Rillenkugellager einbauen, schmieren und demontieren

Vorbereitung und Sauberkeit beim Einbau eines Rillenkugellagers

Vor dem eigentlichen Einbau steht die Vorbereitung, eine Phase, die in der Praxis oft übergangen wird, aber wesentlich über die Lebensdauer des Lagers entscheidet. Bereits ein kleiner Span auf der Wellenschulter oder ein Mikrometer Ablagerung im Gehäusesitz kann die Lagerluft verändern, die Laufbahn deformieren oder zu lokalen Pressungsspitzen führen. Daraus folgt der erste Grundsatz: Welle, Gehäuse und Lager werden vor jeder Montage gereinigt, vermessen und sichtgeprüft. Dieser Aufwand kostet wenige Minuten, verhindert aber den häufigsten Frühausfall, den die Industrie an Rillenkugellagern beobachtet — eingeprägte Kratzspuren auf den Laufbahnen durch Fremdkörper.

Die Welle wird auf den Sitzdurchmesser, die Rundheit und die Maßtoleranz nach DIN 5425 geprüft. Bei einem 6205 mit 25 mm Bohrung liegt der Wellendurchmesser im Toleranzfeld j5 oder k5, je nach Belastungsrichtung. Schon eine Abweichung von wenigen Mikrometern verändert den Sitz spürbar. Auch das Gehäuse wird im Sitzbereich vermessen, üblicherweise nach H7. Eine raue oder ovale Bohrung erzeugt Verspannungen im Außenring und reduziert die Lebensdauer drastisch.

Die Lagersitze werden mit Kaltreiniger oder Waschbenzin gesäubert und anschließend trocken gewischt. Auf Wellen und in Gehäusen darf kein Restöl, kein Fett und keine Montagepaste verbleiben. Schmierstoff in der Passfuge wirkt zunächst hilfreich, wird im Betrieb aber langsam herausgequetscht. Der feste Sitz geht verloren, der Ring beginnt zu wandern, die Oberflächen werden durch Mikrobewegung beschädigt. Das Lager selbst bleibt bei der Reinigung in seiner Originalverpackung, weil die werkseitige Konservierung mit den meisten Schmierfetten kompatibel ist.

Vor der Montage werden alle Werkzeuge bereitgelegt: Aufziehhülse mit der passenden Innen- und Außenkante, Drehmomentschlüssel, Anwärmgerät und Schmierfett in der vorgesehenen Konsistenz. Wer mit improvisiertem Werkzeug arbeitet, etwa mit Hammer und Rohr, riskiert Schäden an den Laufflächen, die im Betrieb innerhalb weniger Wochen zum Ausfall führen. Die Aufziehhülse muss am anliegenden Ring sauber abstützen und darf keinesfalls auf dem Käfig oder den Wälzkörpern aufliegen. Sie liegt am Innenring an, wenn das Lager auf die Welle gepresst wird, oder am Außenring, wenn es ins Gehäuse geht.

Mechanischer Einbau eines Rillenkugellagers

Die mechanische Montage gehört zu den häufigsten Verfahren bei kleinen und mittleren Rillenkugellagern. Das Lager wird mit einer hydraulischen oder mechanischen Presse, einer Aufziehhülse oder im einfachsten Fall mit leichten Hammerschlägen über eine geeignete Hülse aufgepresst. Die zentrale Regel lautet:

Die Aufpresskraft wird ausschließlich über den Ring eingeleitet, der den Festsitz hat — niemals über die Wälzkörper.

Wird die Kraft falsch geleitet, drücken die Kugeln in die Laufbahnen und hinterlassen Mikroeindrücke (Brinell-Marken), die sich später als rhythmisches Geräusch und vorzeitiger Ausfall bemerkbar machen.

In der überwiegenden Zahl aller Anwendungen rotiert die Welle. Der Innenring trägt dann den Festsitz, der Außenring sitzt mit Spielpassung im Gehäuse. Beim Aufpressen liegt die Hülse am Innenring an. Bei umgekehrter Lagerung — Welle steht still, Außenring rotiert mit dem Gehäuse, etwa in Spannlagern oder bestimmten Riemenscheiben — sitzt der Außenring fest und die Aufpresskraft wird am Außenring eingeleitet. Das Prinzip bleibt gleich: Krafteinleitung am Festsitzring.

Bei Lagern bis etwa 60 mm Außendurchmesser und ohne Presse genügt eine saubere Aufschlaghülse aus weichem Stahl oder Aluminium. Sie wird mit einem leichten Kunststoff- oder Messinghammer gleichmäßig im Wechsel um den Umfang geschlagen, niemals nur einseitig. Schon ein einseitiger Schlag verkantet das Lager, presst nur eine Kugelreihe und beschädigt Innenring oder Außenring. Bei größeren Lagern ab 60 mm Außendurchmesser ist die Presse Pflicht, weil die Aufpresskraft schnell mehrere Kilonewton erreicht. Auch bei kleineren Lagern mit engerem Übermaß ist die Presse die sichere Wahl.

Bei der hydraulischen Presse wird das Lager über eine Aufziehhülse mit kontrollierter Kraft auf die Welle geschoben. Die Aufpresskraft hängt von Übermaß und Lagergröße ab und kann bei einem Lager der Reihe 63 schnell 10 bis 20 kN erreichen. Wichtig ist, dass das Lager bis zur Wellenschulter aufgeschoben wird und die Anlagefläche vollständig anliegt. Eine Lücke zwischen Innenring und Schulter führt im Betrieb zur axialen Verschiebung und zerstört die Lagerung innerhalb weniger Stunden. Nach dem Aufpressen wird das Lager kurz von Hand gedreht, um den freien Lauf zu prüfen.

Thermischer Einbau eines Rillenkugellagers durch Anwärmen

Bei größeren Lagern und bei engen Presspassungen wird das Anwärmverfahren angewendet. Das Lager dehnt sich beim Erwärmen aus und lässt sich kraftfrei auf die Welle schieben. Beim Abkühlen schrumpft es wieder und nimmt seinen festen Sitz ein. Diese Methode schont sowohl das Lager als auch den Wellensitz, weil keine mechanische Verformung am Innenring oder am Käfig auftritt. Sie ist Standard bei Lagern ab etwa 80 mm Bohrung und ohne Alternative bei großen Reihen wie 6320 oder 6326, bei denen die mechanische Aufpresskraft auf 50 kN und mehr ansteigt.

Die Anwärmtemperatur liegt typischerweise bei 80 °C bis 110 °C. Eine Maximaltemperatur von 120 °C darf nicht überschritten werden, weil ab diesem Punkt das Stahlgefüge des Wälzlagerstahls 100Cr6 verändert wird und die Härte der Laufflächen sinkt. Als Anwärmverfahren stehen drei Methoden zur Verfügung: das induktive Anwärmgerät als heute am häufigsten eingesetztes Verfahren, der Heißluftofen für Serienmontagen und das Ölbad für mittelgroße Lager. Einfache Heizplatten sind für kleine Lager bis etwa 30 mm Bohrung verwendbar.

Im Standardablauf wird das Lager auf einem induktiven Anwärmgerät platziert. Ein Temperaturfühler überwacht die Aufheizung, eine Zielanzeige stoppt den Strom bei der gewählten Temperatur. Für ein Lager der Größe 6210 mit 50 mm Bohrung sind etwa 90 °C ausreichend, das Lager dehnt sich dabei um rund 0,04 mm im Innendurchmesser. Anschließend wird das Lager mit Schutzhandschuhen und einer Montagezange auf die Welle aufgeschoben und bis zur Wellenschulter geführt. Nach dem Anwärmen erfolgt automatisch die Entmagnetisierung des Lagers, sodass keine Späne oder Partikel angezogen werden.

Wichtig ist, dass das Lager nach dem Aufschieben bis zum Erkalten gegen die Wellenschulter gedrückt wird. Beim Abkühlen verkürzt sich auch die Lagerbreite minimal, ohne Anpressung würde sich ein Spalt zwischen Innenring und Schulter bilden. Eine Faustregel besagt: Die Anpressung wird mindestens drei Minuten gehalten, bei größeren Lagern entsprechend länger. Erst danach wird die Welle ins Gehäuse eingeführt und der Außenring montiert. Bei abgedichteten 2RS-Lagern darf die Anwärmtemperatur 80 °C nicht überschreiten, weil sonst die Elastomerdichtung beschädigt wird.

Schmierung des Rillenkugellagers

Die Schmierung entscheidet darüber, ob das Lager seine berechnete Lebensdauer erreicht oder vorzeitig ausfällt. Etwa 60 % aller Lagerschäden in der Industrie gehen auf Schmierprobleme zurück, sei es zu wenig Fett, das falsche Fett oder eine ausbleibende Nachschmierung. Beim Rillenkugellager kommen drei Verfahren zum Einsatz: Fettschmierung, Ölschmierung und ab Werk gefüllte Lebensdauerschmierung. Welches Verfahren passt, hängt von Drehzahl, Temperatur und Einsatzort ab.

Fettschmierung ist der Standardfall für rund 90 % aller Rillenkugellager im Maschinenbau. Üblich sind Lithium-Komplexfette, in höheren Temperaturbereichen Polyharnstoff- oder Bariumkomplex-Fette. Die Konsistenz wird in NLGI-Klassen angegeben, wobei NLGI 2 die mit Abstand häufigste Wahl ist. Wichtig ist die Füllmenge: Wird das Lager überfüllt, walkt das Fett im Käfig, erzeugt Reibung und führt zu einer Übertemperatur. Wird zu wenig eingebracht, fehlt die Schmierung an den Kontaktpunkten zwischen Kugel und Laufbahn.

Die richtige Füllmenge richtet sich nach der Drehzahl, genauer nach dem Drehzahlfaktor n × dm. Dabei ist n die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute und dm der mittlere Lagerdurchmesser in Millimetern. Aus diesem Faktor ergibt sich die folgende Empfehlung:

In einem typischen Elektromotor mit 6205-2RS bei 2.900 Umdrehungen pro Minute liegt der Drehzahlfaktor bei rund 110.000 — die Lebensdauerfüllung ab Werk reicht hier für die gesamte Lagerlebensdauer.

Werkseitig gefüllte 2RS- und 2Z-Lager sind für die gesamte Gebrauchsdauer ausgelegt und benötigen keine Nachschmierung. Hersteller verwenden hier Schmierfette mit einer F50-Lebensdauer, die bei normaler Einsatztemperatur 25.000 bis 40.000 Betriebsstunden erreicht. Bei höherer Temperatur halbiert sich die Schmierfett-Lebensdauer alle 15 °C nach der Arrhenius-Regel. Ein Lager bei 100 °C hält daher nur einen Bruchteil der Schmierdauer eines Lagers bei 70 °C.

Bei sehr hohen Drehzahlen oder starker thermischer Belastung wird auf Ölschmierung umgestellt. Üblich sind Tauch-, Spritz- oder Umlaufschmierung mit gefiltertem Mineral- oder Synthetiköl. Diese Verfahren erlauben höhere n × dm-Werte und bieten eine bessere Wärmeabfuhr als Fettschmierung. In Werkzeugmaschinen-Spindeln ist Ölnebel- oder Öl-Luft-Schmierung üblich, weil sie die Reibung weiter reduziert und Drehzahlfaktoren von über einer Million ermöglicht.

Demontage eines Rillenkugellagers

Die Demontage eines Rillenkugellagers folgt demselben Grundprinzip wie der Einbau. Die Kraft wird ausschließlich am Festsitzring eingeleitet, niemals über den Käfig oder die Wälzkörper. Sitzt das Lager mit Presspassung auf der Welle, wird es am Innenring abgezogen. Sitzt es mit Presspassung im Gehäuse, wird der Außenring herausgezogen oder herausgepresst. Wird die Kraft falsch angesetzt, biegt sich der Käfig, fallen die Kugeln heraus oder die Lauffläche wird beschädigt — auch wenn das Lager ohnehin entsorgt wird, kann es die Welle dabei in Mitleidenschaft ziehen.

Das Standardwerkzeug ist der Abzieher in zwei- oder dreiarmiger Ausführung. Die Greifer setzen am Innenring an, der Druckspindel zentriert sich auf der Wellenstirn, das Lager wird langsam und gleichmäßig abgezogen. Bei größeren Lagern oder hartnäckigem Sitz hilft ein hydraulischer Abzieher, der mit kontrollierter Kraft bis zu mehreren Tonnen arbeitet. Wenn der Innenring nicht zugänglich ist — etwa weil eine Riemenscheibe oder eine Wellenschulter im Weg sitzt — wird ein Innenabzieher mit Spreizdorn eingesetzt. Beide Werkzeuge sind in der Instandhaltung Standardausstattung.

Bei sehr fest sitzenden Lagern hilft die Wärme. Ein Induktionsabzieher erwärmt nur den Innenring, sodass er sich kurzzeitig ausdehnt und ohne Kraftaufwand abgezogen werden kann. Diese Methode schont die Welle und wird vor allem bei wertvollen Wellen oder bei wiederkehrender Lagerung eingesetzt. Eine günstigere Variante ist das Erhitzen mit einer Ringbrennerflamme oder einem Heißluftföhn auf maximal 110 °C. Anschließend muss schnell gearbeitet werden, weil das Lager beim Abkühlen wieder fest auf der Welle sitzt.

Wenn das Lager ohnehin verschrottet wird und kein Abzieher angesetzt werden kann, ist das Trennen des Innenrings mit dem Trennschleifer die letzte Option. Dabei wird ein Schlitz in den Innenring geschnitten, ohne die Welle zu beschädigen, und der Ring anschließend mit einem Meißel gespalten. Diese Methode ist im Notfall sicherer als ein Verkanten mit dem Hammer. Vor dem Einbau eines neuen Lagers wird die Wellenoberfläche auf Abdrücke und Rauigkeit kontrolliert.