Wälzlager haben, wie andere Maschinenkomponenten auch, mit Problemen wie Verschleiß zu kämpfen. Verschleiß beschreibt die fortschreitende Entfernung von Material an Oberflächen. Der Verschleiß entsteht durch das Aufeinandereinwirken zweier Kontaktflächen während des Betriebs.
Im Wälzlagerbereich kann sich Verschleiß auf verschiedene Bauteile wie zum Beispiel abgenutzte Laufbahnoberflächen, Käfige, Führungsborde, Wälzkörper und Dichtungen beziehen. Eine verschlissene Oberfläche charakterisiert sich beispielsweise zumeist dadurch, dass sie oft Kratzer und eine erhöhte Rauheit aufweist. Oft hört man, dass das Lager in der jeweiligen Maschine zunehmend lauter wird und dass Schwingungen stärker werden. Eine mögliche Ursache kann ein verschlissenes Wälzlager sein. Zum Ermitteln dieser Ursachen werden unter anderem Schwingungsmessgeräte eingesetzt, mit deren Hilfe man spezifische Überroll- oder Schadfrequenzen an der Lagerung erkennen kann.
Gründe für die Entstehung von Verschleiß
Ähnlich wie bei der Bildung von Rissen und Brüchen lässt sich festhalten, dass das Entstehen von Verschleiß auf diverse Auslöser zurückzuführen ist. Mögliche Gründe können Schmierungsfehler (zum Beispiel Schmierstoffmangel, Schmierstoffüberfluss oder eine falsch gewählte Viskosität) sein. Dabei ist eine Folge von Mangelschmierung die Mischreibung. Durch den Anstieg der Reibung kommt es zu einer Temperaturerhöhung im Wälzlager, einem erhöhten Geräuschniveau und einem Anstieg der Schwingungen. Weitere Ursachen für ein verschlissenes Lager können beispielsweise die Betriebsbedingungen (Überlastung, externe Vibrationen, zu hohe Lastwechsel) oder auch Montagefehler (Verkanten, mangelhafte Befestigung, falsche Toleranz- und Passungswahl) sein.
Verschleiß lässt sich in zwei Formen differenzieren, in abrasiven und adhäsiven Verschleiß. Abrasiver Verschleiß entsteht mit Vorhandensein harter Partikel: Hierbei reiben solche Partikel oder allgemein harte Oberflächen über eine weitere Oberfläche. Währenddessen wird aus letzterer Fläche Material entfernt, wobei diese zunehmend geschädigt wird. Beachtet werden muss, dass diese Oberfläche bei harten Partikeln im späteren Verlauf zunehmend matt und bei Einwirkung feiner Partikel tendenziell poliert erscheint. Typisch für abrasiven Verschleiß ist, dass die Anzahl der Partikel im Wälzlager progressiv zunimmt, bevor es letztendlich zu einem Lagerausfall kommt.
Adhäsiver Verschleiß charakterisiert sich durch die Übertragung von Material von einer Oberfläche zur anderen. Wichtig dabei ist, dass die Energie für diesen Prozess durch den Schlupf zwischen den Kontaktpartnern erzeugt wird. Untersuchungen an der Oberfläche eines verschlissenen Lagers zeigen, dass die Oberfläche anläuft oder sich Neuhärtezonen bilden. Beides führt zu lokalen Spannungskonzentrationen und bedeutet ein erhöhtes Risiko von Rissbildung oder Ausbrüchen im Kontaktbereich. In der Literatur findet man diesbezüglich Begriffe wie „Anschmierungen“ oder „Fressen“. Beide Worte beschreiben den gleichen Ausfallmechanismus. Unterscheiden lassen sich diese nur aufgrund des Fehlerbildes oder – anders gesagt – Anschmierungen werden zu Fressspuren.
Bei großen Zylinder- und Pendelrollenlagern, welche nur wenig belastet sind, kann man sehr oft adhäsiven Verschleiß feststellen. Der Entstehungsmechanismus läuft dabei wie folgt ab: Beim Eintritt in die Lastzone werden die Wälzkörper auf die kinematische Drehzahl beschleunigt, dabei kann der trennende Schmierfilm abreißen und es kann zu einem kurzzeitigen Verschweißen der Oberflächen kommen. Diese Verbindung wird aber im nächsten Augenblick wieder getrennt. Nach einer gewissen Laufzeit kann dadurch ein Lagerschaden entstehen.
Des Weiteren können Relativbewegungen zwischen Innenring und Welle bzw. Außenring und Gehäuse zu adhäsivem Verschleiß führen. Grund dafür ist das „Wandern der Ringe“ (auch Creeping genannt), beispielsweise aufgrund der geringfügig unterschiedlichen Durchmesser der jeweiligen Bauteile oder auch, wenn die Lagerringe zu lose gepasst sind.
Prävention von Verschleiß
Es lassen sich mehrere Vorgehensweisen nennen, um einem potenziellen Verschleiß von Wälzlagern vorzubeugen:
- Korrekte Schmierung (Schmierstoffmenge, -methode und die Schmierstoffqualität)
- Adäquate Betriebsbedingungen (Schiefstellung, Vibrationen, Überprüfung der Belastung)
- Überprüfung der Montage (Einbau, Befestigung der Lagerung, Passungswahl)
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