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Die Erfindung des Wälzlagers

Die Erfindung des Wälzlagers

Die Erfindung des Wälzlagers ist nicht an einem bestimmten Datum festzumachen, es handelte sich vielmehr um eine Entwicklung, die im Grunde viele Jahrhunderte dauerte. Außerdem gab es zwei parallele Entwicklungen, aus denen später die Wälzlager entstanden sind, die wir heute kennen.

Zunächst wurde das Rad erfunden: An einer Achse wurden zwei Scheiben befestigt, und die Achse wurde am Fahrzeug geführt und so gegen Verrutschen gesichert. Das Gleitlager war erfunden.
Als Werkstoff für Räder, Achsen und auch Lager konnte mangels Alternativen zunächst nur Holz eingesetzt werden. Später wurde es durch Metall, wie zum Beispiel Bronze, ersetzt.  Die Tatsache, dass an den Berührungsflächen von sich drehender Achse und fest stehendem Lager der Verschleiß die Lebensdauer der Lagerung stark beeinträchtigt, zeigte sich sehr schnell. Dieses Problem konnte durch Schmierung der Berührungsflächen allerdings vermindert werden.
Viele Jahre später bemerkte man, dass Rollreibung wesentlich geringere Verlustkräfte verursacht als Gleitreibung. Die Umsetzung in die Praxis war jedoch zu dieser Zeit noch nicht möglich, daher dauerte es noch viele Jahre, bis Wälzlager gebaut werden konnten, denn es mussten zunächst geeignete Fertigungsverfahren erfunden werden. Aber später war auch dieses Problem gemeistert, und das Wälzlager war „geboren“.
Diese innovative Neuerung eroberte die Welt, nach und nach ersetzten Wälzlager die Gleitlager. Ein keltischer Prunkwagen, etwa 200 v. Chr., war bereits mit Wälzlagern ausgerüstet, Innen- und Außenring sowie die Rollen waren aus Holz. Dieses Prinzip wird bis heute nahezu unverändert ausgeführt.
Doch bereits im Altertum, etwa 700 v. Chr., waren schwere Lasten zu bewegen, wie zum Beispiel riesige Steinblöcke für den Bau von ägyptischen Kultstätten. Zunächst wurden Kufen verwendet; später erkannten Gelehrte, dass die für die (horizontale) Bewegung eines Gegenstandes nötige Kraft nur vom Gewicht des Gegenstandes sowie der Reibung abhängig ist, und dass letztere bei Rollreibung viel geringer ist als bei Gleitreibung. Daraufhin ersetzte man die Kufen durch einfache Holzrollen – zuerst Baumstämme, später Rundholz. Durch diese Modifikation ließen sich Transporte auch schneller durchführen. Das war aber noch nicht der Anfang des Wälzlagers, denn es handelte sich lediglich um eine „Rollbahn“ mit vielen losen Rollkörpern.
Etwa 1500 n. Chr. entwickelte Leonardo da Vinci das Wälzlager noch einmal weiter. Er erfand ebenfalls den Käfig, der die Rollkörper gleichmäßig auf dem Umfang verteilt hielt. Dadurch verkleinerten sich die Reibungsverluste noch einmal.
Diese Innovationen verhalfen dem Wälzlager nach und nach zum endgültigen Durchbruch. Bockwindmühlen wurden beispielsweise nun mit Wälzlagern ausgestattet: Das Mühlenhaus ruhte nun auf einem Drehkranz (mit Holzkugeln ausgestattet), der in der Bodenplatte eingelassen war.
Die Erfindung der Dampfmaschine und die folgende „Industrielle Revolution“ in den westlichen Ländern verhalfen dem Wälzlager zum endgültigen Durchbruch; der Bedarf stieg sprunghaft, aber auch die Weiterentwicklung – besonders hinsichtlich geeigneter Materialien – ging nun mit großen schritten voran.

Aufbau und Anwendung von Wälzlagern

Die Gruppe der Maschinenelemente, also (meist Standard-) Bauteile, aus denen Maschinen aufgebaut sind, umfasst auch die Wälzlager.
Sie bestehen aus:
  • einem Innenring, zur Befestigung auf der Welle oder Achse,
  • einem Außenring, zur Befestigung im Gehäuse,
  • den Wälzkörpern (Kugeln, Rollen oder Nadeln), die die Kräfte zwischen Innen- und Außenring übertragen und sich dabei durch Rollbewegung abwälzen,
  • sowie dem Käfig, der die Wälzkörper in ihrer vorgesehenen Lage zueinander hält; denn sie müssen gleichmäßig auf dem Umfang verteilt bleiben und dürfen sich untereinander nicht berühren.
Heute gibt es eine große Anzahl von Wälzlagervarianten – hinsichtlich Größe (von wenigen Millimetern im Modellbau bis hin zu mehreren Metern Durchmesser) und auch Typ (Kugel-, Rollen- Kegel-, Nadellager und andere). Schätzungen zufolge gibt es einen jährlichen Bedarf von etwa 4 Milliarden neuen Wälzlagern. Daher ist es nicht verwunderlich, dass eine große Anzahl von Herstellern, Lieferanten und Importeuren von Wälzlagern den Markt bedient.

Beispiele von Maschinen, in denen Wälzlager eingesetzt sind

  • Land-, Wasser-, und Luftfahrzeuge
  • Windkraftanlagen, Baumaschinen, Krane
  • Roboter, Elektromotoren, Turbinen, Generatoren, Getriebe
  • Haushalts- und Freizeitgeräte
  • im Anlagenbau
Bei einer Neukonstruktion muss die Auswahl des geeigneten Wälzlagers mit großer Sorgfalt vorgenommen werden, denn etliche Parameter müssen berücksichtigen werden, zum Beispiel auftretende Lasten, Temperatur, Drehzahl, Einsatzbedingungen wie Klima, Schwingungen und mehr.
Auslegungsfehler können zu kostenintensiven Maßnahmen führen und die Einsatzdauer der Maschine erheblich verringern. Dabei sind die Kosten eines neuen Wälzlagers das geringste Übel; weit höher sind oft die anfallenden Arbeitskosten für die Reparatur – und noch mehr die Produktions-Ausfallzeiten. Dieser Artikel bei Wikipedia bietet einen Überblick über mögliche und häufig auftretende Lagerschäden.