
M50 Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstahl | 315 °C | Behält die Härte auch bei erhöhten Temperaturen, durchgehärtet | Lager für die Hauptwelle von Strahltriebwerken |
M62-Stahl | 400 °C | Hoher Wolframgehalt, ausgezeichnete Warmhärte | Gasturbinen, extreme Betriebsbeanspruchung |
440C-Edelstahl | ≤ 200 °C | Kombination aus Korrosions- und Hitzebeständigkeit | Chemische Verfahrenstechnik, maritimer Einsatz |
Siliziumnitrid (Si₃N₄) | 500 °C | Geringe Dichte, hohe Steifigkeit, elektrisch isolierend | Keramische Hybrid-Wälzkörper |
Zirkoniumoxid (ZrO₂) | 1.000 °C+ | Extrem hohe Temperaturen, hervorragende chemische Beständigkeit | Vollkeramiklager für extreme Einsatzbedingungen |
Aluminiumoxid (Al₂O₃) | 1.200 °C | Für extreme Temperaturen geeignet, kostengünstiger als ZrO₂ | Öfen, Brennöfen, Glasindustrie |
Kohlenstoff-Graphit | 500 °C (oxidierende Atmosphäre) | Selbstschmierend, keine externe Schmierung erforderlich | Öfen, Vakuumöfen, Dampfturbinen |
Oberflächenbeschichtungen für hohe Temperaturbeständigkeit
Selbst bei einem geeigneten Grundwerkstoff können Oberflächenbeschichtungen die Lebensdauer erheblich verlängern. Zu den wichtigsten Beschichtungen für Hochtemperaturlageranwendungen gehören:
Schwarzoxid: Leichte Oxidationsbehandlung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und des Schmierstoffrückhalts bis etwa 200 °C
PVD-TiN (Titannitrid): Harte, goldfarbene Beschichtung zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß bis 600 °C
DLC (Diamond-Like Carbon): Extrem harte, reibungsarme Beschichtung; wirksam bis etwa 400 °C
Wärmedämmschichten (TBC): Keramikbasierte Beschichtungen, z. B. YSZ, die den Wärmeübergang auf den Lagerkörper verringern
Silberbeschichtung: Festschmierstoffbeschichtung für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt unter Hochvakuum- und Hochtemperaturbedingungen
Typen von Hochtemperaturlagern
Lagertyp | Max. Temperatur | Lastart | Geeignet für | Branchen |
Hochtemperatur-Rillenkugellager | 200–250 °C | Radialbelastung + geringe axiale Belastung | Hochdrehzahl, mittlere Belastung | Motoren, Pumpen, Lüfter |
Zylinderrollenlager (HTB) | 200–300 °C | Hohe radiale Belastung | Hohe radiale Lasten | Stahlwerke, Förderanlagen |
Kegelrollenlager | 150–200 °C | Kombinierte radiale und axiale Belastung | Kombinierte Belastungen | Getriebe, Walzwerke |
Pendelrollenlager | 200–300 °C | Hohe radiale Belastung + Fehlausrichtung | Fehlausrichtung + Wärme | Papierindustrie, Bergbau |
Keramikhybrid (Si₃N₄) | 300–500 °C | Radial- und mäßige Axialbelastung | Hohe Drehzahlen und hohe Temperaturen | Luft- und Raumfahrt, Turbinen |
Vollkeramik (ZrO₂/Al₂O₃) | 800–1.000 °C | Geringe bis mittlere Belastung | Extreme Hitze, elektrische Isolation | Öfen, Glasherstellung |
Gleitlager aus Kohlenstoff-Graphit | 500 °C+ | Radialbelastung (niedrige Drehzahl) | Keine externe Schmierung erforderlich | Öfen, Brennöfen, Abgasanlagen |
Gleitlager aus PTFE/Verbundwerkstoff | Bis 260 °C | Radialbelastung (oszillierend) | Wartungsfreier Einsatz bei mittleren bis hohen Temperaturen | Lebensmittelverarbeitung, Verpackung |
Hochtemperatur-Kugellager
Hochtemperatur-Rollenlager
Hochtemperatur-Gleitlager
Hochtemperatur-Stehlager
Hochtemperatur-Linearführungslager
Keramische Hybridlager – im Detail betrachtet
Keramische Hybridlager, die Innen- und Außenringe aus Stahl mit Wälzkörpern aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) kombinieren, gelten als bedeutendster moderner Fortschritt in der Hochtemperatur-Lagertechnik.
Die Keramikkugeln sind 60% leichter als Stahl, erzeugen bei hohen Drehzahlen geringere Zentrifugalkräfte, weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von rund 25% des Stahls auf und können mit minimaler Schmierung betrieben werden. In Flugtriebwerks- und Turbomaschinen sowie in anspruchsvollen industriellen Anwendungen werden sie zunehmend zur Standardwahl.
Einsatzbereiche von Hochtemperaturlagern
Hochtemperaturlager kommen in zahlreichen Branchen überall dort zum Einsatz, wo Maschinen Wärme erzeugen oder unter erhöhter Temperatur betrieben werden. Nachfolgend sind die wichtigsten Branchen und ihre spezifischen Anforderungen aufgeführt:
Branche | Temperaturbereich | Hauptanwendung | Bevorzugter Lagertyp | Besondere Anforderungen |
Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung | 200°C–500°C | Wellen von Strahltriebwerken | M50-Stahl, Keramik-Hybrid | Extreme Zuverlässigkeit, PFPE-Schmierung |
Stahl- und Metallindustrie | 150°C–350°C | Walzgerüstwalzen | Pendel- und Zylinderrollenlager | Hohe Belastungen, stoßfeste Ausführung |
Glasherstellung | 300°C–600°C | Transportanlagen für Glühöfen | Vollkeramik, Kohlenstoffgrafit | Kontaminationsfrei, extreme Temperaturen |
Zement- und Bergbauindustrie | 150°C–250°C | Ofenrollen, Brecherwellen | Pendelrollenlager (schwere Baureihe) | Beständigkeit gegen Verunreinigungen |
Energieerzeugung | 120°C–300°C | Dampfturbinen, Generatorrotoren | Zylinderrollenlager, hybridkeramisch | Dauerbetrieb, schwingungsarm |
Lebensmittel- und Getränkeindustrie | 150 °C–260 °C | Backöfen, Pasteurisierung | Vollständig aus Edelstahl, mit PFPE-Schmierung | Lebensmitteltauglich, für Washdown-Reinigung geeignet |
Automobilindustrie | 150 °C–300 °C | Turboladerwellen, AGR-Systeme | Hybridkeramisch, mit PAO-Schmierung | Hohe Drehzahlen, lange Wartungsintervalle |
Petrochemie | 150 °C–400 °C | Reaktor-Rührwerke, Ofenventilatoren | Hochlegierter Stahl, mit PTFE-Dichtung | Korrosionsbeständigkeit und chemische Verträglichkeit |
Auswahlkriterien für Hochtemperaturlager
Die Auswahl des richtigen Hochtemperaturlagers erfordert ein systematisches Vorgehen. Nutzen Sie das folgende Schema als Orientierung für Ihren Spezifikationsprozess:
Schritt-für-Schritt-Auswahlcheckliste
Betriebstemperatur festlegen: Ermitteln Sie die tatsächliche Lagertemperatur im Betrieb, nicht nur die Umgebungstemperatur. In Anwendungen mit mittleren Drehzahlen liegt die Lagertemperatur typischerweise 5–30°C über der Umgebungstemperatur.
Lastbedingungen bewerten: Erfassen Sie Radiallast, Axiallast, Stoßbelastung und Schwingungen. Daraus ergibt sich, ob Kugellager, Rollenlager oder Gleitlager geeignet sind.
Drehzahlanforderungen bestimmen: Berechnen Sie den DN-Wert (Bohrungsdurchmesser in mm × RPM). Höhere DN-Werte sprechen für Kugellager und Keramik; niedrigere DN-Werte sind für Rollenlager geeignet.
Umgebungsbedingungen bewerten: Berücksichtigen Sie neben der Temperatur auch Verunreinigungen, Feuchtigkeit, Chemikalien sowie Vakuum- oder Druckbedingungen.
Wälzlagerstahl auswählen: Für 120–200°C sind stabilisiertes 52100 oder rostfreier 440C geeignet. Für 200–400°C kommen M50- oder M62-Werkzeugstahl infrage. Über 400°C sind Keramik oder Kohlenstoffgraphit erforderlich.
Geeignetes Lagerluftmaß wählen: Wählen Sie die Lagerluftklasse C3 oder C4, um die thermische Ausdehnung aufzunehmen und ein Fressen zu vermeiden.
Käfigmaterial festlegen: Vermeiden Sie Polymerkäfige oberhalb von 150°C. Für Hochtemperaturanwendungen sind gedrehte Messingkäfige, versilberte Stahlkäfige oder PEEK-Käfige einzusetzen.
Schmiersystem auswählen: Stimmen Sie das Schmiermittel auf den Temperaturbereich ab. Entscheiden Sie sich je nach Anwendung für Fett, Umlauföl oder einen Festschmierstofffilm.
Maßstabilität sicherstellen (Stabilisierung): Stellen Sie sicher, dass die Lager mit einer geeigneten Anlassstabilisierung geliefert werden (S1 = 200°C, S2 = 250°C, S3 = 300°C).
Abdichtung und Schutz berücksichtigen: Bei sehr hohen Temperaturen sollten Dichtungen aus Gummi nicht eingesetzt werden. Verwenden Sie offene Lager, berührungslose Labyrinthdichtungen oder Hochtemperatur-Filzdichtungen.
Kritischer Punkt — Lagerluft: Einer der häufigsten Ausfallgründe in Hochtemperaturanwendungen ist eine falsch gewählte Lagerluft. Die thermische Ausdehnung verringert die Betriebsluft. Wählen Sie daher bei Betriebstemperaturen über 80°C mindestens C3 und bei Anwendungen über 150°C C4 oder C5.. |
Führende Hersteller und Lösungen für Hochtemperaturlager
Tabelle 8: Führende Hersteller und Lösungen für Hochtemperaturlager
Hersteller | Hochtemperatur-Serie | Max. Betriebstemperatur (°C) | Wesentliche Merkmale |
SKF | 6201-2Z/VA201 | 250 | Speziell für 250 °C ausgelegt, mit C4-Lagerluft zum Ausgleich der thermischen Ausdehnung. |
6201/VA201 | |||
6202-2Z/VA201 | |||
6202/VA201 | |||
6003-2Z/VA201 | |||
6003/VA201 | |||
6203-2Z/VA201 | |||
6203/VA201 | |||
6303/VA201 | |||
6004-2Z/VA201 | |||
6004/VA201 | |||
6204-2Z/VA201 | |||
6204/VA201 | |||
6304-2Z/VA201 | |||
6304/VA201 | |||
6005-2Z/VA201 | |||
6005/VA201 | |||
6205-2Z/VA201 | |||
6201-2Z/VA228 | 350 | ||
6202-2Z/VA228 | |||
6003-2Z/VA208 | |||
6203-2Z/VA228 | |||
6303-2Z/VA228 | |||
6004-2Z/VA208 | |||
6204-2Z/VA228 | |||
6304-2Z/VA208 | |||
6304-2Z/VA228 | |||
6005-2Z/VA208 | |||
6205-2Z/VA208 | |||
6205-2Z/VA228 | |||
NSK | Mit KPM-Fett gefüllte Lager | 230 | Abgedichtete/abgeschirmte Ausführungen Wartungsarm |
YS-Lager mit Distanzringen | 350 | Distanzringe ermöglichen die axiale Einstellung und gleichen eine Schiefstellung der Welle aus. | |
SJ-Lager | 400 | Geräusch- und vibrationsarm Optionale Hybridausführungen | |
NTN | HT-Serie (Standard-Hochtemperatur-Kugellager) | 500 °C | Optimiertes Lagerluftmaß, korrosionsbeständige Beschichtung |
Ecoheat®-Serie (Vollkeramiklager) | 600 °C | Leichtbauweise, beständig gegen Thermoschock | |
Hochtemperatur-Pendelrollenlager (Baureihen 232/231) | 300 °C | Selbstausrichtend, gleicht Wellenfehlstellungen aus | |
Beschichtete Lager (CrN/DLC) | 400 °C | Fressschutz, extrem geringe Reibung | |
Hybrid-Keramiklager | 450 °C | Geringe Dichte, widerstandsfähig gegen Fliehkräfte | |
FAG | 6407-2Z | 150 °C | Doppelte Metallabdichtungen (2Z) |
6309-CM | 150 °C | Radiales Spiel C3 Massiv bearbeiteter Messingkäfig (CM) | |
6408-C-2Z | 150 °C | Spiel C3 -Doppelte Metallabdichtungen | |
6309-C-C4 | 250 °C | Radiales Spiel C4 Hochtemperaturbeständiger Käfig | |
6309-2RSR | 150 °C | Doppelte Lippendichtungen aus Gummi (2RSR) Kontaktabdichtungen für verbesserten Schutz vor Verunreinigungen |
Fazit
Hochtemperaturlager sind für einen zuverlässigen Betrieb in heißen Umgebungen unverzichtbar.
Sie halten Temperaturen stand, bei denen herkömmliche Lager versagen, und tragen so dazu bei, Stillstandszeiten zu verringern und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern.
Die Auswahl der richtigen Hochtemperaturlager-Lösung trägt dazu bei, Ausfälle verhindernreduziert den Wartungsaufwand und verbessert die Sicherheit in anspruchsvollen Einsatzumgebungen.
Wenn Sie Fragen haben oder spezifische Anforderungen besprechen möchten, kontaktieren Sie bitte LILY Bearing.
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