In de late jaren 1880 nam de belangstelling voor rollenlagers snel toe. Men ontdekte dat zulke lagers - indien correct ontworpen - bijzondere voordelen bieden boven conventionele olie- of vet-gesmeerde glijlagers.
Wat nu precies uitmaakte of een lager "correct ontworpen" was, bepaalde men proefondervindelijk. Op deze manier werd gedurende de jaren 1890 de bouwwijze van rollenlagers stapje voor stapje verbeterd. Laten we die ontwikkelingsgang eens op de korrel nemen.
De belangrijkste voorwaarden voor een goed rollenlager zijn:
In de vroege ontwerpen werden de rollen van elkaar gescheiden met kleine hulprollen of kogels.
In bovenstaand ontwerp is de binnenring uit één stuk, terwijl de buitenring in het midden is gedeeld zodat het lager kan worden samengebouwd. Dit is niet goed, want tijdens bedrijf zal de naad geleidelijk worden vervormd, waardoor het lager gaat "hameren". De twee halve deksels werden eerst vastgebout op de buitenringhelften, waarna deze werden samengevoegd. Zijdelingse beweging van de rollen en het spiralen van het rollenpakket worden niet effectief voorkomen. De hulprollen wrijven (licht) in hun banen. Ze willen naar buiten vliegen door de centrifugaalkracht. Dat verknoeit hun spatiering. Axiaalkrachten op de as kunnen niet worden opgenomen. Al met al niet zo'n aantrekkelijk ontwerp.
Hierboven zijn zowel binnen- als buitenring ongedeeld, zodat "hameren" niet zal voorkomen. Het linker deksel wordt eerst in de buitenring gezet, daarna worden de rollen en kogels op hun plaats gebracht en tenslotte wordt het rechterdeksel gemonteerd. De rollen zijn zijdelings gefixeerd door de kogels in hun loopgroeven. De exacte positie van het rechterdeksel is van belang. Staat dit niet op de goede plaats, dan worden de kogels verspannen, met als gevolg veel wrijving. De kogels willen door de centrifugaalkracht naar buiten vliegen, waardoor de juiste spatiering verloren gaat. Het spiralen van het rollenpakket wordt niet voorkomen. Axiale krachten (naar links) op de as worden opgenomen door één of meer kogels in een ringvormige groef. Beter maar niet goed genoeg.
De eerste stap voorwaarts was de introductie van zwevende afstandsringen, zoals getoond in onderstaande tekening.
De buitenring (en een eventueel inzetstuk, alleen in de bovenste helft van de tekening getoond) is gedeeld om de samenbouw mogelijk te maken. Dus zal het lager "hameren". De hulprollen kunnen niet naar buiten bewegen omdat ze radiaal worden gefixeerd door de afstandsringen. De hulprollen wrijven (licht) in deze afstandsringen, welk effect wordt versterkt door de centrifugaalkracht die er op werkt. Spiralen van het rollenpakket wordt niet voorkomen. De beweging van de as onder axiale belasting wordt op wel erg grove wijze "voorkomen". Alles bij elkaar: dit ontwerp mag beter zijn dan de voorgaande - maar het kan beslist nog wel verder verbeterd worden.
De volgende stap was logischerwijs te voorkomen dat het rollenpakket gaat spiralen. Daartoe combineerde men de hulprollen aan de linker- en rechterzijde tot enkele (geprofileerde) lange rollen.
De hoofdrollen zijn aan beide zijden verjongd met een ruwweg driehoekige profiel. De hulprollen hebben aan elke zijde twee bolvormige verdikkingen. De twee binnenste verdikkingen passen in de verjongingen van de hoofdrollen; de twee buitenste passen in de afstandsring. Het lager heeft geen binnenring, de hoofdrollen lopen direct op de geharde astap. Het heeft wel een aparte, relatief dunne buitenring, die in het lagerhuis is geperst. De afstandsringen zijn gedeeld en nastelbaar om de speling te kunnen minimaliseren. De hulprollen kunnen niet naar buiten bewegen. De buitenste bolvlakken van de hulprollen lopen met hun naar binnen gerichte zijde in speciale inzetringen. Hierdoor kan geen van de rollen zich axiaal verplaatsen. De (naar links gerichte) axiale belasting op de astap wordt opgenomen in één of meer grote kogels die in een eigen groef lopen. Dit geeft wat wrijving, maar omdat deze op een kleine straal aangrijpt, is het effect te verwaarlozen. De laatste verbetering is een afdichtingsring die vuil, stof en vocht uit het lager weert.
Het hierboven laatstgetoonde ontwerp voldeed uit technisch oogpunt volledig. Helaas was het een tamelijk complexe constructie, die dus werkelijk peperduur uitviel. Naarmate er meer ervaring met afstandsringen werd opgedaan, werd steeds duidelijker dat hulprollen of kogels feitelijk helemaal niet nodig waren. In dat geval moeten de twee afstandsringen stijf met elkaar worden verbonden tot een enkele kooi. Hierin worden de rollen opgehangen met kleine puntlagertjes. De kooi blijft geheel vrij van alle andere lagerdelen. Weliswaar veroorzaken de puntlagertjes die nu zorg dragen voor het uit elkaar houden van de rollen wel enige wrijving, maar deze grijpt op kleine straal aan en mag worden verwaarloosd. De kooi loopt trouwens in een oliebad in het lagerhuis.
Hier een dwars- en een langsdoorsnede van zo'n uitontwikkeld rollenlager.
De rollen hebben aan beide zijden conische uiteinden. Ze zijn door en door gehard en de conusjes lopen in kleine bronzen blokjes, die aan de binnenzijde van de kooiringen zijn bevestigd. Hiernaast zie je zo'n lagertje.
De twee kooiringen zijn stijf verbonden met langsliggers tussen de rollen. De rollen (en dus ook de kooi) zijn zijdelings gefixeerd door twee lage borsten op de binnenring van het lager. De buitenring is glad. Heb je de afdichting aan de rechterzijde gezien? En kijk eens hoe de (naar links gerichte) axiale krachten op de astap worden opgenomen in een paar schijven: eentje gehard staal, heel licht bolvormig; de ander brons.
Hoe dimensioneer je de onderscheiden lagercomponenten? Te hoge spanningen in de lagers zullen tot miniscule elastische afplatting van de rollen leiden. Doet zich zo'n deformatie voor, dan moeten de rollen a.h.w. "tegen de hol op" lopen. Dat resulteert in een sterk toegenomen aanloopkoppel.
Daarom kies je het aantal rollen en de lengte daarvan zo groot dat de lineare spanningen tamelijk gering zijn. Ook kies je de diameter van de rol vrij groot, zodat ze niet in de lagerringen worden ingedrukt. Dat zou wederom "tegen de hol op" betekenen.
Hoe zwaarder de schokbelasting op het lager, hoe langer en dikker je de rollen maakt. Zeer hoge lagerbelastingen en zware schokken - ook indien maar heel kort - kunnen plastische vervormingen in rollen en/of ringen veroorzaken. Dan kun je het lager wel weggooien.
Hou er wel rekening mee, dat naarmate je het aantal rollen en hun afmetingen groter kiest, ook de buitenafmetingen van het lager steeds groter worden. De gebruikelijke verhouding diameter / lengte van de rollen was 1:5 à 1:6; de verhouding diameter rol / diameter astap was 1:1 (lichte lagers) tot 1:2 (zware lagers).
Welke materialen waren het best geschikt voor de verschillende lagerdelen? Meestal werden de rollen van gepolijst koudgetrokken staal gemaakt; en de ringen uit kroezen-gereedschapstaal (voor zwaar belaste lagers) of hard (wit) gietijzer (voor licht belaste lagers).
Het was gebruikelijk om de rollen wat zachter te houden dan de ringen. Per slot van rekening is het veel makkelijker en goedkoper om rollen te vervangen dan ringen.
Wanneer echter relatief dunne rollen werden toegepast, moesten deze zo hard mogelijk gemaakt worden, omdat zij makkelijker afplatten en daardoor al snel moeilijk aanlopen.