Lager

Lager, technischer Begriff für ein Maschinenelement, das u. a. zum Tragen oder Führen relativ zueinander beweglicher Maschinenteile dient. Das tragende Teil eines Lager ist üblicherweise so konstruiert, dass der bewegliche Teil eine bestimmte Bewegung ausführen kann, beispielsweise eine Drehung. Gleichzeitig verhindert das Lager aber jede andere Bewegung, wie etwa ein seitliches Weggleiten. Die gebräuchlichsten Lager findet man an den starren Halterungen von umlaufenden Wellen.

Lager waren schon in der Antike bekannt. Das Rad wurde auf einer Achse montiert. Dort, wo Rad und Achse sich berührten, befand sich ein Lager. Die Oberflächen dieser frühen Lager bestanden aus Holz oder Leder und wurden mit Tierfett geschmiert.

Heute unterscheidet man Gleitlager und Wälzlager. Zu den Gleitlagern gehören die Trag- oder Achslager, zu den Wälzlagern die Rollen- und Kugellager. Die Bewegung der Lagerteile gegeneinander ist gleitend, die Reibung versucht man durch Schmierstoffe und besondere Gestaltung herabzusetzen. Obwohl sich die Reibung und damit auch der Verschleiß nie ganz ausschließen lässt, ist die Wirkung heutiger Lager enorm. In einem großen, modernen Flugtriebwerk befinden sich z. B. über 100 Lager, sowohl Gleit- als auch Wälzlager. Trotzdem beträgt die Gesamtenergie, die für die Überwindung der Reibung in den Lagern aufgebracht werden muss, weniger als ein Prozent der Gesamtleistung des Triebwerkes.

Die Trag- oder Achslagerformen von Gleitlagern sind einfacher zu bauen als Wälzlager. Die theoretischen Grundlagen für diese Lagerformen und ihr Einsatz sind allerdings viel komplizierter. Die vom Lager getragene Welle bezeichnet man als Achszapfen, Achsschenkel oder auch Lagerzapfen, den äußeren Abschnitt als Laufzylinder. Bestehen sowohl Lagerzapfen als auch Laufzylinder aus Stahl, können die Gleitflächen auch bei guter Schmierung fressen, d. h. kleine Stücke aus den Gleitflächen reißen. Deshalb sind die Lagerflächen der meisten Lager mit Messing, Bronze oder Lagermetall ausgekleidet. Trag- oder Achslager werden meistens über eine Abschmieröffnung im Lagerzapfen oder im Gehäuse druckgeschmiert. Im Laufzylinder befinden sich häufig Einkerbungen, die das Schmiermittel gleichmäßig auf den Lagerflächen verteilen.

In der Regel beträgt das Nennmaß für das Spiel (den Unterschied zwischen dem Durchmesser des Lagerzapfens und dem des Laufzylinders) 0,001 Zoll (0,0025 Zentimeter) pro 1 Zoll (2,54 Zentimeter) des Durchmessers des Lagerzapfens. Wenn sich der Lagerzapfen dreht, kann der Abstand zum Lagerzylinder an der Stelle der größten Belastung unter Umständen nur 0,0001 Zoll (0,00025 Zentimeter) betragen. Der Lagerzapfen schwimmt also auf einem äußerst dünnen Schmierfilm, Zapfen und Zylinder berühren sich nicht. Mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit wird der Schmierfilm dicker. Damit ist die Reibungzunahme bei höherer Umdrehungsgeschwindigkeit nicht ganz direkt proportional (verhältnisgleich), d. h. die Reibung nimmt nicht so stark zu, wie die Umdrehungsgeschwindigkeit. Umgekehrt ist der Schmierfilm bei geringeren Geschwindigkeiten dünner. Bei sehr geringen Geschwindigkeiten kann der Film allerdings reißen, und die Teile berühren sich. Daher ist die Reibung und damit der Verschleiß beim Anlaufen einer Maschine hoch. Ist die Belastung während des Anlaufens zu hoch, kann das Lager versagen. Wälzlager haben im Gegensatz dazu eine geringe Anlaufreibung.

Lagersteine (fachsprachlich auch Jewels) werden zur Aufhängung winziger Wellen verwendet, z. B. in kleinen Uhren. Es sind Gleitlager, bei denen das Ende der Welle in einem äußerst harten Material gelagert wird. Das Lager wird mit einem mikroskopisch kleinen Tropfen dünnen Öles geschmiert.

Bei einem Kugellager drehen sich mehrere Kugeln frei zwischen einem inneren Ring, der fest an eine umlaufende Welle montiert ist, und einem äußeren Ring, der fest an eine Halterung montiert ist. Sowohl die Kugeln als auch die Ringe bestehen aus gehärteten Stahllegierungen und sind meist mit äußerst kleinen Toleranzen gefertigt. Die Kugeln werden durch einen Lagerkäfig oder Abstandshalter an ihrem Platz gehalten und voneinander getrennt. Das Lager wird mit Fett oder Öl geschmiert.

Rollenlager sind ähnlich aufgebaut wie Kugellager. Zwischen den Ringen liegen kleine Stahlzylinder, die Rollen. Nadellager nennt man ein Rollenlager mit sehr dünnen, langen Rollen. Ein normales Rollenlager hat vielleicht 20 Rollen – jede doppelt so lang wie dick –, ein Nadellager kann dagegen 100 Nadeln haben, jede davon zehnmal so lang wie dick. Nadellager bewähren sich besonders, wenn der verfügbare Raum sehr begrenzt ist.