Wälzlager

Die Spezialisten: Drahtwälzlager – das besondere System

22.10.2008 | Redakteur: Karl-Ullrich Höltkemeier

Klassisches Franke Lagerelement integriert in eine Drehverbindung: Das 4-Punkt-Lagerelement übernimmt die anfallenden Lasten. Die umschließende Konstruktion ist in Form und Werkstoffwahl frei definierbar. Bilder: Franke
Klassisches Franke Lagerelement integriert in eine Drehverbindung: Das 4-Punkt-Lagerelement übernimmt die anfallenden Lasten. Die umschließende Konstruktion ist in Form und Werkstoffwahl frei definierbar. Bilder: Franke

Das konstruktive Potenzial des Drahtwälzlagers ist noch lange nicht ausgereizt. Gerade in Zeiten knapper werdender Rohstoff- und Energiereserven gewinnen Leichtbau und reduzierte Antriebsleistung zunehmend an Bedeutung. Auch unter ökologischen Aspekten spricht viel für den Einsatz des multifunktionalen, kompakt bauenden Lagertyps.

Das zunehmende Interesse an der technischen Verbesserung von Wälzlagern führte im Jahr 1934 zur Erfindung des Drahtwälzlagers durch Erich Franke. Als junger Konstrukteur der Carl-Zeiss-Werke in Jena war Franke auf der Suche nach einer besonders raumsparenden Lagerung für ein optisches Gerät. Ziel der Überlegungen war eine noch engere Einbeziehung der Lagerung in die umschließende Konstruktion, um diese möglichst kompakt und leicht gestalten zu können.

Um die Lagerung so kompakt wie möglich zu halten, wurde das allgemeine Prinzip des Wälzlagers auf die Notwendigsten Komponenten reduziert. Neben Käfig und Wälzkörper blieben vier Laufringe übrig, die die Kontaktflächen zu den Wälzkörpern bildeten. Dieses Lagerelement konnte nun in jede erdenkliche Umgebung integriert werden, das Drahtwälzlager war geboren.

Mit Patent seit 1934

Die zur Erfindung verfasste Patentschrift des am 03.03.1934 erteilten Schutzrechts lautet: „Kugellager dadurch gekennzeichnet, dass die Kugellaufbahnen der Kugeln aus vier offenen Ringen aus Stahldraht bestehen, welche unmittelbar in Eindrehungen der beiden durch das Lager aufeinander gestützten Körper eingebettet sind.“

Die Wälzkörper laufen nicht im Innen- und Außenring des Lagers, sondern auf zähharten Laufringen, die direkt in die umschließende Konstruktion eingelegt werden. Als Wälzkörper dienen in einem Bandkäfig gehaltene Kugeln. Auch Rollen und Kreuzrollen sind als Wälzkörper möglich.

Die Laufringe sind offen und legen sich spielfrei und platzsparend an die Lagerringe der umschließenden Konstruktion an. Damit wird eine hohe Genauigkeit selbst bei großen Lagerdurchmessern erreicht. Die offenen Laufringe sind in der Lage, sich bei Temperaturschwankungen an geringfügige Änderungen des Durchmessers anzupassen.

An vier Punkten exakt geführt

Durch ein besonderes Schleifverfahren erhalten die Laufringe eine definierte Laufbahn, die dem Kugeldurchmesser angepasst ist. Durch Größe und Beschaffenheit der Lauffläche lassen sich Tragkraft und Präzision der Lagerung beeinflussen. Die Kugeln werden an vier Punkten exakt geführt und machen das Lager aus allen Richtungen gleich belastbar. Spezielle Oberflächenvergütungen der Laufringe sind für besondere Anwendungsfälle möglich.

Raumsparende Konstruktion bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit

Ein besonderes Merkmal des Drahtkugellagers ist die raumsparende Konstruktion bei gleichzeitig hoher Tragzahl und Belastbarkeit aus allen Richtungen. Unterschiedliche Drahtprofile sind verfügbar. Rechteckig profilierte Laufdrähte vereinfachen die Bearbeitung des Lagersitzes der umschließenden Konstruktion.

Tragkraft und Wirkungsweise des Lagers sind weitgehend unabhängig vom umgebenden Material. Die Laufringe des Drahtwälzlagers tragen die Hauptlast, die umschließende Konstruktion ist der Beanspruchung nicht unmittelbar ausgesetzt. Dies ermöglicht eine freie Wahl des Werkstoffes der umschließenden Konstruktion ohne Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Lagerung. Durch den Einsatz alternativer Werkstoffe wie Aluminium oder Kunststoff kann eine Gewichtsersparnis gegenüber herkömmlichen Stahllagern von bis zu 65% erzielt werden.

Anpassungsfähig an die jeweilige Anforderung

Für die Konstruktion der umschließenden Teile ergibt sich ebenfalls ein großen Freiraum in Bezug auf die Formgebung. Je nach Anwendung lassen sich die Gehäuseteile in ihren Dimensionen an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Der Drehwiderstand der Drahtwälzlager kann bedingt durch ihre offene Bauart nach Wunsch ein- und nachgestellt werden. Hierzu wird das Lager mittels Massivabstimmung, Abstimmbeilagen oder Gewindering entsprechend vorgespannt. Nicht zuletzt ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung besonders von großen Lagerdurchmessern oder bei großen Serien einen günstigen Preis und reduziert dadurch die Kosten.

Zur Vereinfachung der Montage wird das Drahtwälzlager auch als Dünnringlager vertrieben. Zwei Metallhülsen umschließen das Lagerelement und halten die Komponenten zusammen. So kann das Drahtwälzlager an einem Stück in die Passung der umschließenden Konstruktion eingesetzt werden.

Die Lagerquerschnitte orientieren sich an international standardisierten Zollmaßen. Innerhalb dieser Zollgrößen bleiben die Querschnitte über den gesamten Durchmesserbereich des Lagers konstant.

Für höchste Laufruhe und Geräuscharmut

Das patentierte Flüsterlager wurde um das Jahr 1990 entwickelt und markiert einen wichtigen Punkt in der Lagerkonstruktion nach dem Drahtwälzlager-Prinzip. Ähnlich einem Dünnringlager wird das Lagerelement von umschließenden Hülsen umfasst, die jedoch nicht aus Metall sondern aus einem Elastomer bestehen.

Die Elastomer-Ummantelung sorgt für höchste Laufruhe und Geräuscharmut. Der Innenring ist vom Außenring elektrisch isoliert und reduziert wirksam die Stromaufnahme. Dieser Lagertyp wird bevorzugt von Medizintechnik-Herstellern in Computertomographen eingesetzt.

Besonders kippsteif und spielfrei

Zahlreiche Konstruktionsvarianten des Flüsterlagers sind bisher umgesetzt worden. Die Lager sind besonders kippsteif und spielfrei für höchste Ansprüche an Präzision und Laufruhe. Als 2-reihige Schrägkugellager-Ausführung wird das Lager auch im Bereich der Sicherheitstechnik für Gepäckscanner eingesetzt. Hier wird die Belastbarkeit aus allen Richtungen mit der Laufruhe und Präzision eines Axial- oder Radiallagers kombiniert. Das kompakte Lager läuft in zahlreichen Varianten äußerst geräuscharm mit hoher Drehzahl und Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 25m/s.

Lebensmitteltauglich und komplett wartungsfrei

Durch die Vielzahl an Varianten und die freie Werkstoffwahl der umschließenden Konstruktion erfüllen Franke Wälzlager die Anforderungen in der Lebensmittel- und Verpackungstechnik. Korrosionsfreie Komponenten und Konstruktionen mit speziellen Schmierstoffen kommen hier zur Anwendung. Beispielsweise müssen Getränkeprodukte mit höchster mikrobiologischer Sicherheit abgefüllt werden. In der Säule einer Abfüllanlage werden Lager in einer hygienischen und korrosionsbeständigen Niro-Version verwendet, mit Kugeln aus Oxydkeramik und einem speziellen Lebensmittelfett.

Um Lager in hygienisch noch sensibleren Bereichen der Anlage verbauen zu können, setzt Franke einen Schwerpunkt auf die Entwicklung eines komplett schmiermittelfreien Lagers, das lebensmitteltauglich und komplett wartungsfrei ist.

Ganz neu: Das Lagerelement LEG

Das konstruktive Potenzial des Drahtwälzlagers ist noch lange nicht ausgereizt. Gerade in Zeiten knapper werdender Rohstoff- und Energiereserven gewinnen Leichtbau und reduzierte Antriebsleistung zunehmend an Bedeutung. Auch unter ökologischen Aspekten spricht viel für den Einsatz des multifunktionalen, kompakt bauenden Lagertyps.

Jüngstes Beispiel hierfür ist das neu entwickelte Lagerelement LEG, das äußerst kompakt baut und als Radiallager jedes herkömmliche Rillenkugellager in Sachen Einbauraum und Belastbarkeit schlägt.

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