Radiale und axiale Belastungen wirken in unterschiedliche Richtungen. Wird ein ungeeigneter Lagertyp eingesetzt, kann dies zu vorzeitigem Verschleiß, ineffizientem Anlagenbetrieb oder zum Ausfall führen.
Das Verständnis dieser grundlegenden Kräfte ist entscheidend, um die passenden Wälzlager auszuwählen, die Anlagenleistung zu verbessern und die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern.
Ob Sie Schadensursachen analysieren oder die Auslegung optimieren,kundenspezifische Lagerausführungenunterstützt Sie dieser Beitrag dabei, die Zusammenhänge rund umLagerbelastungenbesser zu verstehen, damit Sie fundierte Entscheidungen treffen können.
Radiallasten verstehen
Die Radiallast gehört zu den am häufigsten auftretenden Lastarten und ist neben der Axiallast eine der beiden grundlegenden Kraftrichtungen, die Wälzlager aufnehmen müssen.
Die Auswahl des richtigen Lagertyps und die sichere Aufnahme radialer Kräfte sind entscheidend, um die Leistung zu erhalten, den Verschleiß zu reduzieren und die Dauerhaltbarkeit der Anlage sicherzustellen.
Was ist eine Radiallast?
Eine Radiallast ist eine Kraft, die senkrecht zur Achse einer rotierenden Welle oder Komponente wirkt und zum Mittelpunkt hin gerichtet ist.
Bei Wälzlagern bezeichnet sie die Last, die im rechten Winkel zur Drehachse aufgenommen wird.
Wodurch entsteht eine Radiallast?
Radiallasten entstehen meist durch das Eigengewicht der rotierenden Bauteile selbst – etwa wenn eine Welle, ein Zahnrad oder eine Riemenscheibe unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten drückt. Hinzu kommen Unwucht und Schwingungen, da jede ungleichmäßige Massenverteilung beim Drehen der Welle eine nach außen gerichtete Zentrifugalkraft erzeugt.
Riemen- und Kettenantriebe stellen eine weitere Quelle dar: Die zur Leistungsübertragung erforderliche Vorspannung erzeugt eine seitliche Zugkraft auf die Welle, senkrecht zu ihrer Mittellinie. Eine Wellenfehlausrichtung kann all diese Einflüsse verstärken, da eine nicht fluchtende Welle zusätzliche Querkräfte zur eigentlichen, für das Lager ausgelegten Belastung hinzufügt.
Anwendungsbeispiele für Radiallasten
Radiallasten treten typischerweise in rotierenden Anwendungen wie Fahrzeugrädern, Maschinenwellen, Elektromotoren, Riemenscheiben und Getrieben auf.
So sind beispielsweise die Radlager eines Fahrzeugs je nach Geschwindigkeit und Fahrzeuggewicht unterschiedlichen Radiallasten ausgesetzt.
Wie Radiallasten über das Lager übertragen werden
Bei einem Lager unter Radialbelastung wird die Last von der Laufbahn des Innenrings über die Wälzkörper (Kugeln oder Rollen) auf die Laufbahn des Außenrings übertragen.
Die Kraft verteilt sich je nach Lagerbauart und Lastgröße gleichzeitig auf mehrere Wälzkörper.
Auswirkungen der Radiallastverteilung auf die Wälzkörper
Die Verteilung der Radiallast beeinflusst die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Lagers.
Eine gleichmäßige Verteilung verhindert die Überlastung einzelner Wälzkörper und sorgt für einen ausgewogenen Verschleiß.
Eine ungleichmäßige Verteilung kann jedoch durch zu hohe Belastungen einzelner Wälzkörper zu einem vorzeitigen Lagerschaden führen.
Geeignete Lagertypen für die Aufnahme von Radiallasten
Für Radiallasten eignen sich verschiedene Lagerarten, darunterRillenkugellageraufgrund ihrer Vielseitigkeit,ZylinderrollenlagersowieNadellagerfür hohe Belastungen sowie Selbstalignierende Kugellager bei Schiefstellung.
Die Auswahl des jeweiligen Lagertyps richtet sich nach der Anwendung und der Höhe der Belastung.
Axiallast verstehen
Im Gegensatz zu Radiallasten, die senkrecht zur Welle wirken, wirken Axiallasten in Richtung der Wellenachse und können Zug- oder Druckkräfte aufnehmen.
Diese Kräfte sind bei der Auslegung von Bauteilen, die hohen axialen Belastungen ausgesetzt sind, entscheidend zu berücksichtigen, da die falsche Lagerauswahl für Axialkräfte zu geringerer Effizienz, erhöhtem Verschleiß oder vorzeitigem Ausfall führen kann.
Was ist Axiallast?
Axiallast, auch als Schub- oder Parallelkraft bezeichnet, ist die Kraft, die parallel zur Wellenachse wirkt.
Einfach ausgedrückt handelt es sich um eine Kraft, die entlang der Mittel- beziehungsweise Achslinie eines Körpers wirkt.
Ausführlichere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zuAxiallast.
Was verursacht eine Axiallast?
Axiallasten entstehen typischerweise durch Prozesskräfte, die direkt entlang der Welle wirken – etwa durch das Gewicht einer vertikalen Welle und ihrer rotierenden Bauteile unter Schwerkrafteinwirkung, durch den Schub eines Pumpenlaufrads oder Lüfters gegen das geförderte Medium oder durch Reaktionskräfte aus einem Schraubenantrieb oder einem Zahnrad-Eingriff; insbesondere Schräg- und Kegelräder erzeugen beim Lauf eine Axialkraftkomponente.
Eine weitere häufige Ursache ist die thermische Ausdehnung: Erwärmt sich eine Welle im Betrieb, verlängert sie sich; wird diese Längenausdehnung behindert, drückt sie axial gegen das Lager. Auch Beschleunigungs- und Bremskräfte in Fahrtrichtung, etwa an einer Fahrzeugachse, sind eine weitere Quelle von Axiallasten.
Anwendungsbeispiele für Axiallasten
Axiallasten treten in zahlreichen Branchen auf, darunter in Fahrzeugachsen, Flugzeugstrahltriebwerken, Windkraftanlagen und industriellen Förderanlagen.
Sie kommen zudem in Pumpen und Verdichtern sowie in Schraubantrieben vor, verursacht durch Kräfte aus Flüssigkeiten, Gasen oder mechanischen Bewegungen.
Wie Axiallasten über das Lager übertragen werden
Die Axiallast wird über die Laufbahnen und Wälzkörper eines Lagers übertragen.
Bei Axialkugellagern wird die Last über Kugeln, die parallel zur Drehachse ausgerichtet sind, von einer Scheibe auf die andere übertragen. Dadurch ist eine hohe axiale Tragfähigkeit möglich.
Kegelrollenlager nehmen axiale und radiale Lasten auf. Ihre konische Geometrie ermöglicht die Übertragung der Axiallast über geneigte Kontaktflächen, verbessert die Lastverteilung und reduziert die Beanspruchung.
Ausgewogene Lastverteilung bei Axiallasten
Eine ausgewogene Lastverteilung bei Axiallasten ist entscheidend für optimale Lagerleistung, hohe Standzeit und einen ruhigen Lauf.
Im Idealfall wird die Axiallast gleichmäßig auf alle Wälzkörper verteilt. Dadurch werden Verschleiß minimiert und die Lagereffizienz erhöht.
Faktoren wie Fehlausrichtung oder ungleichmäßige Belastung können dieses Gleichgewicht stören, die Beanspruchung erhöhen und möglicherweise zu einem vorzeitigen Ausfall führen.
Geeignete Lagertypen für die Aufnahme axialer Belastungen
Axiallager sind aufgrund ihrer konstruktiven Auslegung, die Kräfte parallel zur Wellenachse aufnimmt, die erste Wahl für die Aufnahme axialer Belastungen.
Zu den Ausführungen zählenAxialkugellagerfür geringere Belastungen sowieAxialrollenlagerfür höhere Belastungen.
Schrägkugellagerkönnen kombinierte radiale und axiale Belastungen aufnehmen, sofern die axiale Komponente erheblich ist.
Vergleich von Radial- und Axialbelastung
Die Unterscheidung zwischen radialen und axialen Belastungen bzw. das Verständnis des Unterschieds zwischen Radial- und Axialbelastung ist entscheidend für die optimale Auslegung und den sicheren Einsatz von Wälzlagern.
Der wesentliche Unterschied liegt in der Richtung der wirkenden Kraft: Radialkräfte wirken senkrecht zur Wellenachse, Axialkräfte parallel dazu.
Auch die Auswahl des Lagertyps richtet sich nach der jeweiligen Belastungsart.
Rillenkugellager sind besser für radiale Belastungen geeignet, während Axialkugellager für axiale Belastungen ausgelegt sind.
Zu beachten ist jedoch, dass die meisten Lager, etwa Schrägkugellager, sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnehmen können.
Für ein umfassenderes Verständnis werfen wir einen Blick auf die Vergleichstabelle:
Radiallast | Axiallast | |
Kraftrichtung | Senkrecht zur Wellenachse | Parallel zur Wellenachse |
Lastverteilung | Verteilt die Kraft über den gesamten Lagerumfang, | Verteilt die Kraft entlang der Lagerachse |
Lagerbeispiele | Rillenkugellager, Zylinderrollenlager, Nadellager | Axialkugellager, Kegelrollenlager |
Typische Anwendungen | Rotierende Maschinen, Räder, Förderbänder, Elektromotoren, Getriebe usw. | Vertikalwellen in Getrieben, Hubschraubern, Windturbinen usw. |
Kombinierte Belastungen in der Praxis
In den meisten Anwendungen sind Lager nicht nur radialen oder nur axialen Kräften ausgesetzt, sondern einer Kombination aus beidem – mitunter auch zusätzlichen Momentenbelastungen.
Solche kombinierten Belastungen erfordern Lager, die Kräfte aus mehreren axialen Richtungen gleichzeitig aufnehmen können. Deshalb sind eine sorgfältige Auslegung, Tragfähigkeitsberechnungen und konstruktive Abstimmung erforderlich.
Was ist ein Kombinationslager?
Ein Kombinationslager ist eine mehrreihige Rolleinheit, bei der eine Nadelrollen- oder Zylinderrollenreihe für die Radiallast mit einer separaten Schrägkugel- oder Kegelrollenreihe für die Axiallast kombiniert ist und in einem einteiligen auf Bolzen montierten Gehäuse ausgeführt wird. Im Unterschied zu einem Standard-Track-Roller, der über einen ballig ausgeführten Außenring lediglich geringe Axialkräfte aufnehmen kann, verfügt ein Kombinationslager über eine eigene Wälzkörperreihe für jede Belastungsrichtung. Dadurch kann es nennenswerte radiale, axiale und sogar kippende Momentenlasten gleichzeitig aufnehmen.
Sie werden häufig paarweise entlang einer Führungsbahn eingesetzt – ein Kombinationslager auf einer Schienenflanke und auf der gegenüberliegenden Seite eine rein radiale Rolle wiePräzisions-Radialrollenlagerauf der Gegenseite – beispielsweise in Krananlagen, Hochregalfahrzeugen, Aufzugführungen und Gabelstapler-Masten. Einstellbare Ausführungen mit Exzenterbolzen oder Passscheiben ermöglichen eine Feinjustierung des Rollenpaares, um das Spiel zur Schiene zu beseitigen.
LILY Bearing bietet ein umfassendes Sortiment anKombinationslagern, darunter Standardausführungen, exzenterverstellbare, hochbelastbare sowie über Passscheiben einstellbare Varianten für Führungsbahnanwendungen, bei denen radiale und axiale Abstützung in einer kompakten Einheit erforderlich sind.
Schrägkugellagerund Kegelrollenlager sind Beispiele für Lager, die für die Aufnahme von Zweifachbelastungen ausgelegt sind.
Das Verständnis kombinierter Belastungen ist in Anwendungen wie Radnaben im Automobilbereich, Industriegetrieben und Turbinen entscheidend, da unausgewogene oder falsch berechnete Kräfte zu vorzeitigem Verschleiß und Ausfällen führen können.
Daneben gibt es auch Wälzelementführungen ohne Rollenbauart, etwa Teleskopschienen, bei denen einzelne Kugeln auf ihrer Laufbahn abrollen.
Sie werden vor allem in Schubladenführungen sowie in Maschinen eingesetzt, die Lasten während des Betriebs aus- und einfahren.
Wie die Lastart die Lagerlebensdauer beeinflusst
Die Lastart – also radial, axial oder kombiniert – bestimmt, welches Lager für die jeweilige Anwendung am besten geeignet ist.
Lager sind für bestimmte Lastrichtungen und Tragfähigkeiten ausgelegt. Die falsche Auswahl kann daher zu Leistungseinbußen oder zum Ausfall führen.
Rillenkugellager nehmen überwiegend Radiallasten auf, können jedoch auch begrenzte Axiallasten aufnehmen. Schrägkugellager eignen sich dagegen für Anwendungen, in denen sowohl Radial- als auch Axiallasten hoch sind.
Die Abstimmung von Last und Lagerbauart ist entscheidend für Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer des Systems.
Radiale Tragzahlen im Vergleich zu axialen Tragzahlen
Lagerkataloge geben für Radiallasten eine dynamische und eine statische Tragzahl an, meist gekennzeichnet als Cr und C0r. Bei Lagern, die zusätzlich eine gewisse Axiallast aufnehmen, etwa Rillenkugellagern, führen Hersteller häufig einen separaten zulässigen Axiallastwert auf – teils als Ca oder C0a bezeichnet –, der begrenzt, welche Schubkraft dasselbe Lager zusätzlich zu seiner primären radialen Belastung aufnehmen kann; in der Regel handelt es sich dabei nur um einen Bruchteil der radialen Tragzahl.
Bei speziell ausgelegten Axiallagern ist es umgekehrt: Hier sind die dynamische und statische axiale Tragzahl die maßgebenden Kenngrößen, da diese Lager genau für die Aufnahme von Axialkräften konstruiert sind. Beim Vergleich von Lagern für kombinierte Belastungen reicht es daher nicht aus, nur einen Wert zu prüfen; erst die Betrachtung von radialer und axialer Tragzahl zeigt, ob das Lager die im Betrieb tatsächlich auftretende Kraftkombination dauerhaft verkraftet.
Die Lastrichtung ist jedoch nur ein Teil der Betrachtung. Ebenso wichtig ist, ob das Lager bei Krafteinleitung rotiert oder stillsteht – genau hier kommen statische und dynamische Tragzahlen ins Spiel.
Einen detaillierten Überblick über die Funktionsweise dieser Tragzahlen und die Berechnung der Lagerlebensdauer finden Sie in unserem Leitfaden zustatischer und dynamischer Belastung von Lagern.
Praktische Überlegungen
Die Beurteilung radialer und axialer Lasten in der Praxis erfordert die Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Betriebsgeschwindigkeit, Lastgröße und Lastrichtung sowie der Umgebungsbedingungen.
Eine sorgfältige Abstimmung dieser Lasten kann die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Lagers deutlich verbessern.
Ein erwähnenswertes Praxisbeispiel sind Radlager im Automobilbereich.
Diese Lager müssen sowohl Radiallasten aus dem Fahrzeuggewicht als auch Axiallasten aus den Kurvenkräften aufnehmen.
Die präzise Abstimmung und Verteilung dieser Lasten sind entscheidend für den ruhigen und effizienten Betrieb des Fahrzeugs.
Auch die Werkstoffauswahl des Lagers, etwa Chromstahl oder Edelstahl, spielt bei der Aufnahme von Radial- und Axiallasten eine wesentliche Rolle.
Chromstahl wird beispielsweise häufig wegen seiner hohen Tragfähigkeit und Verschleißfestigkeit eingesetzt und eignet sich daher für Anwendungen mit hohen Radial- und Axiallasten.
Die richtigen Lager für Radial-, Axial- und kombinierte Lasten auswählen
Das Verständnis und die gezielte Auslegung von Radial- und Axiallasten können die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Wälzlagern erheblich verbessern.
Die Auswahl des passenden Lagers auf Basis der Belastungsart kann die Effizienz Ihrer Maschinen steigern.
LILY Bearing bietet ein breites Lagersortiment für unterschiedliche Lastanforderungen.
Unsere Expertise und unser Qualitätsanspruch gewährleisten mit maßgeschneiderten Lagerlösungen eine optimale Leistung und eine verlängerte Lebensdauer Ihrer Maschinen.
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Häufig gestellte Fragen
Was bedeutet axial und radial?
Axial bezeichnet eine Kraft, die parallel zur Mittellinie einer Welle wirkt und entlang ihrer Länge zieht oder drückt. Radial bezeichnet eine Kraft, die senkrecht zu dieser Mittellinie wirkt und in Richtung der Welle oder von ihr weg gerichtet ist. Die beiden Begriffe beschreiben die Kraftrichtung, nicht die Größenordnung der Kraft — eine Welle kann beide Lastarten gleichzeitig in erheblichem Umfang aufnehmen.
Worin besteht der Unterschied zwischen Radial- und Axiallast?
Der wesentliche Unterschied liegt in der Richtung. Die Radiallast wirkt senkrecht zur Wellenachse — vergleichbar mit der Kraft, die vom Zentrum eines rotierenden Rades nach außen drückt.
Die Axiallast wirkt hingegen parallel zur Wellenachse und belastet die Welle entlang ihrer Länge durch Druck- oder Zugkräfte.
In der Praxis treten in den meisten Maschinen beide Lastarten gleichzeitig auf, weshalb die Lagerauswahl von entscheidender Bedeutung ist.
Welche Lager werden für Radiallasten eingesetzt?
Rillenkugellager sind die gebräuchlichste Wahl — sie nehmen Radiallasten zuverlässig auf und können auch mäßige Axiallasten aufnehmen, was sie für zahlreiche Standardanwendungen vielseitig einsetzbar macht.
Für höhere Radiallasten eignen sich Zylinderrollenlager oder Nadellager besser. Besteht die Gefahr einer Wellenfehlausrichtung, sollten Sie Pendelkugellager in Betracht ziehen.
Welche Lager werden für Axiallasten eingesetzt?
Axiallagern sind die erste Wahl für rein axiale Belastungen. Axialkugellager eignen sich gut für leichtere Anwendungen, während Axialrollenlager für höhere Belastungen ausgelegt sind.
Wenn in der Anwendung neben der Radiallast auch eine erhebliche Axiallast auftritt, sind meist Schrägkugellager oder Kegelrollenlager die bessere Wahl.
Was ist ein Beispiel für eine Axiallast?
Ein typisches Beispiel ist eine senkrechte Pumpenwelle, bei der das Gewicht von Welle und Laufrad entlang der Wellenachse direkt auf ein Axiallager wirkt. Ein weiteres Beispiel ist ein Fahrzeug beim Beschleunigen oder in der Kurve, wenn die Radlager die entlang der Achse wirkenden Schubkräfte aufnehmen.
Kann ein Lager sowohl Radial- als auch Axiallasten aufnehmen?
Ja – und genau das ist in den meisten praxisnahen Anwendungen auch erforderlich. Schrägkugellager und Kegelrollenlager sind speziell für kombinierte Belastungen ausgelegt.
Auch Rillenkugellager können gewisse Axiallasten aufnehmen, auch wenn sie in erster Linie Radiallager sind. Entscheidend ist, das Verhältnis von Radial- zu Axialkraft in Ihrer Anwendung vor der Lagerauswahl zu kennen.
Können Kugellager Axiallasten aufnehmen?
Standard-Rillenkugellager können neben ihrer Hauptaufgabe als Radiallager auch eine moderate Axiallast aufnehmen, in der Regel jedoch nur einen Bruchteil ihrer Radialtragzahl. Wenn die Axiallast nicht nur eine Nebenrolle spielt, sondern maßgeblich ist, sind Schrägkugellager oder Axialkugellager gezielt für diese Belastung ausgelegt.
Welches Lager eignet sich am besten für Radial- und Axiallasten?
Schrägkugellager und Kegelrollenlager sind in der Regel die beste Wahl, da bei beiden die Wälzkörperreihe in einem Winkel zur Welle angeordnet ist und ein einzelnes Lager somit Radial- und Axialkräfte gleichzeitig aufnehmen kann. Kegelrollenlager eignen sich tendenziell besser für höhere kombinierte Belastungen, während Schrägkugellager bei höheren Drehzahlen und moderaten kombinierten Lasten ihre Stärken ausspielen.
Was ist ein Kombinationslager?
Ein Kombinationslager vereint eine Radialrollenreihe mit einer separaten Schräg- oder Kegelrollenreihe für die Axiallast in einer auf einem Bolzen montierten Einheit – anstatt beide Lasten über eine einzige Reihe schräg angestellter Kontaktpunkte aufzunehmen, wie es bei Schrägkugellagern oder Kegelrollenlagern der Fall ist. Solche Lager werden typischerweise paarweise entlang einer Führungsbahn eingesetzt; auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich eine reine Radialrolle. Anwendung finden sie beispielsweise in Krananlagen, Regalbediengeräten und Aufzugführungen, wenn die Rollen mit einstellbarer Vorspannung an der Schiene anliegen müssen.
Was passiert, wenn Sie für die jeweilige Lastart das falsche Lager einsetzen?
Das zeigt sich in der Regel durch vorzeitigen Verschleiß, erhöhte Temperatur, Geräuschentwicklung oder einen unerwarteten Ausfall – häufig noch lange vor Ablauf der rechnerischen Lebensdauer des Lagers. Ein für Radiallasten ausgelegtes Lager wird unter dauerhafter Axialkraft ebenso an seine Grenzen stoßen wie umgekehrt.
Über das Lager selbst hinaus kann eine nicht passende Lastaufnahme die Effizienz und Zuverlässigkeit des gesamten Systems beeinträchtigen. Die richtige Auswahl von Anfang an ist nahezu immer kostengünstiger, als später die Folgen zu beheben.
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