Die Welle dehnt sich aus, der Außenring gleitet im Gehäuse, und irgendwo in dieser Bewegung beginnt das Problem: Fretting-Korrosion an der Passfläche, unruhiger Lauf, Vibrationen, die sich durch die ganze Maschine ziehen. Was zunächst wie normaler Verschleiß aussieht, ist häufig eine Folge des Konstruktionsprinzips. Denn überall dort, wo sich Wellen durch Temperaturänderungen axial ausdehnen, muss diese Bewegung von der Lagerung aufgenommen werden. Genau diese Aufgabe übernimmt in der klassischen Fest-Los-Lagerung das Loslager, allerdings nicht ohne Nebenwirkungen.

Das ist kein Defekt und kein Montagefehler. Das Problem liegt im Funktionsprinzip selbst. Denn der notwendige Längenausgleich erfolgt durch das Gleiten des Außenrings im Gehäuse. Unter ungünstigen Betriebsbedingungen kann genau diese Relativbewegung Reibung, Verschleiß und Schwingungen verursachen.

Die Frage lautete deshalb nicht, wie sich das Loslager verbessern lässt, sondern ob sich der axiale Längenausgleich grundsätzlich anders lösen lässt. SKF nahm das in den 1990er-Jahren zum Anlass, das Loslager grundlegend neu zu denken. Mit dem CARB-Toroidalrollenlager entwickelte SKF eine neue Lagergeometrie, bei der der Längenausgleich innerhalb des Lagers erfolgt und kein Gleiten zwischen Außenring und Gehäuse mehr erforderlich ist. Schaeffler folgte später mit der TORB-Ausführung.

Wie beide Lager dieses Problem lösen, welche Vorteile Toroidalrollenlager gegenüber klassischen Loslagern bieten und wo sie sich unterscheiden, schauen wir uns hier an.

Das stille Problem jeder Fest-Los-Lagerung
Das klassische Loslager lässt axiale Bewegung zu, indem der Außenring im Gehäuse gleiten kann. In der Praxis erzeugt genau dieses Gleiten Reibung, Stick-Slip-Effekte, Fretting-Korrosion und Vibrationen.

Bei langen Maschinen, hohen Temperaturen oder rauen Umgebungsbedingungen verstärken sich diese Effekte schnell. Die Folge sind ungeplante Ausfälle und kürzere Wartungsintervalle. Nicht, weil die Konstruktion fehlerhaft ist, sondern weil das System diese Bewegung selbst erzwingt.

Die entscheidende Frage war also: Lässt sich dieses Gleiten überflüssig machen?

Ein Lager, das zwei Eigenschaften vereint
Genau hier setzt das Toroidalrollenlager an. Seine Besonderheit besteht darin, dass es zwei Anforderungen gleichzeitig erfüllt: Es nimmt hohe Radiallasten auf und gleicht axiale Längenänderungen der Welle innerhalb des Lagers aus. Damit übernimmt es die Funktion eines Loslagers, ohne dass der Außenring im Gehäuse gleiten muss.

Die Rollen sind lang und leicht ballig geformt, die Laufbahnen toroidal, also sattelförmig geschwungen.

Dadurch können sich die Rollen selbst so ausrichten, dass sich die Last gleichmäßig über die gesamte Rollenlänge verteilt. Das funktioniert auch dann, wenn Innen- und Außenring gegeneinander verschoben oder schiefgestellt sind.

Das Ergebnis ist ein Lager, das die Winkeleinstellbarkeit eines Pendelrollenlagers mit der axialen Verschiebbarkeit eines Zylinderrollenlagers verbindet: bis etwa 0,5 Grad Winkelversatz und ein axialer Verschiebeweg von ungefähr ±10 Prozent der Lagerbreite werden intern ausgeglichen, ohne dass der Außenring das Gehäuse berührt.

Wichtig ist aber auch, was dieses Lager nicht kann: Es ist ein reines Radiallager. Axiallasten nimmt es nicht auf. Sie dürfen auch nicht eingebracht werden. Diese Aufgabe übernimmt das Festlager, dazu gleich mehr.

CARB: SKFs Entwicklung mit jahrzehntelangem Vorsprung
SKF brachte das CARB-Toroidalrollenlager in den 1990er-Jahren auf den Markt und hat das Konzept seither konsequent weiterentwickelt. Heute zählt CARB zu den etablierten Lösungen für Anwendungen, in denen thermische Längenänderungen, Wellendurchbiegung und hohe Radiallasten zuverlässig beherrscht werden müssen. Das Sortiment umfasst 13 ISO-Maßreihen sowie Ausführungen mit zylindrischer und kegeliger Bohrung. Dazu kommen Käfige aus Kunststoff, Stahlblech oder Messing sowie vollrollige und abgedichtete Varianten. Alle CARB-Lager gehören zur SKF Explorer-Klasse, die wir im vorletzten Artikel bereits kennengelernt haben.

Wie SKF die Industrie neu lagerte: Die Entstehungsgeschichte von Pendelkugel- und Pendelrollenlagern

Dass das Konstruktionsprinzip in der Praxis hält, was es verspricht, lässt sich an konkreten Fällen ablesen.

Bei großen Industrieventilatoren entstehen Vibrationen, sobald das klassische Loslager im Gehäuse nicht sauber gleitet. Der Austausch gegen ein CARB-Lager reduzierte in dokumentierten Anwendungen die Schwingungen deutlich, ohne dass die übrige Lagerung verändert werden musste.

Noch deutlicher zeigt sich der Unterschied in Stranggießanlagen. Dort wirken abrasive Partikel, aggressive Chemikalien, extreme Temperaturen und starke Lastspitzen gleichzeitig auf das Lager. Unter diesen Bedingungen konnte in einer dokumentierten Anwendung die Lagerlebensdauer nach der Umrüstung auf CARB verdoppelt werden.

Solche Verbesserungen bedeuten nicht nur längere Standzeiten einzelner Lager. Sie verlängern Wartungsintervalle, reduzieren ungeplante Stillstände und erhöhen die Anlagenverfügbarkeit.

TORB: Schaefflers Antwort mit klarem Branchenfokus
Mit dem TORB-Toroidalrollenlager entwickelte auch Schaeffler eine Lösung nach demselben Funktionsprinzip. Die Kernparameter sind weitgehend identisch: bis zu 0,5 Grad Winkeleinstellbarkeit, ein axialer Verschiebeweg von ungefähr ±10 Prozent der Lagerbreite und eine Temperaturfestigkeit bis 200 Grad Celsius.

Dass Schaeffler den von SKF eingeschlagenen Weg aufgriff, spricht für das Konzept. Die X-life-Ausführung steht bei Schaeffler für erhöhte Tragfähigkeit und verlängerte Gebrauchsdauer.

Im Unterschied zu SKF positioniert Schaeffler das TORB besonders für Anwendungen in der Papierindustrie. Genau dort zeigt das Lager seine Stärken. Kaum eine Anwendung stellt so viele Anforderungen gleichzeitig: Lange, dampfbeheizte Trockenzylinder dehnen sich thermisch aus, Winkelfehler entstehen durch Durchbiegung und der Betrieb muss über Monate ohne ungeplante Stillstände laufen.

TORB kann an diesen Zylindern eine axiale Wärmedehnung von bis zu 15 Millimetern aufnehmen, ohne zusätzliche Axialkräfte in das Lagersystem einzuleiten.

Warum Pendelrollenlager und Toroidalrollenlager so gut zusammenpassen
Toroidalrollenlager ersetzen das Loslager, sie ersetzen jedoch niemals das gesamte Lagerungskonzept. Als Festlager empfehlen beide Hersteller ein Pendelrollenlager, und diese Paarung ist kein Zufall.

Pendelrollenlager können Winkelfehler aufnehmen, das Toroidalrollenlager übernimmt zusätzlich die axiale Ausdehnung. Zusammen ergibt das ein Lagersystem, das Fluchtungsfehler, Wellendurchbiegung und thermische Längenänderung aufnimmt, ohne dass Zwangskräfte entstehen, die Lager, Welle oder Gehäuse belasten.

Die Aufgabenverteilung ist dabei eindeutig: Das Pendelrollenlager führt die Welle axial und nimmt Axialkräfte auf. Das Toroidalrollenlager trägt ausschließlich Radiallasten und ermöglicht den Längenausgleich.

Wer diese Kombination plant, sollte einen Punkt im Blick behalten: Axiale Verschiebung und Winkelfehler verringern das radiale Betriebsspiel. Auf beiden Seiten des Toroidalrollenlagers braucht es konstruktiven Freiraum, und das verbleibende Spiel sollte vor der Inbetriebnahme geprüft werden.

Fazit
Toroidalrollenlager lösen einen konstruktionsbedingten Zielkonflikt der klassischen Fest-Los-Lagerung. Statt den axialen Längenausgleich durch gleitende Passflächen zu ermöglichen, findet die Bewegung innerhalb des Lagers statt. Dadurch lassen sich Reibung, Fretting-Korrosion und Zwangskräfte deutlich reduzieren.

CARB und TORB basieren auf demselben technischen Prinzip. SKF bietet heute das breitere und über viele Jahre weiterentwickelte Sortiment. Schaeffler setzt mit TORB einen klaren Schwerpunkt auf Anwendungen in der Papierindustrie. Welches Lager die bessere Wahl ist, entscheidet deshalb weniger das Funktionsprinzip als die jeweilige Anwendung.