Das Wichtigste in Kürze
- Die wichtigste Regel: Drücken Sie immer auf den Ring, der aufgeschoben wird, nie auf den gegenüberliegenden. Sonst läuft die Kraft über die Kugeln und beschädigt beide Laufbahnen.
- Fest sitzt der Ring, über den die Last ringsum wandert. Meist ist das der Ring, der sich dreht. Der andere darf lose sitzen.
- Anwärmen spart Kraft. Die Grenze ist klar: höchstens 120 °C. Bei gedichteten oder gefetteten Lagern höchstens 80 °C.
- Bei Vollkeramik aus Siliziumnitrid bringt Anwärmen nichts. Der Werkstoff dehnt sich nur etwa ein Viertel so stark wie Stahl, und ein Induktionsgerät erwärmt Keramik gar nicht. Diese Lager bekommen einen leichteren Sitz.
- Keramik verträgt Schläge schlechter als Stahl. Schon ein Schlag kann einen Riss erzeugen, den man nicht sieht. Ein Hammer gehört bei keinem Lager direkt auf den Ring.
Warum das so ist, steht ausführlich darunter. 11 Minuten Lesezeit.
Die Kraft gehört auf den richtigen Ring
Ein Kugellager ist dafür gebaut, Kräfte im Rollen zu übertragen. Bei der Montage steht es still. Drückt man in diesem Zustand über die Kugeln, liegt die ganze Kraft auf wenigen Quadratmillimetern. Sie hinterlässt dort einen Abdruck.
Von außen sieht man den Schaden nicht. Oft hört man ihn schon beim ersten Lauf. Manchmal fällt er erst nach Wochen als Rumpeln auf. Dann heißt es „Lagerschaden“, ein neues Lager kommt rein, und beim Einbau passiert dasselbe wieder.
So gehört es
Die Kraft bleibt im Innenring, die Kugel merkt nichts davon.
So nicht
Die Kraft läuft schräg durch die Kugel und drückt sich in beide Laufbahnen ein.
In einem Satz: Die Kraft greift immer an dem Ring an, der gerade aufgeschoben wird. Geht das Lager auf die Welle, drücken Sie auf den Innenring. Geht es ins Gehäuse, drücken Sie auf den Außenring. Muss beides gleichzeitig passieren, brauchen Sie eine Montagehülse, die beide Ringe berührt.
Welcher Ring sitzt fest?
Meist wird einer der beiden Ringe stramm aufgepresst, der andere sitzt leichter. Welcher welcher ist, entscheidet die Last: Wandert sie ringsum über den Ring, oder trifft sie immer dieselbe Stelle? Meist wandert sie über den Ring, der sich dreht.
| Fall | Was passiert | Sitz |
|---|---|---|
| Die Last wandert über den Ring, etwa weil er sich dreht und die Last steht | Jede Stelle seiner Laufbahn kommt einmal je Umdrehung unter die Last. | fest, sonst wandert er und reibt sich ein |
| Die Last steht zum Ring still | Die Last trifft immer dieselbe Stelle. | lose ist erlaubt. Das erleichtert Ein- und Ausbau, und beim Loslager kann der Ring so gleiten. |
Der Normalfall: Ein Motor treibt eine Welle an, ein Riemen zieht immer in dieselbe Richtung. Der Innenring dreht sich, die Last steht. Also sitzt der Innenring fest auf der Welle, und der Außenring sitzt leicht im Gehäuse. Bei einer Laufrolle ist es umgekehrt: Dort dreht sich der Außenring, und die Verhältnisse kehren sich um. Aufpassen bei einer Unwucht: Dreht sich die Last mit der Welle, wandert sie über den stillstehenden Außenring. Dann braucht er den festen Sitz.
Die Welle muss sich längen dürfen. Sie wird im Betrieb warm und länger, und die Lagerung muss das zulassen. Meist führt ein Lager die Welle in Längsrichtung. Das andere darf gleiten, sein Außenring sitzt dafür lose im Gehäuse. Bei kurzen Wellen reicht oft ein kleines Axialspiel. Ist nichts davon vorgesehen, entstehen bei Wärme Zwangskräfte, die schnell größer werden als die Nutzlast.
Richtwerte für die Passung
Die genaue Passung hängt von Lagergröße, Last und Werkstoff ab und steht im Katalog des Herstellers. Als Orientierung für den normalen Maschinenbau:
| Fall | Welle | Gehäuse |
|---|---|---|
| Innenring dreht, normale Last | k5, k6 | H7, J7 |
| Innenring dreht, hohe oder stoßartige Last | m5, m6 | H7, J7 |
| Außenring dreht | g6, h6 | N7, P7 |
Der Buchstabe sagt, wo der erlaubte Bereich liegt, eher über oder eher unter dem Nennmaß. Die Zahl sagt, wie breit dieser Bereich ist. Beides regelt die Norm ISO 286. Es sind Richtwerte, keine Vorgabe. Bei Keramikringen gelten andere Werte, die legen wir mit Ihnen fest.
Anwärmen oder pressen
Ein fester Sitz lässt sich kalt aufpressen. Kleine Lager bis etwa 80 mm Bohrung gehen bei den üblichen Passungen so auf die Welle, mit einer Montagehülse und am besten mit einer Presse. Oder man wärmt den Innenring an. Dann wird er minimal größer, lässt sich fast ohne Kraft aufschieben und schrumpft beim Abkühlen fest. Bei großen Lagern und sehr festen Sitzen ist das der bessere Weg. Schieben Sie das warme Lager zügig und gerade bis an die Schulter. Halten Sie es dort, bis es abgekühlt ist.
Wie warm? Ein Beispiel: ein Lager mit 25 Millimeter Bohrung auf einer Welle j5. Im ungünstigsten Fall ist die Welle 15 Tausendstel Millimeter dicker als die Bohrung. Gerechnet wird immer mit diesem größten Übermaß, so viel muss also weggeheizt werden.
| Schritt | Wert |
|---|---|
| Übermaß, das verschwinden muss | 15 Tausendstel Millimeter |
| Dafür nötige Erwärmung bei Stahl | 50 Grad |
| Zuschlag, damit das Lager frei aufgleitet | + 30 Grad |
| Anwärmtemperatur bei 20 °C Raumtemperatur | rund 100 °C |
Mit einer Welle k5 sind es bis zu 21 Tausendstel. Dann landet man bei rund 120 °C, genau an der Grenze. Für gängige Kugellager reichen meist 80 bis 110 Grad. Darüber gibt es harte Grenzen. Sie hängen davon ab, was sonst noch im Lager steckt:
| Lagerart | Höchstens | Warum |
|---|---|---|
| Offen, mit Blech- oder Messingkäfig | 120 °C | Darüber leidet der gehärtete Stahl |
| Gedichtet oder ab Werk gefettet | 80 °C | Fett und Gummidichtung nehmen Schaden |
| Mit Käfig aus glasfaserverstärktem Polyamid | 80 °C | Vorgabe eines Herstellers für den Einbau |
Nie mit offener Flamme. Ein Brenner erzeugt örtlich weit über 120 Grad, auch wenn sich das Lager insgesamt nur handwarm anfühlt. An dieser Stelle ist der Ring danach weich. Gedichtete Lager gehören auch nicht ins Ölbad. Für Stahl- und Hybridlager ist das saubere Werkzeug ein Induktionsanwärmgerät. Es regelt die Temperatur und entmagnetisiert das Lager danach. Keramikringe erwärmt es nicht, weil Keramik keinen Strom leitet.
Was bei Vollkeramik anders ist
Die ganze Rechnung hängt daran, wie stark sich der Werkstoff bei Wärme ausdehnt. Und genau da unterscheidet sich Keramik vom Stahl.
| Werkstoff | nötige Erwärmung | mit Zuschlag entspricht das |
|---|---|---|
| Stahl | 50 Grad | rund 100 °C, geht |
| Zirkonoxid, weiße Keramik | 57 Grad | rund 107 °C, möglich, aber selten nötig |
| Siliziumnitrid, schwarze Keramik | 180 bis 250 Grad | 230 bis 300 °C, bringt nichts |
Gerechnet mit diesen Dehnwerten je Grad und Meter: Stahl 12, Zirkonoxid 10,5, Siliziumnitrid 2,4 bis 3,4 Millionstel. Die Spanne bei Siliziumnitrid kommt aus den Datenblättern verschiedener Hersteller.
Daraus folgen drei praktische Sätze:
- Hybridlager baut man ein wie jedes Stahllager. Die Ringe sind aus Stahl, die Rechnung oben gilt unverändert, auch das Induktionsgerät funktioniert. Nur die Kugeln sind aus Keramik, und die berührt man bei richtiger Montage ohnehin nicht.
- Vollkeramik aus Zirkonoxid dehnt sich fast wie Stahl. Im Wärmeschrank ließe sie sich anwärmen, nötig ist das selten. Zirkonoxid bekommt nur ein kleines Übermaß und geht dann kalt mit der Presse auf die Welle.
- Vollkeramik aus Siliziumnitrid braucht einen leichteren Sitz als Stahl. Kalt aufpressen ginge oft noch. Das Problem kommt im Betrieb: Die Stahlwelle wird warm und dehnt sich viel stärker als der Keramikring. Der Sitz wird dann immer fester, im schlimmsten Fall reißt der Innenring.
Für die Bestellung heißt das: Bei Vollkeramik gehören Wellendurchmesser, der Werkstoff von Welle und Gehäuse und die Betriebstemperatur schon in die Anfrage. Passung und Werkstoff müssen zusammen festgelegt werden. Bei Hybridlagern ändert sich gegenüber dem Stahllager nichts.
Worauf es sonst noch ankommt
Keramik verträgt Schläge schlecht
Gehärtete Lagerringe sind grundsätzlich empfindlich gegen Schläge. Deshalb gilt schon bei Stahl: nie mit dem Hammer direkt auf einen Ring schlagen. Bei Keramik ist die Warnung ernster. Keramik ist härter als Stahl, verformt sich aber nicht. Sie reißt. Ein Riss unter der Oberfläche ist von außen nicht zu sehen. Das Lager sieht neu aus und fällt trotzdem früh aus.
Wenn keine Presse da ist, ist eine Montagehülse aus weichem Stahl mit ebener Stirnfläche das Mindeste. Sie verteilt die Schläge gleichmäßig auf den ganzen Ring. Bei Vollkeramik gilt: Presse oder gar nicht.
Sauber arbeiten
Schmutz schadet jedem Lager, auch einem Keramiklager. Schon Teilchen, die man mit der Hand nicht spürt, drücken sich in die Laufbahn. Der Arbeitsplatz gehört sauber und trocken. Das Lager bleibt bis zum Einbau in der Verpackung. Und Druckluft ist tabu: Sie bläst Feuchtigkeit und Partikel genau dorthin, wo beides nicht hingehört.
Messen statt vertrauen
Eine Passung betrifft zwei Bauteile. Wer nur das Lager kennt, kennt die Hälfte. Vor dem Einbau gehört die Welle gemessen und die Bohrung im Gehäuse ebenfalls. Besonders dann, wenn dort schon einmal ein Lager gewandert ist. Ein ausgeschlagener Sitz lässt auch das neue Lager früh ausfallen, egal aus welchem Werkstoff.
Gemessen wird mit Bügelmessschraube und Innenmessschraube auf Tausendstel Millimeter. Ein Messschieber reicht dafür nicht, er zeigt nur Hundertstel an. Die Toleranz k5 ist bei 25 mm nur 9 Tausendstel breit.
Werkzeug, das man wirklich braucht
| Werkzeug | Wofür | Nötig? |
|---|---|---|
| Montagehülsensatz | Kraft sauber auf einen Ring leiten | ja, das Minimum |
| Bügelmessschraube und Innenmessschraube | Welle und Bohrung auf Tausendstel prüfen | ja |
| Induktionsanwärmgerät | Anwärmen mit geregelter Temperatur | ab ein paar Lagerwechseln im Jahr |
| Presse mit Führung | gerades, kontrolliertes Aufpressen | bei Vollkeramik ja |
| Abzieher | Ausbauen ohne Schaden | ja |
| Hammer | nur auf die Montagehülse | nie direkt auf den Ring |
Ausbauen ohne Kollateralschaden
Beim Ausbau gilt dieselbe Regel, nur umgekehrt gelesen: Der Abzieher greift an dem Ring an, der abgezogen wird. Sitzt das Lager auf der Welle, greifen die Klauen hinter den Innenring. Wer stattdessen am Außenring zieht, schickt die ganze Kraft über die Kugeln.
Wird das Lager ohnehin ersetzt, darf die Kraft auch über die Kugeln gehen. Legen Sie dann zur Sicherheit einen Ring aus ungehärtetem Stahl um den Außenring. Welle und Gehäuse dürfen dabei keinen Schaden nehmen. Ein Lager, das nur zum Prüfen ausgebaut wird, behandeln Sie so vorsichtig wie beim Einbau. Und wenn der Innenring auf der Welle sitzen bleibt: nicht mit dem Schneidbrenner arbeiten. Die Welle nimmt Schaden, und der Sitz ist danach unbrauchbar. Besser sind ein Anwärmring oder ein Induktionsgerät. Beide erwärmen den Ring schnell, bevor die Welle viel Wärme abbekommt.
Sieben typische Einbaufehler
- Kraft über die Kugeln. Der Klassiker. Hinterlässt Dellen in beiden Laufbahnen.
- Hammer direkt auf den Ring. Erzeugt Risse, die niemand sieht.
- Falscher Ring gepresst. Passiert, wenn niemand geprüft hat, über welchen Ring die Last wandert.
- Welle und Gehäuse nicht gemessen. Ein ausgeschlagener Sitz schadet auch dem neuen Lager.
- Zu heiß angewärmt. Über 120 Grad leidet der Ring, über 80 Grad leiden Fett und Dichtung.
- Schmutz. Ein Korn im Lager wirkt wie Schmirgel zwischen zwei harten Flächen.
- Keine Längsdehnung vorgesehen. Ohne Loslager oder Axialspiel drückt die warme Welle die Lager zusammen.
Häufige Rückfragen
Muss ich ein Hybridlager anders einbauen als ein Stahllager?
Nein. Die Ringe sind aus Stahl, Passungen und Anwärmtemperaturen gelten unverändert. Was Sie prüfen sollten, ist das Spiel im Lager: Weil sich Keramikkugeln bei Wärme kaum ausdehnen, verhält es sich im Betrieb anders als beim Stahllager. Bei warmen Anwendungen lohnt der Blick in den Katalog.
Wie merke ich, dass ein Lager beim Einbau beschädigt wurde?
Von außen meist gar nicht, das ist das Tückische. Ein von Hand gedrehtes Lager fühlt sich auch mit Dellen oft noch gut an. Oft hört man den Schaden schon beim ersten Lauf, manchmal erst nach Wochen als Rumpeln. Beim Zerlegen sieht man Dellen im Abstand der Kugeln. Ist ihr Grund glatt, war es meist die Montage. Ist er matt und aufgerieben, eher Vibration im Stillstand.
Kann ich ein Vollkeramiklager überhaupt aufpressen?
Ja, mit einem kleineren Übermaß und mit der Presse. Bei Siliziumnitrid auf einer Stahlwelle ist ein leichter Sitz die sichere Wahl. Nennen Sie uns bei der Anfrage den Wellendurchmesser, die Werkstoffe von Welle und Gehäuse und die Betriebstemperatur. Dann kommt das Lager mit der passenden Angabe.
Reicht es, das Lager in den Backofen zu legen?
Für ein offenes Lager im Notfall ja, wenn der Ofen die Temperatur wirklich hält und Sie nachmessen. Für gedichtete Lager eher nicht, weil die 80-Grad-Grenze mit Haushaltsgeräten schwer einzuhalten ist. Sauberer und schneller ist ein Induktionsanwärmgerät.
Und wenn das Lager nicht auf die Welle geht?
Dann aufhören. Ein Lager, das man mit Gewalt aufzwingt, ist danach kein Lager mehr. Messen Sie die Welle. Ist sie zu dick, gehört sie nachgearbeitet. Stimmt das Maß, war die Anwärmtemperatur zu niedrig oder das Lager auf dem Weg schon abgekühlt. Beim zweiten Versuch zügiger arbeiten.
Woher die Zahlen stammen
- Grenze 120 °C, 80 °C für gedichtete oder gefettete Lager und Polyamidkäfige, Zuschlag von 30 Grad, Rechnung mit dem größten Übermaß, Wärmeschrank: Schaeffler, Medias-Handbuch „Thermischer Einbau“.
- Kraftweg, kalt aufpressen bis etwa 80 mm Bohrung, 80 bis 100 °C als übliche Anwärmtemperatur, Messmittel, Montagehülse aus weichem Stahl, Abziehen: FAG, „Montage von Wälzlagern“ (WL 80 100/3).
- Umfangslast, Punktlast und Lagerungsarten: Schaeffler, „Technische Grundlagen“. Umlaufende Last bei Unwucht, 90 Grad über Wellentemperatur, keine offene Flamme, bis 16 Prozent der vorzeitigen Ausfälle durch falsche Montage: SKF, Einbau- und Wartungsanleitung sowie Broschüre zu Induktionsanwärmgeräten.
- Wärmedehnung von Zirkonoxid und Siliziumnitrid: Werkstoffdaten von Kyocera und SMB Bearings. Rissgefahr eines Siliziumnitrid-Innenrings auf warmer Stahlwelle: SMB Bearings.
- Die Temperaturen für das Anwärmen haben wir selbst gerechnet, mit den Dehnwerten unter der Tabelle.
Die Passungsangaben sind Richtwerte für den allgemeinen Maschinenbau. Für Ihren Fall gilt der Katalog des Herstellers, oder eine Rückfrage bei uns.
Geschrieben von
Dieter Kijan
Inhaber von Rotaris
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