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Die Erfindung des Wälzlagers (bzw. Kugellagers) findet bis heute wenig Beachtung, obwohl diese Lager eine markante Aufgabe in allen technischen Bereichen übernehmen, die wir heute kennen.

Sie werden der Gruppe der Maschinenelemente zugeordnet und gehören damit zu den Standard-Bauteilen zur Maschinenherstellung. Über 4 Milliarden Wälzlager werden weltweit jedes Jahr benötigt. Diese massive Nachfrage, hat dazu geführt, dass sich am Markt viele Hersteller tummeln.

Der Wälzlager-Hersteller NBR erklärt den Aufbau des modernen  Maschinenelements unter www.nbr.eu verständlich: „Ein Wälzlager ist dadurch charakterisiert, dass sich zwischen dem inneren und äußeren Lagerring je nach Einsatzzweck unterschiedlich beschaffene Wälzkörper wie z.B. Kugeln, Rollen oder Nadeln, Tonnenrollen oder Kegelrollen befinden, die durch Abwälzen zwischen den Ringen eine unerwünschte Gleitreibung in eine Rollreibung umwandeln.“

Wälzlager sind in der Lage Kräfte mit minimaler Reibung zu übertragen und sich dabei in nur geringem Maße zu erwärmen. Ohne die bahnbrechende Erfindung der Wälzlager müsste die Menschheit heute auf viele technische Errungenschaften verzichten.

Die Geschichte der Wälzlager

Wie so vieles, begann auch die Geschichte des Wälzlagers mit einem einfachen Problem: Zum Transportieren von schweren Lasten mussten Menschen bereits im Altertum enorme Kräfte aufwenden. Um sich die Arbeit zu erleichtern, wurde der anfängliche Gleitvorgang durch das Aneinanderreihen von Rollen ersetzt.

Die Erkenntnis, dass die benötige Zugkraft, um Lasten zu bewegen, von Reibung und Gewicht abhängt, brachte zunächst Rollbahnen hervor. Schon die Ägypter setzten Rundhölzer ein, um schwere Steine leichter zu bewegen und imposante Kultstätten zu bauen.

Das Verfahren der Rollkörper brachte drei markante Verbesserungen mit sich:
1. Schwere Arbeiten erforderten weniger Kraftaufwand seitens der Menschen
2. Die Geschwindigkeit konnte erhöht werden
3. Das Reibungsproblem wurde gelöst
Die Bezeichnung „Wälzlager“ geht auf den Ursprung des Rollkörpers zurück.

Eine weitere wichtige Etappe auf dem Weg zur Wälzlager-Entwicklung ist die Erfindung des Rades, das durch die Verbindung mit Achsen den Bau von Wagen vorantrieb. Mit Gleitlagern wurden die Verbindungsachsen zunächst am Fahrzeug gelagert.

Eine Ausgrabung eines Streitwagens der Kelten ist für die Forscher Grund genug anzunehmen, dass die Volksgruppe aus der Eisenzeit schon um 700 vor Christus Zylinderrollenlager für ihre Fahrzeuge nutzten. Die Forscher fanden bei der Radnabe des Wagens kleine Buchenholzstücke in Zylinderform.

Nachdem zunächst Holz zur Herstellung von Achsen, Lagern und Rädern verwendet wurden, verdrängten Metalle den hölzernen Werkstoff schon bald von der Bildfläche: In Dänemark wurde beispielsweise der kleine Sonnenwagen gefunden, der aus der Zeit um 1.400 v.Chr. stammt. Hier bestanden Achsteile und Räder aus Bronze. Derartige Materialien verursachten einen Immensen Verschleiß bei damaligen Fahrzeugen. Mit Hilfe von Schmierung versuchte man sich zu helfen.

Die Entwicklungsgrundlage der heute modernen Wälzlager stellte die Idee dar, dass es möglich sein musste die Gleitreibung der Radlager durch eine Rollreibung auszutauschen. Im Laufe der Entwicklungsphasen entdeckten Gelehrte, dass eine Rollreibung den Verschleiß minimieren konnte. In den folgenden Jahrhunderten wurde die Überlegung weg von der Gleitreibung immer konkreter und die Lösungsansätze mit Rollvorgängen komplexer. Als auch die Fertigungsverfahren soweit entwickelt waren, entstanden nach und nach die Wälzlager.

Leonardo da Vinci trug entscheidend zum Fortschritt der Wälzlager bei. Er erarbeitete ungefähr 1.500 n. Chr. einen Käfig, mit dem er eine gleichmäßige Verteilung der Rollkörper erzielen konnte, ohne dass diese sich berühren. Die eingesetzten Elemente zur Trennung der Kugeln führten dazu, dass sich diese frei bewegen konnten. Die Reibungsverluste wurden noch stärker eingedämmt. Anhand dieser Erkenntnisse konnten die Lager zusätzlich optimiert werden. Das Prinzip des Wälzlagers war geboren und der Vorläufer des modernen Modells revolutionierte die gesamte Lebensweise.

Die Industrialisierung trieb die Entwicklung der Lager besonders schnell voran. Man benötigte endgültig eine Alternative zum Gleitlager, welche noch immer häufig verbaut wurden, da der deutliche Verschleiß untragbar wurde. Nur mit ausreichend Schmierung und höheren Drehzahlen hielten sie ausreichend lang. Sobald die Drehzahl sich verringerte oder die Schmierung unzureichend wurde, nahm der Verschleiß zu.

Es war eine alternative Lösung gefragt, die bei geringer Drehzahl optimierte Eigenschaften aufweisen musste. Mit der Erfindung der Dampfmaschine erlebte die Industrialisierung einen deutlichen Aufschwung in westlichen Ländern. Der Siegeszug der Wälzlager begann nicht zuletzt, weil der Bedarf nun rasant anstieg.

Wie ein modernes Wälzlager entsteht, lässt sich im folgenden Video (Englisch) nachvollziehen:

Wälzlager heute

Heute kommen Wälzlager in diversen Bereichen des Alltags vor. Während beispielsweise im herkömmlichen Pkw bereits über 100 Wälzlager verbaut werden, sind die effizienten Bauelemente auch im Ingenieurbau oder bei Windkraftanlagen unverzichtbar. Da die Größen von wenigen Millimetern bis mehre Meter reichen, gibt es für jeden Bedarf die passende Ausführung.

Die Menge an Wälzlager-Typen ist enorm. Das Spektrum reicht vom Schrägkugellager über Nadellager bis hin zum Zylinderrollenlager. Im Fachlexikon der Mechatronik unter www.fachlexika.de wurde eine Übersicht dazu mit weiteren Hinweisen veröffentlicht.

Um einen Eindruck davon zu vermitteln, wie bedeutend die Maschinenelemente sind, wurden einige der bekanntesten Einsatzgebiete aufgelistet:

+ Pkw, Nutzfahrzeuge
+ Motorräder, Fahrräder
+ Waggonbau
+ Gabelstapler
+ Roboter
+ Sportgeräte, Haushaltsgeräte
+ Windkraftanlagen, Anlagenbau
+ Getriebetechnik, Differenzialgetriebe
+ Ingenieurbau (technische Bauwerke)
+ Rolltreppen

Wälzlager verringern die Reibung, bringen eine geringe Wärmeentwicklung mit sich und lassen sich dank genormter Größen relativ komfortabel ersetzen. Hinzu kommt, dass der Verbrauch an Schmierstoffen minimal ist. Diese und einige weitere Vorteile machen das Wälzlager zu einem entscheidenden Element im Maschinenbau, ohne dass die Industrie heute nicht mehr auskommt. 

Weiterführende Details zu den Einsatzgebieten werden in diesem separaten Artikel thematisiert.