Axiallager: Bauarten, Funktionsweise und Auswahl des passenden Lagers

Axiallager gehören zu den Bauteilen, die meist erst dann Beachtung finden, wenn eine Störung auftritt – etwa wenn ein Getriebe überhitzt, sich eine Pumpenwelle axial verschiebt oder eine Turbine ungewöhnliche Schwingungen entwickelt.

Dann zeigt sich, wie entscheidend die Auswahl des Lagers war, die bereits Monate zuvor getroffen wurde.

Dieser Leitfaden erläutert, was Axiallager sind, wie sie funktionieren, welcher Typ zu welcher Belastungssituation passt und worauf bei der Auswahl für eine konkrete Anwendung zu achten ist.

Was ist ein Axiallager?

Ein Axiallager ist ein Wälzlager, das zur Aufnahme von Axiallasten ausgelegt ist – also von Kräften, die entlang der Drehachse der Welle wirken.

Im Unterschied zu Radiallager, die Kräfte senkrecht zur Welle aufnehmen, verhindern Axiallager die Längsverschiebung von Wellen unter Last.

Die praktische Folge: Ohne Axiallager würde sich in einer Kreiselpumpe das Laufrad unter dem hydraulischen Axialschub in Richtung Gehäuse verschieben und sich innerhalb weniger Stunden selbst zerstören.

In einem Fahrzeuggetriebe verhindern Axiallager das Auseinanderlaufen von Zahnradpaaren unter drehmomentbedingten Axialkräften, die mehrere Kilonewton erreichen können.

Die Abgrenzung zu Radiallagern ist nicht nur geometrischer Natur, sondern vor allem funktional. Radiallager lenken über ihre Laufbahnen senkrecht zur Welle wirkende Kräfte in das Gehäuse ab.

Axiallager nutzen ebene oder geneigte Laufbahnen, um parallel zur Welle wirkende Kräfte umzuleiten.

Die meisten Axiallager sind für nennenswerte Radiallasten nicht geeignet, und die Verwechslung beider Lagertypen in der Konstruktion ist ein häufiger und kostspieliger Fehler.

Funktionsweise von Axiallagern

Das Grundprinzip ist der Wälzkontakt zwischen den Laufbahnen.

Überträgt eine Welle eine Axialkraft, wird diese über die Wälzkörper – Kugeln oder Rollen – auf eine feststehende Gehäusescheibe übertragen, die sie an den Maschinenrahmen weiterleitet.

Die Wälzkörper verringern die Reibung, indem sie Gleitkontakt in Wälzkontakt umwandeln; dadurch sinkt der Reibungskoeffizient von etwa 0,1–0,3 (Gleiten) auf 0,001–0,005 (Wälzen).

Lastverteilung und Lagerlebensdauer

Bei einem korrekt belasteten Axiallager verteilt sich die Axialkraft gleichzeitig auf alle Wälzkörper – anders als bei Radiallagern, bei denen nur die Elemente in der Lastzone nennenswerte Kräfte aufnehmen.

Diese gleichmäßige Lastverteilung ist der Grund, weshalb Axiallager bei ihrer Baugröße hohe statische Tragzahlen erreichen können.

Eine Fehlausrichtung unterbricht diese Lastverteilung: Bereits eine Wellenneigung von 0.001 inches konzentriert die Last auf einer Seite der Laufbahn und verkürzt die Ermüdungslebensdauer deutlich.

Die Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern folgt der ISO-281-L10-Formel: Für ein Axialkugellager gilt L10 = (C/P)³ × 10⁶ Umdrehungen, wobei C die dynamische Tragzahl und P die äquivalente dynamische Belastung ist.

Bei Axialrollenlagern ändert sich der Exponent auf 10/3.

Ein Lager mit einer dynamischen Tragzahl von 20 kN, das nur mit 10 kN belastet wird, erreicht theoretisch eine achtmal längere Lebensdauer als ein Lager unter voller Nennlast.

Bauarten von Axiallagern

Die passende Bauart hängt von der Lastgröße, der Drehzahl, dem Vorhandensein radialer Lasten und den Einbauraumvorgaben ab.

Im Folgenden werden die Hauptkategorien gegenübergestellt und anschließend im Detail erläutert.

Axialkugellager

Axialkugellager verwenden Stahlkugeln, die in profilierten Laufbahnen zwischen zwei ebenen Scheiben laufen — einer Wellenscheibe, die sich mit der Welle dreht, und einer Gehäusescheibe, die stationär bleibt.

Die Bauart ist einfach, kompakt und für reine Axiallasten von gering bis mittel bei vergleichsweise hohen Drehzahlen gut geeignet.

Einschrägige Axialkugellager tragen Axiallasten nur in einer Richtung und gehören zu den gängigsten Ausführungen von Axiallagern.

Doppelschrägige Axialkugellager Fügen Sie eine zweite Kugelreihe und eine zentrale Wellenlaufscheibe hinzu, sodass Belastungen in beiden Axialrichtungen aufgenommen werden können – vorteilhaft in Anwendungen mit wechselnder Axialkraft, etwa bei Hubmechanismen oder bestimmten Ventilantrieben.

Miniatur-Axialkugellager Sie folgen demselben Prinzip ab Bohrungsgrößen von 3 mm und werden in Präzisionsinstrumenten, zahnärztlichen Handstücken und optischen Positioniertischen eingesetzt, wenn der Bauraum stark begrenzt ist.

Keramische Axialkugellager und Axialkugellager aus rostfreiem Stahl decken jeweils spezifische Einsatzumgebungen ab.

Kugeln aus Keramik (Si₃N₄) reduzieren das Gewicht gegenüber Stahl um rund 40 %, laufen bei hohen Drehzahlen kühler und sind ohne Beschichtung korrosionsbeständig.

Edelstahl 316L ist die Standardwahl für Washdown- oder leicht korrosive Umgebungen; Edelstahl 440C bietet eine höhere Härte und Tragfähigkeit, wenn die Korrosionsbeanspruchung geringer ist.

Axial-Schrägkugellager

Schrägkugellager vereinen Konstruktionsmerkmale von Radial- und Axiallagerung.

Ihr Berührungswinkel – typischerweise 15°, 25° oder 40° – bestimmt die Lastverteilung zwischen axialer und radialer Richtung.

Ein Berührungswinkel von 40° bietet bei gleicher Lagergröße eine deutlich höhere Axialtragfähigkeit als eine 15°-Ausführung, allerdings bei geringerer Radialbelastbarkeit.

Typische Einsatzbereiche sind Wellen in Kreiselpumpen, Schraubenverdichtern und Kegelradgetrieben – überall dort, wo die Welle gleichzeitig axiale und radiale Kräfte aufnimmt.

Bei beidseitig auftretenden Axiallasten werden diese Lager paarweise in O-Anordnung (DB) oder X-Anordnung (DF) montiert, um Kräfte aus beiden Richtungen aufzunehmen und zugleich eine präzise Wellenführung sicherzustellen.

Das Verständnis von Lager-Vorspannung ist bei der Auslegung gepaarter Schrägkugellager-Anordnungen entscheidend.

Axial-Rollenlager

Während Kugellager ihre Laufbahnen punktförmig berühren, entsteht bei Rollen eine Linienberührung – eine deutlich längere Kontaktzone, die die Last auf eine größere Fläche verteilt und die Tragfähigkeit erheblich erhöht.

Der Nachteil besteht in höherer Reibung bei hohen Drehzahlen und einer geringeren maximalen Drehzahl im Vergleich zu gleichwertigen Kugellagerausführungen.

Axial-Nadelrollenlager verwenden Rollen mit einem Länge-Durchmesser-Verhältnis von mehr als 3:1 und vereinen hohe Tragfähigkeit in einer extrem schlanken axialen Bauform.

Automatikgetriebe-Kupplungspakete setzen beispielsweise häufig gestapelte Axial-Nadelrollenlager mit einem axialen Querschnitt unter 5 mm ein.

Pendelrollen-Axiallager verwenden tonnenförmige Rollen, die dem Lager eine Selbstausrichtung ermöglichen – es gleicht Wellendurchbiegung und Gehäusefehlausrichtung von bis zu etwa 3° ohne nennenswerte Reduzierung der Lebensdauer aus.

Damit sind sie die bevorzugte Lösung für schwere, langsam laufende Anwendungen: große Extruderschnecken, Kranhaken, Schiffsschraubenwellen und Walzwerksmaschinen, bei denen Axiallasten 500 kN überschreiten können.

Für einen vertieften Vergleich der Rollenarten siehe Pendelrollenlager vs. Zylinderrollenlager.

Kegelrollen-Axiallager weisen zur Wellenachse schräg ausgerichtete Rollen auf, wodurch eine größere Kontaktfläche als bei Zylinderrollen entsteht.

Sie nehmen kombinierte hohe Axial- und Radiallasten auf – deshalb sind sie in Radnaben und Kegelradanordnungen im Automobilbereich besonders verbreitet, wo sich Kurvenkräfte und Antriebsschub kontinuierlich überlagern.

Einsatzbereiche von Axiallagern nach Branche

Axiallager kommen überall dort zum Einsatz, wo rotierende Wellen Axialkräfte erzeugen oder aufnehmen müssen.

Da sich Lasten, Drehzahlen und Umgebungsbedingungen je nach Branche stark unterscheiden, findet nahezu jeder Axiallager-Typ irgendwo seinen passenden Einsatz.

So wählen Sie das richtige Axiallager

Die Auswahl beginnt mit drei Kennwerten: Axiallast (N oder kN), Wellendrehzahl (RPM) und geforderter Lebensdauer (Stunden oder L10-Millionen Umdrehungen).

Alle weiteren Kriterien – Bauart, Größe, Werkstoff und Schmierung – ergeben sich aus diesen Angaben.

Wesentliche Auswahlparameter

Montage und Wartung

Die meisten Ausfälle von Axiallagern sind auf Montagefehler zurückzuführen, nicht auf Werkstoff- oder Konstruktionsmängel.

Schiefstellung, falsche Passung und Verunreinigungen während der Montage machen einen erheblichen Anteil vorzeitiger Lagerschäden in industriellen Anwendungen aus.

Montage-Checkliste

Wartung und Zustandsüberwachung

Die Nachschmierintervalle hängen von Drehzahl, Temperatur und Lagergröße ab.

Als grobe Richtgröße gilt: Bei jedem Anstieg der Betriebstemperatur um 15 °C über 70 °C oder bei jeder Verdopplung der Wellendrehzahl oberhalb der halben Grenzdrehzahl des Lagers ist das Nachschmierintervall zu halbieren.

Die Schwingungsüberwachung erkennt die meisten sich abzeichnenden Probleme, bevor daraus Ausfälle werden.

Ein Axiallager in gutem Zustand zeigt bei konstanter Drehzahl ein gleichmäßiges Schwingungssignal.

Ein ansteigendes breitbandiges Rauschen oberhalb von 1 kHz weist in der Regel auf eine Verschlechterung des Schmierstoffs hin.

Einzelne Frequenzspitzen bei der Wälzkörper- bzw. Laufbahndurchlauf频enz (BPFO/BPFI) deuten auf Laufbahnschäden hin – ein Lagerwechsel in diesem Stadium verursacht nur einen Bruchteil der Kosten, die in den meisten Produktionsumgebungen durch ungeplante Stillstände entstehen.

Häufige Ausfallbilder und Fehlerbehebung

Die folgende Tabelle behandelt die häufigsten Ausfallsymptome und deren wahrscheinliche Ursachen.

Für einen weiterführenden Überblick über Verschleißbilder von Lagern über alle Lagertypen hinweg bietet der Artikel weitere Einzelheiten.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein Axiallager Radiallasten aufnehmen?

Standardmäßige Axial-Rillenkugellager und Axialrollenlager mit Scheibenringe tragen keine Radiallasten; bereits geringe radiale Kräfte führen zu Schlupf und schnellem Käfigverschleiß. Ausnahmen sind Schrägkugellager und Kegelrollenlager: Aufgrund ihrer Kontaktgeometrie können sie nennenswerte kombinierte Lasten aufnehmen, da die Kraft gleichzeitig über die axiale und die radiale Ebene abgeleitet wird.

Worin besteht der Unterschied zwischen einem Axiallager und einem Radiallager?

Entscheidend ist die jeweilige Lastrichtung. Radiallager nehmen Kräfte senkrecht zur Welle auf, etwa das Gewicht eines Zahnrads. Axiallager nehmen Kräfte entlang der Wellenachse auf, beispielsweise den Vorschub eines Propellers oder die Trennkraft in einem Schrägverzahnungsgetriebe. In den meisten rotierenden Wellen werden beide Lagerarten benötigt: ein Radiallager zur Abstützung der Wellenlast und ein Axiallager zur Kontrolle der Axialposition.

Woran lässt sich erkennen, wann ein Axiallager ersetzt werden muss?

Drei verlässliche Anzeichen sind maßgeblich: (1) eine Schwingungsanalyse mit lagerfrequenten Peaks bei BPFO oder BPFI, (2) eine Betriebstemperatur, die ohne Änderung von Last oder Drehzahl um mehr als 15°C über den festgelegten Referenzwert steigt, und (3) sichtbare Verschleißmerkmale wie Spiel, Rauheit beim manuellen Drehen oder Verfärbungen auf den Laufbahnen. Wer auf hörbare Ausfallgeräusche wartet, nimmt in Kauf, dass das Lager sich bereits selbst zerstört und möglicherweise auch umliegende Komponenten beschädigt.

Welche Axiallagerbauart verfügt über die höchste Tragfähigkeit?

Bei reinen Axialbelastungen erreichen Pendelrollen-Axiallager die höchsten Tragzahlen — einige Kataloggrößen überschreiten eine statische Tragfähigkeit von 3.000 kN. Bei kombinierten Axial- und Radiallasten bei mittleren Drehzahlen bieten Kegelrollenlager das beste Verhältnis. Axial-Kugellager weisen die geringste Tragfähigkeit, dafür jedoch die höchste Drehzahlfähigkeit auf und sind damit die richtige Wahl, wenn die Last moderat und die Drehzahl hoch ist.

Können Axiallager im Betrieb nachgeschmiert werden?

Ja, sofern das Gehäuse über einen Schmiernippel und eine Entlastungsbohrung verfügt. Frisches Fett langsam einbringen — wenn gefahrlos möglich, bei laufender Maschine — und sicherstellen, dass das verbrauchte Fett ungehindert austreten kann. Wird zusätzliches Fett eingepresst, ohne das alte Fett abzuführen, steigt lediglich die Walkwärme, und der Verschleißprozess wird beschleunigt.

Fazit

Axiallager erfüllen eine zentrale Aufgabe — sie nehmen Axiallasten auf —, und das über ein außerordentlich breites Größenspektrum hinweg: vom 3 mm Miniaturkugellager in einem Präzisionsgerät bis zum Pendelrollenlager, das in einem Stahlwerk mehr als 3.000 kN aufnimmt. Die Auswahl des geeigneten Lagertyps, die Auslegung auf die L10-Ziellebensdauer, der Einbau ohne Schiefstellung oder Verunreinigung sowie die Überwachung im Betrieb decken den weitaus größten Teil der Faktoren ab, die darüber entscheiden, ob ein Axiallager seine Auslegungslebensdauer erreicht oder vorzeitig ausfällt.

Für anwendungsspezifische Auswahlempfehlungen oder zur Prüfung der Tragzahlen einer bestimmten Baureihe, wenden Sie sich an das technische Team von LILY Bearing direkt.