Rollen und Räder für den industriellen Einsatz - Aufbau und Einsatzbereiche

Im Maschinenbau und generell bei Automatisierungsprozessen ist es unabdingbar, dass Materialien und Baukomponenten schnell und effizient von A nach B transportiert werden. Auch eine gezielte Führung und Ausrichtung entlang der Förderwege ist dabei wichtig. Rollen und auch Walzen, tragen einen Großteil zur Erfüllung dieser Funktionen bei. Welche Arten es gibt, welche Materialien verwendet werden und bei welchen konkreten Anwendungsfällen Rollen zum Einsatz kommen, wird in diesem Artikel geklärt.

Definition: Rollen, Walzen, Räder, Bandagen und deren Aufbau

Eine Rolle im Sinne der Mechanik ist ein kreisringscheibenförmiges (hohlzylinderförmiges) Maschinenelement, welches möglichst reibungsarm auf einer Achse oder einem Rollenzapfen als Rotationsachse drehbar gelagert ist. Die Unterscheidung zwischen Rolle und Walze, auch Tragwalze, bezieht sich nicht auf die Funktion, sondern auf deren Geometrie. Rollen und Walzen sind geometrisch gesehen beides Hohlzylinder und unterscheiden sich durch das Verhältnis von Bauteilradius und Bauteilhöhe. Überschreitet die Breite der Lauffläche einer Rolle ihren Radius, wird in der Regel von Walzen gesprochen.

Räder sind ebenfalls Komponenten, die eine abrollende Bewegung ermöglichen. Im Vergleich zu Rollen bestehen Räder jedoch üblicherweise aus einer Felge, einer Bandage (Laufbelag) und einem Radlager. Eine Achse oder ein Lagerzapfen verbindet den Radkörper mit dem Gehäuse und sorgt für stabilen Sitz in der Halterung. Eine Bandage ist die Schutz- bzw. Verschleißschicht, die auf eine Rolle oder ein Rad aufgebracht wird, der sog. Laufbelag. Diese nimmt zusätzlich Einfluss auf die Leichtgängigkeit.

Je nach Untergrundbeschaffenheit sollten verschiedene Bandagen gewählt werden. Gummi zeichnet sich z.B. durch eine hohe Bodenschonung aus, hat aber einen vergleichsweise hohen Anfahr- und Rollwiderstand. Metallbeläge haben eine sehr hohe Tragfähigkeit, eignen sich aufgrund der hohen Flächenpressung aber nicht für empfindliche Böden. In der Praxis kommen auch spezielle Hochleistungskunststoffe zum Einsatz, die durch geringes Gewicht und hohe Verschleißfestigkeit überzeugen.

Bei Rollen wird die Last im Gegensatz zum Rad direkt vom Außenring aufgenommen (Direktkontakt). Dies unterscheidet Rollen von reinen Kugellagern, welche aufgrund ihres Anwendungsbereiches und der damit verbundenen anderen Lastverteilung auch einen weniger dicken Außenring haben können. Eine Lauf- oder Stützrolle ist also technisch gesehen ein im Außenring verstärktes Wälzlager.

Verschiedene Einsatzmöglichkeiten von Rollen

Grundlegend ermöglichen Rollen Bewegungen. Dabei können sie verschiedene Aufgaben übernehmen. Ihre Haupteinsatzgebiete sind:

• Betriebsmittel, z.B. Apparaterollen, Antriebstechnik, z.B. Antriebsrolle
• Fördertechnik, z.B. Laufrollen
• Antriebstechnik, z.B. Antriebsrollen, Maschinenkomponenten, z.B. Transportrollen für Maschinen im Schwerlastbereich

Als Betriebsmittel werden z.B. Apparaterollen zur Erleichterung des Transports von schweren Geräten eingesetzt. Dazu werden sie unten an einem Transportwagen oder einem Gerät selbst verschraubt. In der Antriebstechnik unterstützen Rollen bei der Übertragung von Energie zwischen verschiedenen Antriebselementen und nehmen dabei Einfluss auf Drehzahl und Geschwindigkeit. In der Fördertechnik finden sich Rollen nicht nur beim Transport, sondern in diversen weiteren Anwendungen. Hier werden sie in der Regel aber nicht fest mit dem Transportgut verbaut, sondern unterstützten z.B. in Rollenbahnen den Materialfluss. Spezielle Förderband-Umlenkrollen leiten Förderbänder in die richtige Richtung und stabilisieren die Bewegung.

Weitere Informationen zur Fördertechnik finden Sie in unserem Artikel Fördertechnik in der Industrie.

Materialien für Rollen

Welches Material für eine Rolle gewählt wird, hängt davon ab, mit welchem Material oder Werkstück die Rolle in Kontakt kommen wird. Grundlegend werden folgende Materialien verwendet:

• Polyurethan (PU) / Gummi
• Metall
• Harz
• Hochleistungskunststoffe

Rollen aus Polyurethan und Gummi kommen dabei zum Einsatz, wenn empfindliche Materialien und Oberflächen behandelt werden, wie z.B. Papier oder dünne Blechteile. Hochleistungskunststoffe (z.B. Polyamid, POM) werden in Umgebungen mit besonderen hygienischen Anforderungen verwendet. Sie haben eine glatte Oberfläche, was für wenig Reibung sorgt, und gehen keine chemischen Reaktionen ein. Metallrollen hingegen werden bevorzugt in Umgebungen mit extremen Temperaturen, aggressiven Chemikalien oder starken mechanischen Belastungen eingesetzt, wo Rollen aus PU oder Gummi keinen Bestand hätten.

Details zu Hochleistungskunststoffen und ihren Eigenschaften finden Sie in unserem Artikel Spezialkunststoffe in der Praxis: Eigenschaften, Widerstandskraft und Anwendungsbeispiele.

Verschiedene Rollenarten

Rollen lassen sich hinsichtlich ihrer Geometrie und damit verbundener Einsatzmöglichkeiten unterscheiden. Der Begriff Laufrolle bezieht sich dabei allgemein auf eine mitlaufende, d.h. nicht angetriebene, Rolle. In der Praxis wird jedoch hinsichtlich ihrer Funktion und dem damit verbundenen konstruktivem Aufbau unter Laufrollen, Stützrollen, Umlenk- und Führungsrollen, Kurvenrollen und Transportrollen unterschieden.

Laufrollen

Laufrollen, auch Unterwalzen genannt, sind neben diversen industriellen Anwendungen auch wesentliche Bauteile in den Fahrwerksystemen schwerer Industriefahrzeuge wie Raupenbagger und Kettenfahrzeugen. Hier sorgen Laufrollen für eine stabile und mobile Maschinenbasis und absorbieren gleichzeitig Stöße. Am unteren Teil des Unterwagens verbaut, haben sie direkten Kontakt mit der sich beim Fahren bewegenden Kette und stützen so das Gewicht der Maschine auf dem Boden ab.

Meist wird unter einer Laufrolle aber ein Lager verstanden, welches aus einem ein- oder mehrreihigen Kugellager mit verstärktem Außen- und Innenring besteht. Der verstärkte Außenring bildet die Lauffläche der Laufrolle. Diese Lauffläche kann direkt aus dem äußeren Ring bestehen, oder ein weiteres Material zur Verbesserung der Laufeigenschaften aufgebracht werden.

Vorteile von Laufrollen sind:

• hohe Tragfähigkeit
• widerstandsfähig
• optimierte Führung und Kraftübertragung.

Mehr über Laufrollen bzw. Kurvenrollen und ihre Verwendung erfahren Sie in unserem Artikel Kurvenrollen und Stützrollen: Grundkenntnisse und bestimmungsgemäße Verwendung.

Kurvenrollen

Kurvenrollen sind hochstabile Wellenlager mit einem dicken Außenring und einem Wälzlagerkäfig mit integrierten Nadelrollen. Die Ausführung mit Nadelrollenkäfig hilft bei der Erhöhung der Drehleistung, um auch Hochgeschwindigkeiten bewältigen zu können. Der Außenring ist dicker als bei normalen Wälzlagern, um eine Verwendung bei hoher Stoßlast oder schweren Lasten zu erlauben.

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über verschiedene Kurvenrollen:

Förderrollen

Förderrollen werden zum Befördern von z.B. Transportgut verwendet. In Rollenförderern beispielsweise werden meist mehrere parallellaufende drehbare Rollen eingesetzt, um so Objekte zu transportieren. Sie sind zuverlässig, halten oft hohe Traglasten aus und werden aus diesem Grund auch in Förderbändern eingesetzt. Förderrollen dienen auch als Antriebswellen in riemengetriebenen Fördersystemen. Sie bestehen in der Regel aus robustem Kohlenstoff- bzw. gehärtetem Werkzeugstahl, da sie in der Lage sein müssen, Drehmomentbelastungen zu übertragen. Für Anwendungen mit besonders hohen Belastungen können sie mit einer Chrombeschichtung versehen werden. Eine Variante einer Förderrolle wäre eine Umlenkrolle mit Kugellager. Durch das Kugellager wird der Reibungswiderstand minimiert. Im Fördersystem werden sie auch als Tragrollen in Rollenbahnen verwendet, um Materialien effizient zu transportieren. Vorteile von Förderrollen sind:

• geringe Reibung
• hohe Tragfähigkeit
• verschiedene Antriebsmöglichkeiten z.B. Riemen, Motor
• effizienter Materialtransport.

Förderrollen sind essenzielle Bestandteile von Gurtförderern und Rollenbahnen. Mehr dazu in unserem Artikel Gurtförderer im Fokus: Aufbau, Förderkapazität und Riemenwahl für optimierte Prozesse und Röllchenbahnen, Rollenbahnen, Rollenleisten – Aufbau, Funktion und Vorteile.

Stützrollen, Tragrollen, Tragwalzen

Stützrollen sind hochstabile Lager mit einem Wälzlagerkäfig mit nadelförmigen Walzen als Wälzkörper. Aufgrund des wellenfreien Aufbaus sind sie platzsparend einsetzbar. Der Aufbau kombiniert einen dicken Außen- und Innenring mit nadelförmigen Wälzkörpern wie bei einer Kurvenrolle. Stützrollen können in Bereichen eingesetzt werden, in denen Kräfte wirken oder Hochgeschwindigkeit gefordert ist. Die Länge des Stifts zum Befestigen der Stützrolle ist konfigurierbar, sodass Sich die Stützrollen sehr gut an die notwendige Montagesituation anpassen lassen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über verschiedene Stützrollen:

Ebenso wie Stützrollen erfüllen Tragrollen, auch Oberwalzen genannt, eine tragende bzw. unterstützende Funktion. Wie alle Laufrollenarten sind Tragrollen nicht angetrieben. Tragrollen, auch Tragwalzen genannt, haben keinen direkten Kontakt zum Boden, sondern zum zu tragenden Gut bzw. dem Band oder Gurt auf dem das zu tragende Objekt transportiert wird.

Am Beispiel des Raupenbaggers sind Tragrollen im oberen Bereich des Unterwagensystems installiert und sind dafür verantwortlich, die Ketten des Raupenbaggers gleichmäßig zu führen und das Durchhängen zu verhindern. In Förderbändern stützen sie das Band, um ein Durchhängen des Bandes durch das Gewicht des Fördergutes zu verhindern. In Rollenförderern sind Tragrollen als nicht angetriebene Rollen verbaut und tragen hier das Gewicht der zu transportierenden Objekte.

Führungsrollen

Führungsrollen dienen der präzisen Lenkung und Kontrolle. Dabei stellen sie z.B. sicher, dass ein transportiertes Gut in seiner festgelegten Bahn bleibt. In der Industrie werden häufig Führungsrollen aus Stahl verwendet, da diese besonders hohe Belastungen aufnehmen können. Kugelgelagerte Führungsrollen sorgen für einen reibungslosen Transport und ermöglichen durch verschiedene Nutprofile und Formen eine Anpassung an das zu führende Objekt.

Führungsrollen gibt es mit unterschiedlichen Nuten, die ein optimales Aufgreifen und eine sichere Führung gewährleisten. Es gibt z.B. U-Nut-Profile für runde Schienen, V-Nut-Profile für dreieckige Schienen und H-Nut-Profile für rechteckige Schienen.

Vorteile von Führungsrollen sind:

• präzise Führung
• hohe Stabilität
• verschiedene Nutprofile
• reduzierter Verschleiß.

Für Informationen zu Profilschienenführungen lesen Sie unseren Artikel Profilschienenführungen: Arten, Funktion, Nutzungsdauer, Wartung, Alternativen.

Kugelrollen

Kugelrollen sind eine spezielle Art von Wälzlagern, deren Besonderheit schnelle Bewegungen in jede Richtung und Ebene sind. Ihr Hauptanwendungsgebiet ist die Fördertechnik.

Das Gehäuse von Kugelrollen besteht häufig aus Stahl oder Stahlblech. In dessen Innerem ist ein Kugelbett integriert, welches mit Stützkugeln befüllt ist. Auf den Stützkugeln ist eine Tragkugel als Rollenelement platziert. Dadurch wird eine reibungsarme Bewegung ermöglicht. Kugelrollen können außerdem hohen Belastungen standhalten. Vorteile von Kugelrollen sind:

• geräuscharm
• leichtgängig
• können hohe Belastungen aufnehmen
• geringes Eigengewicht
• einfache Befestigung
• hohe Lebensdauer.

Lenkrollen, Geräterollen, Bockrollen

Lenkrollen werden zur Richtungssteuerung eingesetzt.

Für eine einfache Bewegung sind oft Drehkränze verbaut, die eine 360-Grad-Drehung ermöglichen. Lenkrollen, Geräterollen und Bockrollen finden sich in vielen Transportanwendungen wieder. Das reicht vom Anschrauben an Transportboxen zum besseren Bewegen bis hin zu Schwerlast-Lenkrollen für starke Belastung im industriellen Umfeld. Im Gegensatz zu Lenkrollen sind Bockrollen starr und erhöhen dadurch die Stabilität bei linearen Bewegungen. Eine Kombination aus beiden stellt sicher, dass auch große und schwere Geräte sicher und flexibel bewegt werden können. Vorteile von Lenkrollen sind:

• hohe Manövrierbarkeit
• einfache Richtungssteuerung
• geringer Kraftaufwand.

Nähere Informationen zum Thema Lenkrollen und Bockrollen und was bei der Auswahl zu beachten ist finden Sie auch in unserem Artikel „7 Schritte zur Auswahl einer Lenkrolle“.