Radiallast wirkt senkrecht zur Wellenachse. Axiallast wirkt parallel dazu und wird auch als Schublast bezeichnet. Entscheidend ist die Richtung zur Welle, nicht ob die Kraft in der Darstellung nach oben, unten oder seitlich zeigt.
Ein Lager kann Radiallast, Axiallast oder beide Lastarten aufnehmen. Welche Richtungen unterstützt werden können, bestimmen Lagergeometrie und Einbausituation. Bestimmen Sie zunächst die Wellenachse und prüfen Sie anschließend die Last an jeder Lagerstelle.
Radial- und Axiallast: Die wesentlichen Unterschiede
| Merkmal | Radiallast | Axiallast |
|---|---|---|
| Richtung | Senkrecht zur Wellenachse | Parallel zur Wellenachse |
| Gängiges Symbol | Fr | Fa |
| Typische Ursachen | Riemenzug, Zahnkräfte oder Gewicht auf einer horizontalen Welle | Schubkraft eines Laufrads, Axialkraft eines Schrägverzahnungsgetriebes oder Gewicht auf einer vertikalen Welle |
| Einfaches Beispiel | Ein Riemen, der quer über eine Riemenscheibenwelle zieht | Die Reaktionskraft eines Spindelantriebs entlang seiner Welle |
| Auswahlfrage | Welches Lager nimmt die Radialreaktion auf, und wie groß ist sie? | Welches Lager führt die Welle und muss die Axialkraft in eine oder beide Richtungen aufnehmen? |
Was ist Radiallast?
Radiallast ist die Kraftkomponente, die im rechten Winkel zur Wellenachse wirkt. Typische Ursachen sind der Zug eines Riemens an einer Riemenscheibe sowie das Gewicht eines Rotors auf einer horizontalen Welle. Radiallast kann auch bei stehender Welle auftreten; sie ist kein anderer Begriff für Zentrifugalkraft.
Im Wälzlager wird die Kraft über die Wälzkörper und deren Kontakt mit den Laufbahnen zwischen Innen- und Außenring übertragen. Unter Radialbelastung tragen die Wälzkörper im belasteten Bereich unterschiedliche Kräfte. Eine gleichmäßige Belastung über den gesamten Umfang ist dabei nicht die normale Voraussetzung.
Für einen näheren Blick auf Motoranwendungen lesen Sie unseren Leitfaden zu Radiallast und der Auslegung von Motorlagern.
Was ist Axiallast?
Axiallast, auch Schublast genannt, wirkt entlang der Wellenachse. Sie kann in beide Richtungen drücken oder ziehen. Typische Ursachen sind ein Pumpenlaufrad, ein Schrägverzahnungsrad, ein Spindelantrieb sowie das Gewicht einer vertikalen Wellenbaugruppe.
Auch thermische Ausdehnung kann Axialkräfte erzeugen, wenn die Längenänderung der Welle behindert wird. Eine geeignete Fest-/Loslagerung ermöglicht die erforderliche thermische Bewegung, anstatt beide Lagerstellen zur Aufnahme dieser Kraft zu zwingen.
Unser Leitfaden zur Axiallast von Lagern :
Praxisbeispiele: Zuerst die Achse bestimmen
| Anwendung | Lastrichtung | Zu prüfen ist |
|---|---|---|
| Horizontale Riemenscheibe | Der Riemenzug wirkt radial, wenn er quer zur Welle angreift | Riemenkräfte, Scheibenposition und Lagerabstand bestimmen die Lagerreaktionen. |
| Vertikale Wellenbaugruppe | Das Gewicht der Baugruppe wirkt axial entlang der Welle | Das Festlager muss das maßgebliche Gewicht sowie den prozessbedingten Axialschub aufnehmen. |
| Schrägverzahntes Getriebe | Der Zahneingriff kann sowohl radiale als auch axiale Komponenten erzeugen | Ermitteln Sie die Zahnkraftkomponenten und die Schubrichtung für jeden Betriebszustand. |
| Radnabe eines Fahrzeugs | Das Fahrzeuggewicht erzeugt radiale Belastung; in Kurven kann axiale Belastung hinzukommen | Bewerten Sie den vollständigen Lastfall einschließlich Momenten und Lastumlagerung. |
Dieselbe Gewichtskraft wird je nach Wellenlage unterschiedlich eingeordnet. Bei einer horizontalen Welle wirkt das Gewicht eines mittig angeordneten Rotors radial. Bei einer vertikalen Welle wirkt diese Gewichtskraft axial. „Vertikal“ und „axial“ sind keine austauschbaren Begriffe.
Radiallager versus Axiallager
Ein Radiallager ist in erster Linie für Belastungen senkrecht zu seiner Achse ausgelegt. Ein Axiallager, auch Drucklager genannt, ist in erster Linie für Belastungen entlang seiner Achse ausgelegt. Diese Bezeichnungen beschreiben die Hauptlastrichtung; sie legen nicht die vollständige Tragfähigkeit jedes Lagers fest.
Standard-Rillenkugellager können radiale und axiale Belastungen in beiden Richtungen aufnehmen. Die zulässige Axiallast hängt von der jeweiligen Bauart und den Betriebsbedingungen ab. Herkömmliche Axialkugellager sind für Axiallasten ausgelegt und sollten nicht für radiale Belastungen ausgewählt werden.
Welche Lager nehmen radiale und axiale Belastungen auf?
Nutzen Sie die folgende Tabelle, um die Lagerbauart einzugrenzen. Die endgültige Auswahl erfordert dennoch die genauen Lastdaten des jeweiligen Modells, die Drehzahlgrenzen, das innere Spiel beziehungsweise die Vorspannung, die Schmieranforderungen sowie die Einbaubedingungen.
| Lagerart | Typische Tragfähigkeit | Wichtige Einschränkung |
|---|---|---|
| Rillenkugellager | Radiallast sowie Axiallast in beide Richtungen | Gehen Sie nicht von einem pauschal zulässigen Verhältnis zwischen Axial- und Radiallast aus. Ausführungen mit Füllschlitz erfordern besondere Aufmerksamkeit. |
| Einreihiges Schrägkugellager | Kombinierte Radiallast und Axiallast in einer Richtung | Für umgekehrten Schub ist eine geeignete Gegenanordnung oder eine andere passende Lagerbauart erforderlich. |
| Einreihiges Kegelrollenlager | Kombinierte Radiallast und Axiallast in einer Richtung | Gegenüberliegende Anordnungen nehmen umgekehrte Axialkräfte auf; Einstellwert und induzierte Axialkräfte sind zu berücksichtigen. |
| Zylinderrollenlager | Hohe radiale Tragfähigkeit; die axiale Tragfähigkeit hängt von der Bordscheiben-Ausführung ab | N- und NU-Ausführungen stützen die Welle nicht axial ab. NJ- und NUP-Anordnungen erfordern modellspezifische Prüfungen der Axiallast. |
| Konventionelles Axialkugellager | Nur Axiallast | Es gibt einseitig und zweiseitig wirkende Ausführungen. Die radiale Abstützung muss separat erfolgen. |
| Pendelrollenlager | Radiale und axiale Belastungen bei Ausgleich von Schiefstellung | Prüfen Sie das tatsächliche Lastverhältnis und die Betriebsgrenzen. Für reine Axialkräfte ist es keine Universallösung. |
„Kombinierte Belastung“ bedeutet, dass radiale und axiale Kräfte gleichzeitig wirken. Daraus folgt jedoch nicht, dass zwingend ein kombinierter Führungsrollenlager-Typ erforderlich ist. Kombinierte Führungslager für Schienenführungen sind eine eigene Produktfamilie; viele herkömmliche Lageranordnungen unterstützen ebenfalls kombinierte Lasten.
Rechenbeispiel: Eine Kraft in zwei Komponenten zerlegen
Angenommen, eine Kraft von 1.000 N wirkt unter 30° zur Wellenachse. Dies ist ein Lehrbeispiel zur Kraftzerlegung und weder eine gemessene Anwendung noch eine Lagerempfehlung. Bei vom Achsenverlauf aus gemessenem Winkel gilt:
Axiale Komponente:Fa = F × cos θ = 1.000 × cos 30° ≈ 866 N
Radiale Komponente:Fr = F × sin θ = 1.000 × sin 30° = 500 N
Dies sind Komponenten der angreifenden Kraft. Sie entsprechen nicht automatisch den Lasten auf den einzelnen Lagern. Ermitteln Sie die Lagerreaktionen aus Angriffspunkt, Lagerabstand, Momenten und Fest-/Loslageranordnung. Zwei Lager teilen sich die Komponenten nicht zwangsläufig zu gleichen Teilen.
Tragzahlen und Lagerlebensdauer: Was zu prüfen ist
Die dynamische Tragzahl C und die statische Tragzahl C0 sind Bezugsgrößen für unterschiedliche Berechnungen. Sie stellen keine allgemeinen Maximalwerte für die Betriebsbelastung dar. In Katalogen für Radial- und Axiallager können tiefgestellte Indizes zur Kennzeichnung der Lastrichtung verwendet werden. Eine Axialtragzahl ist nicht mit der vom Hersteller zulässigen axialen Betriebsbelastung gleichzusetzen.
Bei vielen Wälzlagern für radiale Belastungen unter kombinierter Beanspruchung wird die äquivalente dynamische Belastung mit P = XFr + YFa berechnet. Die anzuwendende Gleichung, die Faktoren X und Y sowie etwaige Grenzbedingungen ergeben sich aus dem Katalog des jeweiligen Lagers. Ersetzen Sie die Formel nicht durch die Vektorsumme und gehen Sie nicht davon aus, dass X = Y = 1 gilt.
Der grundlegende Berechnungsrahmen für die Nennlebensdauer ist in ISO 281:2007. Die Nennlebensdauer entspricht unter den genannten Annahmen einer Zuverlässigkeit von 90 %; sie ist keine Garantie für die Gebrauchsdauer. Verschleiß, Korrosion und elektrischer Erosionsverschleiß liegen außerhalb des Geltungsbereichs dieses Lebensdauermodells.
Zum Unterschied zwischen Tragzahlen und tatsächlichen Belastungen siehe statische und dynamische Belastung im Wälzlager.
Praktische Checkliste zur Lagerauswahl
Vor der Auswahl einer Artikelnummer sollten Sie diese fünf Punkte prüfen:
1. Belastung an jeder Lagerstelle: Berechnen Sie die radiale und axiale Reaktionskraft für den Normalbetrieb, das Anfahren, das Abstellen und Lastspitzen.
2. Axialrichtung: Stellen Sie fest, ob sie gleichgerichtet bleibt, ihre Richtung wechselt oder sich mit dem Betriebszustand ändert.
3. Fest-/Loslagerung: Legen Sie fest, welche Lagerstelle die Welle axial führt und wo Wärmedehnungen aufgenommen werden können.
4. Betriebsbedingungen: Prüfen Sie Drehzahl, Schmierung, Temperatur, Verschmutzung, Fehlausrichtung und die erforderliche Steifigkeit.
5. Auslegung prüfen: Vergleichen Sie äquivalente dynamische und statische Belastung, Lebensdaueranforderungen, zulässige Axiallast sowie gegebenenfalls eine erforderliche Mindestbelastung.
Für die Besprechung einer Auslegung kontaktieren Sie uns unter Angabe der Wellen- und Gehäuseabmessungen, des Lagerabstands, der Angriffspunkte der Kräfte, der Belastungsrichtungen, der Drehzahl und der Betriebsbedingungen. Fügen Sie eine Skizze bei, wenn der Kraftverlauf unklar ist.
Häufig gestellte Fragen
Verursacht eine Axiallast immer eine sichtbare axiale Verschiebung?
Nein. Eine ausreichend abgestützte Welle kann Axialkräfte aufnehmen, ohne dass eine merkliche Verschiebung entsteht. Das Verschiebungsverhalten hängt vom Spiel, der Steifigkeit, der Vorspannung und den Lagerbedingungen der Anordnung ab. Leiten Sie die Belastung nicht allein aus einer sichtbaren Bewegung ab.
Tragen beide Lager jeweils die Hälfte der axialen Wellenlast?
Nicht zwangsläufig. Bei einer Fest-/Loslagerung nimmt die Festlagerseite in der Regel die äußere Axialkraft auf. Bei gegeneinander angeordneten Lagern hängt die Lastverteilung von der Richtung, der Steifigkeit, dem Spiel beziehungsweise der Vorspannung sowie von der Lagergeometrie ab.
Ist eine Momentenbelastung dasselbe wie eine Axiallast?
Nein. Ein Moment ist eine drehende Wirkung und wird in N·m angegeben, während die Axialkraft in N gemessen wird. Eine exzentrisch angreifende Kraft erzeugt ein Moment; deshalb ist ihr Angriffspunkt bei der Berechnung der Lagerkräfte entscheidend.
Garantiert eine höhere Tragzahl automatisch die bessere Lagerauswahl?
Nein. Eine höhere Tragzahl allein belegt noch nicht die Eignung hinsichtlich Belastungsrichtung, Drehzahl, Bauraum oder thermischer Verlagerung. Zudem benötigen einige Lager eine Mindestbelastung, damit das Wälzverhalten einwandfrei ist. Prüfen Sie daher stets den vollständigen Einsatzfall.
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