Stellen Sie ein Zylinderrollen-Axiallager neben ein Kugel-Axiallager für dieselbe 30-mm-Welle, wird der Unterschied sofort sichtbar: Die Rollen-Ausführung ist mit 11 mm Baubreite gegenüber 15,5 mm um rund 29 % schmaler.
Gleichzeitig trägt es etwa 69 % mehr statische Last. Genau dieser Kompromiss – geringere axiale Bauhöhe bei höherer einseitiger Axialtragfähigkeit – ist der Grund, warum dieser Lagertyp als eigene Kategorie neben den meist zuerst genannten Kugel-Axiallagern existiert.
Was ein Zylinderrollen-Axiallager nicht leisten kann
Beginnen Sie mit der Einschränkung, denn genau sie entscheidet darüber, ob dieser Lagertyp überhaupt die richtige Wahl ist: Zylinderrollen-Axiallager nehmen hohe Axiallasten und Spitzlasten in nur einer Richtung auf, jedoch keine Radiallast – das ist eine direkte Aussage aus der Produktkategorie selbst und keine allgemeine Faustregel.
In der Geometrie ist keine Laufbahnkrümmung vorgesehen, die eine seitlich wirkende Kraft aufnehmen könnte. Wenn Ihre Welle sowohl axial als auch radial belastet wird, muss die Radialkomponente vollständig von einem separaten Lager übernommen werden.
Aufbau des Zylinderrollen-Axiallagers: drei Bauteile
Anders als ein abgedichtetes Kugellager wird ein Zylinderrollen-Axiallager als drei separate Komponenten spezifiziert – und häufig auch so bestellt: eine Wellenscheibe, eine Gehäusescheibe und ein dazwischen laufender Axial-Rollensatz mit Käfig.
In Katalog-Teilenummern ist dies bereits am Präfix erkennbar: WS für die Wellenscheibe, GS oder OW für die Gehäusescheibe, und K für den Rollensatz mit Käfig. Bei großen Baugrößen werden mitunter IW/OW statt WS/GS verwendet – beides bezeichnet dasselbe, nämlich Innen- und Außenscheibe.
Die Aufteilung des Lagers in drei Teile ist nicht nur eine Bezeichnungsregel. Sie ermöglicht es, einen Rollensatz mit unterschiedlichen Scheibenausführungen zu kombinieren – Flachspeichen für eine feste Montage, selbstausrichtende Scheiben dort, wo die Einbausituation eine gewisse Wellenfehlausrichtung erwarten lässt. Deshalb führen Kataloge Scheiben und Rollensätze als separate Positionen und nicht als eine fest vorgegebene Einheit.
Auch ein Benennungsmuster ist erwähnenswert, bevor Sie überhaupt ein Datenblatt öffnen: Teilenummern, die auf „TN“ verwenden einen glasfaserverstärkten PA66-Käfig, während Teilenummern mit der Endung „M“ verwenden einen bearbeiteten Messingkäfig. Das gilt durchgängig für alle in diesem Katalog geprüften Größen – von 81103 TN mit 17 mm Bohrung bis 81120 TN mit 100 mm Bohrung (beide PA66) –, ab 81140 M mit 200 mm Bohrung mit Messing und bis zu 811/1000 M mit 1.000 mm Bohrung ebenfalls mit Messing.
Tragzahlen von Axial-Zylinderrollenlagern nach Größe
Die Baureihen 811 und 812 decken innerhalb einer einzigen Katalogfamilie einen Bereich des Bohrungsdurchmessers von nahezu dem 60-Fachen ab; die Kennwerte steigen entsprechend mit.
Teilenummer | Bohrung | Breite | Käfigwerkstoff | Statische Tragzahl | Dynamische Tragzahl | Maximale Drehzahl |
|---|---|---|---|---|---|---|
17 mm | 9 mm | Glasfaserverstärktes PA66 | 7,088 lbf (31,5 kN) | 2,745 lbf (12,2 kN) | 8.500 U/min | |
30 mm | 11 mm | Glasfaserverstärktes PA66 | 17,550 lbf (78,1 kN) | 6,075 lbf (27,0 kN) | 6.000 U/min | |
100 mm | 25 mm | Glasfaserverstärktes PA66 | 141,750 lbf (630,5 kN) | 35,100 lbf (156,1 kN) | 2.400 U/min | |
200 mm | 37 mm | Bearbeiteter Messingkäfig | 337,500 lbf (1.501 kN) | 69,750 lbf (310,3 kN) | 1.400 U/min | |
380 mm | 65 mm | Bearbeiteter Messingkäfig | 1.125.000 lbf (5.004 kN) | 202.500 lbf (900,8 kN) | 800 U/min | |
1.000 mm | 140 mm | Bearbeiteter Messingkäfig | 7.312.500 lbf (32.528 kN) | 1.068.750 lbf (4.754 kN) | 300 U/min |
Zwei Muster fallen besonders auf. Erstens nimmt das Verhältnis von statischer zu dynamischer Tragzahl mit der Baugröße zu — von 2,6:1 bei einer Bohrung von 17 mm bis auf 6,8:1 bei 1.000 mm — und zeigt damit dasselbe Bild wie bei Kegelrollen-Axiallagern. Das spricht dafür, dass es sich um eine allgemeine Eigenschaft der Skalierung dieser ermüdungsbasierten Tragzahlen handelt und nicht um ein Merkmal eines einzelnen Lagertyps.
Zweitens sinkt die Grenzdrehzahl über den gesamten Bereich um den Faktor rund 28 — von 8.500 U/min bei der kleinsten Bohrung auf 300 U/min bei der größten. Das macht deutlich, dass ein Lager mit extrem hoher statischer Tragfähigkeit nicht zwangsläufig für hohe Drehzahlen ausgelegt ist.
Aktuelle Teilenummern für Axial-Zylinderrollenlager nach Baugröße mit den jeweiligen Spezifikationen ansehen.
Vergleich bei gleicher Bohrung: Axial-Zylinderrollenlager vs. Axialkugellager
Bei identischer Bohrung von 30 mm bieten die beiden Lagertypen einen ausgewogenen Kompromiss zwischen geringer Bauhöhe und hoher Tragfähigkeit.
Lagertyp | Teilenummer | Breite | Statische Tragzahl | Dynamische Tragzahl | Maximale Drehzahl |
|---|---|---|---|---|---|
Axialkugellager | 15,5 mm | 10.401 lbf (46,3 kN) | 1.725 lbf (7,7 kN) | 5.740 U/min | |
Zylinderrollen-Axiallager | 81106 TN | 11 mm | 17,550 lbf (78,1 kN) | 6,075 lbf (27,0 kN) | 6.000 U/min |
Bei gleicher Bohrung ist die Zylinderrollen-Ausführung schlanker, trägt sowohl statisch als auch dynamisch höhere Lasten und liegt in diesem konkreten Vergleich bei der Grenzdrehzahl sogar vor der Kugelausführung. Die Vorteile des Kugel-Axiallagers zeigen sich an anderer Stelle: geringere Reibung bei sehr kleinen Lasten und eine gewisse Toleranz gegenüber leichter Fehlausrichtung durch Ausführungen mit selbstnachstellenden Sitzscheiben; beides wird in einer Tragzahlentabelle nicht abgebildet.
Zum Vergleich der Einordnung von Zylinderrollen-Axiallagern gegenüber anderen belastbaren Rollenlagerbauarten siehe Was ist ein Kegelrollen-Axiallager? und Was ist ein Pendelrollen-Axiallager?
Einen Überblick über die Kategorie finden Sie hier: Was ist ein Axiallager?
Anwendungen von Zylinderrollen-Axiallagern
Die Kombination aus hoher einseitiger Axialtragfähigkeit und geringem axialem Bauraumbedarf macht Zylinderrollen-Axiallager zu einer häufigen Spezifikation in Maschinenspindeln, Getrieben und anderen Anlagen, bei denen der Einbauraum in Achsrichtung knapp ist, die dort wirkende Axiallast jedoch erheblich bleibt.
Dabei handelt es sich um allgemeine konstruktive Praxis und nicht um eine Aussage, die sich auf einen bestimmten Katalogbeleg stützt. Anders als bei der TTHD-Kegelrollenbauart nennt die Kategoriebeschreibung dieser Produktlinie keine konkreten Endanwendungen.
Häufig gestellte Fragen
Was geschieht tatsächlich, wenn dieses Lager im Betrieb radial belastet wird?
Da die Rollen auf der ebenen Scheibenfläche nur linienförmig anliegen, bewirkt eine Radialkraft ein Verkanten der Rollen, statt dass sie gleichmäßig abrollen. Dieser ungleichmäßige, randbelastete Kontakt konzentriert die Spannungen an den Rollenenden und beschleunigt den Verschleiß erheblich.
Die Lebensdauer des Lagers sinkt bei radial belasteter Einbausituation in der Regel deutlich schneller, als es die Tragzahlen vermuten lassen, da diese von einer rein axialen Belastung ausgehen.
Worin unterscheidet sich dies von einem Nadellager-Axiallager?
Gleicher Grundaufbau – Rollen zwischen zwei Planscheiben – jedoch mit einer Nadelrollen-Axiallager verwendet deutlich kleiner dimensionierte Rollen, wodurch die axiale Baulänge weiter reduziert wird – allerdings auf Kosten der Tragfähigkeit.
Wählen Sie ein Nadelrollen-Axiallager, wenn der axiale Bauraum der entscheidende Engpass ist. Entscheiden Sie sich für ein Zylinderrollen-Axiallager, wenn Sie eine höhere Tragfähigkeit benötigen und einige zusätzliche Millimeter Baubreite zur Verfügung haben.
Muss ich die Scheiben und die Rollen-Käfig-Einheit getrennt kaufen?
In der Regel ja, und das ist beabsichtigt: So können Sie eine Rollen-Käfig-Einheit mit dem für Ihre Einbausituation passenden Scheibentyp kombinieren — Planscheiben für eine feste Montage, selbstausrichtende Scheiben, wenn mit einer gewissen Wellenfehlausrichtung zu rechnen ist.
Welches Spiel beziehungsweise welche Vorspannung ist bei der Montage erforderlich?
Üblich ist ein geringes Betriebsspiel statt einer Vorspannung, da das Lager über keine radiale Tragfähigkeit verfügt, auf die es bei zu starker axialer Einspannung der Rollen ausweichen könnte.
Die Montagevorgaben des Herstellers für die jeweilige Baureihe sollten den exakten Wert vorgeben – wird er falsch gewählt, sinkt entweder die Tragfähigkeit oder das Lager überhitzt.
Sollte ich die standardmäßige TN/M-Käfigwerkstoffauswahl für meine Anwendung anpassen?
In der Regel nicht – der im Katalog vorgegebene Käfigwerkstoff pro Baugröße ist bereits auf die dafür ausgelegten Last- und Drehzahlanforderungen abgestimmt. Glasfaserverstärktes PA66 bei kleineren, höherdrehenden Baugrößen läuft kühler und mit geringerem Gewicht als Stahl; bearbeiteter Messingkäfig in größeren, langsamer laufenden Baugrößen hält den höheren Einzelbelastungen stand, denen diese Lager ausgesetzt sind.
Abweichungen sind nur in Sonderfällen sinnvoll: bei extremen Umgebungstemperaturen, bei Kontakt mit Lösungsmitteln, die PA66 angreifen, oder bei einer Drehzahlanforderung, die deutlich außerhalb der Standardauslegung für diese Bohrung liegt.
Warum sinkt die maximale Drehzahlfreigabe zwischen kleinen und großen Baugrößen so stark?
Größere Rollen überstreichen bei gleicher Drehzahl einen größeren Laufbahnumfang; dadurch entstehen pro Umdrehung mehr Wärme und höhere Zentrifugalkräfte.
Der 28-fache Rückgang der maximalen Drehzahl über diese Baureihe hinweg – von 8.500 rpm bei 17 mm Bohrung bis 300 rpm bei 1.000 mm Bohrung – bildet genau diese physikalischen Zusammenhänge ab und ist nicht das Ergebnis einer konservativen Auslegungsreserve, die sich mit einem besseren Käfig oder Schmierstoff einfach nach oben verschieben ließe.
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