Nadellager mit gezogenen Schalen und offenen Enden im Vergleich zu geschlossenen Enden: So wählen Sie aus

Wenn Ingenieure ein Nadellager mit gezogener Hülse spezifizieren, ist eine der ersten Entscheidungen, ob die Anwendung eine offene oder geschlossene Ausführung erfordert. Beide Typen haben die gleiche kaltgezogene Außenschalenkonstruktion und Nadelrollengeometrie, aber das Vorhandensein oder Fehlen eines geschlossenen Endes hat erheblichen Einfluss darauf, wie das Lager eingebaut, gehalten und im Betrieb eingesetzt wird. Eine falsche Wahl führt zu Montageproblemen, Kontaminationsproblemen oder unnötigen Kosten.

In diesem Artikel werden die strukturellen Unterschiede zwischen den beiden Designs, die jeweiligen Einsatzbedingungen und die praktischen Montageüberlegungen erläutert, die bei der endgültigen Auswahl eine Rolle spielen.

Was unterscheidet Open-End- von Closed-End-Designs?

Bei einem Nadellager mit gezogenem Mantel und offenem Ende – in der HK-Serie (metrisch) und in einigen Varianten der BK-Serie bezeichnet – sind beide Enden des Bechers offen. Die Welle verläuft vollständig durch das Lager, wobei sie auf einer Seite eindringt und auf der anderen wieder austritt. Der Becher ist ein dünnwandiges zylindrisches Gehäuse ohne Endkappe, und die Rollenbaugruppe wird durch die nach innen gerollten Lippen des Bechers an jedem Ende im Becher gehalten.

Bei einem geschlossenen Nadellager mit gezogenem Becher – die BK-Serie ist die primäre metrische Bezeichnung – ist ein Ende des Bechers mit einer angeformten Kappe abgedichtet. Das geschlossene Ende wird beim Kaltumformen als Teil des Bechers gezogen, wodurch eine einteilige Schale mit flachem oder gewölbtem Ende entsteht. Der Schaft wird vom offenen Ende her eingeführt und liegt an der geschlossenen Endkappe an, die als axialer Anschlag dient.

In beiden Fällen ist die Wandstärke des Bechers dünn – typischerweise 1–2 mm, abhängig von der Bohrungsgröße – und das Lager drückt sich zum Halt direkt in die Gehäusebohrung. Die äußere Laufbahn wird durch die Innenfläche des gezogenen Bechers selbst gebildet, die nach dem Formen auf Lagertoleranzen geschliffen wird.

Wann zu verwendenOffene Lagerschalen mit gezogenem Ende

Anwendungen mit durchgehender Welle

Die entscheidende Bedingung für ein Lager mit offenem Ende ist eine durchgehende Welle: eine Welle, die ohne Behinderung vollständig durch die Lagerposition verlaufen muss. Getriebevorgelegewellen, Getriebevorgelegewellen und Spindelbaugruppen, bei denen die Welle auf beiden Seiten über das Lager hinausragt, erfordern alle offene Endkonstruktionen. Ein Lager mit geschlossenem Ende blockiert physisch den Wellendurchgang und kann in diesen Konfigurationen nicht verwendet werden.

Lager mit offenem Ende eignen sich auch für Anwendungen, bei denen zwei Lager Rücken an Rücken auf demselben Wellenzapfen montiert sind und die Welle durch beide verläuft. Bei diesen Anordnungen teilen sich die Rollen beider Lager die gleiche Wellenlaufbahn und eine offene Bohrung an jeder Lagerposition ist unerlässlich.

Die HK-Serie umfasst offene Nadelhülsen mit metrischen Abmessungen in einem Bohrungsbereich von 3 mm bis ca. 35 mm. Für größere Bohrungen werden gezogene Lagerschalen auf die SCH-Serie (Zollabmessungen) oder bearbeitete Ringkonstruktionen umgestellt.

Anforderungen an den Zugang zu Schmiermitteln

Bei Lagern mit offenem Ende kann das Schmiermittel von beiden Seiten ungehindert durch das Lager fließen. Bei spritzgeschmierten Getrieben, bei denen der Ölkreislauf das Schmiermittel zu allen Lagerpositionen transportiert, profitieren Lager mit offenem Ende von diesem Fluss – Öl tritt auf einer Seite ein, schmiert die Rollen und die Laufbahn und verlässt es auf der anderen Seite. Die Einschränkung dieses Flusses bei geschlossener Endkappe kann in Tauchschmiersystemen dazu führen, dass das Lager keinen Schmierstoff mehr erhält.

Bei fettgeschmierten Anwendungen mit externer Fettzufuhr über Nippel oder Zentralschmiersysteme ermöglichen Lager mit offenem Ende die direkte Fettzufuhr zur Rollenbaugruppe. Durch die offene Geometrie lässt sich bei der Wartung problemlos überprüfen, ob Fett in das Lagerinnere gelangt ist.

Wann sollten geschlossene, gezogene Schalenlager verwendet werden?

Blindbohrungsgehäuse

Der Hauptanwendungstreiber des geschlossenen Lagers ist das Sacklochgehäuse – ein Gehäuse, bei dem die Wellenbohrung nicht vollständig durch die Gehäusewand verläuft und in einem flachen oder abgerundeten Boden endet. Sackbohrungen sind in kompakten Gehäusen üblich, bei denen die Bearbeitung der Durchgangsbohrung entweder die Gehäusewand durchbrechen würde oder eine komplexe Abdichtung an der Rückseite erfordern würde.

In einer Sacklochbohrung würde ein Lager mit offenem Ende so sitzen, dass seine offene Bohrung zum Bohrungsboden zeigt, so dass zwischen dem Gehäusebohrungsboden und dem Lagerende ein Spalt verbleibt, der der Welle keine axiale Fixierung bietet. Ein Lager mit geschlossenem Ende sitzt fest in der Grundbohrung, wobei die geschlossene Kappe den Bohrungsboden (oder einen kleinen Spalt für Öl) berührt und die Welle von der Innenseite des Lagers aus axial gegen die geschlossene Endkappe sitzt. Diese Anordnung fixiert die Welle axial, ohne dass eine separate Schulter, ein Sicherungsring oder eine Endkappenkomponente erforderlich ist.

Die BK-Serie umfasst geschlossene Nadelhülsen mit metrischen Abmessungen. BK-Lager haben den gleichen Außendurchmesser und die gleichen Längenabmessungen wie ihre HK-Gegenstücke mit offenem Ende – ein BK 1210 und ein HK 1210 sind bis auf das geschlossene Ende maßlich identisch – so dass Konstrukteure zwischen den Typen wechseln können, ohne die Spezifikation der Gehäusebohrung zu ändern.

Aufbewahrungs- und Kontaminationskontrolle

Die geschlossene Endkappe bietet eine physische Barriere gegen das Eindringen von Verunreinigungen vom Wellenende des Lagers. Bei Anwendungen, bei denen das Wellenende Staub, Spänen oder Feuchtigkeit ausgesetzt ist – tragbare Werkzeuge, landwirtschaftliche Geräte, Außenmaschinen – verringert das geschlossene Ende das Eindringen von Verunreinigungen im Vergleich zu einer Konstruktion mit offenem Ende. Dies ist kein Ersatz für eine ordnungsgemäße Abdichtung in stark verschmutzten Umgebungen, bietet jedoch einen sinnvollen Schutz in mäßig verschmutzten Umgebungen, ohne dass eine separate Dichtungskomponente hinzugefügt werden muss.

Das geschlossene Ende verhindert außerdem, dass Schmierstoff axial aus der Wellenstirnfläche des Lagers austritt. Bei fettgeschmierten Anwendungen wird dadurch das Fett länger in der Rollenbaugruppe gehalten und die Nachschmierintervalle verlängert. In Kombination mit einer Abschirmung oder Dichtung am offenen Ende kann ein Lager mit geschlossenem Ende ein wirksam abgedichtetes Fettreservoir bilden, ohne dass eine vollständig abgedichtete Lagerbezeichnung erforderlich ist.

Für Anwendungen, die einen maximalen Schutz vor Verschmutzung erfordern, sind vollrollige Nadelhülsen mit geschlossenen Enden sowohl in Konfigurationen mit offenen als auch geschlossenen Enden erhältlich – die Serien FY und MFY – und bieten die Belastbarkeit einer vollrolligen Konstruktion mit der Verschmutzungsbeständigkeit der Geometrie mit geschlossenem Ende.

Last- und Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den beiden Typen

Offene und geschlossene Hülsenlager mit gleichem Bohrungsdurchmesser und gleicher Länge tragen identische Radiallasten, da die Rollenbestückung und die Laufbahngeometrie gleich sind. Die geschlossene Endkappe trägt weder zur radialen Belastbarkeit bei noch beeinträchtigt sie diese.

Die Geschwindigkeitsbegrenzungen sind auch zwischen offenen und geschlossenen Varianten derselben Serie und Größe gleich. Die geschlossene Endkappe ist ein statisches Element ohne Kontakt mit der rotierenden Welle oder den Rollen (die Welle ruht nur als axialer Anschlag, nicht als rotierender Kontakt) und führt daher nicht zu zusätzlichen Reibungs- oder Geschwindigkeitsbeschränkungen.

Der praktische Unterschied im Lastverhalten ist axial: Ein Lager mit geschlossenem Ende sorgt für einen definierten axialen Anschlag für die Welle und verhindert so eine Bewegung der Welle in eine Richtung ohne zusätzliche Hardware. Ein Lager mit offenem Ende bietet keine inhärente axiale Positionierung – die Welle kann sich axial durch das Lager bewegen, sofern sie nicht durch andere Mittel wie Schultern, Sprengringe oder gepaarte Lager eingeschränkt wird.

Überlegungen zur Montage

Beide Lagertypen pressen sich mit Presspassung in die Gehäusebohrung. Die Installationsmethode unterscheidet sich geringfügig:

Lager mit offenem Ende: Installieren Sie es, indem Sie mit einem flachen Montagestempel, dessen Größe auf den Außendurchmesser der Lagerschale abgestimmt ist, auf den Lagerschalenrand drücken. Der Stempel muss gleichmäßig auf dem gesamten Umfang des Becherrandes aufliegen, um eine Verformung der dünnen Wand zu vermeiden. Drücken Sie mit einem Tiefenanschlag oder einer Fühlerlehre auf die richtige Tiefe – die Becherfläche sollte je nach Konstruktionsanforderung bündig mit der Gehäusebohrungsfläche oder leicht darunter sein.

Lager mit geschlossenem Ende: Beim Einbau muss das geschlossene Ende zuerst in die Bohrung eindringen. Der Montagestempel liegt am offenen Endrand an. Stellen Sie sicher, dass die geschlossene Endkappe mit dem angegebenen Axialspiel – typischerweise 0,1–0,5 mm – korrekt am Bohrungsboden sitzt, um zu verhindern, dass die Kappe während des normalen Radiallastbetriebs als Druckelement belastet wird. Wenn die Kappe unter radialer Lastablenkung den Bohrungsboden berührt, kann sie reißen.

Bei beiden Typen niemals Installationskraft über die Nadelrollen oder den Käfig ausüben. Kraft, die auf die innere Baugruppe und nicht auf den Becherrand ausgeübt wird, beschädigt die Rollen und verformt den Käfig, bevor der Becher vollständig sitzt. Verwenden Sie einen Pressstempel der richtigen Größe und üben Sie Kraft nur auf die Endfläche des Bechers aus.

Das Einsetzen der Welle in beide Lagertypen sollte vorsichtig erfolgen, um ein Verspannen der Welle und ein Abkratzen der Nadelrollen zu vermeiden. Stellen Sie bei Lagern mit offenem Ende durch die Welle sicher, dass die Fase am Wellenende glatt und richtig dimensioniert ist, um den Eintritt zu ermöglichen, ohne sich an den Rollenenden zu verfangen.

Abschluss

Die Wahl zwischen Nadellagern mit offenem Ende und geschlossenem Ende hängt von drei Fragen ab: Geht die Welle durch? Hat die Gehäusebohrung einen geschlossenen Boden? Und ist eine axiale Wellenpositionierung ohne zusätzliche Hardware erforderlich? Anwendungen mit durchgehender Welle und Umlaufschmierung erfordern die offene HK-Serie. Gehäuse mit Sacklochbohrung, selbstzentrierende Wellenanwendungen und Umgebungen, die einen geringen Schutz vor Verschmutzung erfordern, erfordern die BK-Serie mit geschlossenem Ende.

Beide Typen haben den gleichen kompakten Querschnitt, die gleiche hohe radiale Belastbarkeit und die kostengünstige kaltgezogene Konstruktion, die Nadelhülsen-Nadellager zur ersten Wahl für kompakte mechanische Baugruppen in der Automobil-, Elektrowerkzeug- und Industriemaschinenanwendung machen.

Um die Konfigurationen mit offenem und geschlossenem Ende im gesamten Bohrungsgrößenbereich zu vergleichen, besuchen Sie unsere Produktseite für Nadellager mit gezogener Büchse. Dort finden Sie Maßtabellen, Tragzahlen und Serienverfügbarkeit.