Wälzlager SKF führt praxisnähere Theorie ein: Lagerlebensdauer realistisch berechnen

Theoretisch sollten sich zwei baugleiche Wälzlager mit identischen Tragzahlen in der gleichen Anwendung auch gleich verhalten. In der Realität ist das jedoch kaum der Fall, denn die dynamische Tragzahl „C“ spiegelt die realen Anwendungsbedingungen nur unzureichend wider. Ein neues Berechnungsmodell von SKF verspricht Abhilfe.

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Wälzlager sollen vielen Ansprüchen genügen. Bei einigen Anwendungen steht zum Beispiel ein geringes Reibungsmoment im Fokus; andernorts mag ein niedriger Geräuschpegel entscheidend sein. Häufig steht jedoch die tatsächliche Gebrauchsdauer im Fokus – und die hängt nicht nur von der Qualität des Stahls oder vom Lagerdesign ab. Maßgebliche Faktoren dafür sind außerdem die Schmierung sowie die Dichtwirkung. Das Problem dabei: Die Tragzahl „C“ gibt keinen Aufschluss über diese lebensdauerrelevanten Größen.

Beispiel Elektromotor: Hier werden Lager typischerweise mit geringen bis mittleren Belastungen (C/P > 8) und hohen Drehzahlen (n > 1000 min^-1) betrieben. Die Lager in solchen Motoren fallen heutzutage kaum noch wegen Ermüdung des Stahls aus, sondern weil beispielsweise das Ende der Fettgebrauchsdauer erreicht wird. Um diese Frist zu verlängern und gleichzeitig das Reibungsmoment zu senken, hat SKF unter anderem energieeffiziente (E2) Rillenkugellager entwickelt: Deren Reibungsmoment liegt bei solchen Betriebsbedingungen mindestens 30 % unter dem gleichgroßer SKF-Explorer Rillenkugellager. Obwohl die E2-Lager niedrigere Tragzahlen als ihre Explorer-Pendants aufweisen, erzielen sie höhere Standzeiten. Denn ihre geringere Reibung verursacht weniger Hitze, was die Fettgebrauchsdauer erhöht und die Dichtungsalterung verlangsamt.

Das zeigt, dass die Kenntnis der Anwendungsanforderungen sowie das Verständnis der verschiedenen Schadensmechanismen für die Lagerkonstruktion von entscheidender Bedeutung sind: Es geht darum, Wälzlager hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens in der späteren Anwendung zu optimieren.

Das klassische Modell berücksichtigt nur die Werkstoffermüdung in der Tiefe

Mit dem neuen „Field Performance“-Programm stößt SKF in diese Richtung vor. Bestandteil dieses Programms ist unter anderem ein innovatives Lebensdauermodell, das das Unternehmen „SKF Generalized Bearing Life Model“ nennt. Dabei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Modells, das SKF schon vor über 30 Jahren vorgestellt hat. Heute findet das traditionsreiche Modell zwar weltweit Verwendung, aber es basiert noch auf der klassischen Werkstoffermüdung in der Tiefe. Daraus leitet es die Erlebenswahrscheinlichkeit ab (auf Grundlage einer Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilung) und modifiziert diese durch Einflussfaktoren in Abhängigkeit von unzureichender Schmierung und dem Grad der Verunreinigung.

Ein Nachteil dieses Modells ist, dass neue Erkenntnisse darin nur sehr begrenzt berücksichtigt werden können – beispielsweise die Einflüsse von verbesserten Wärmebehandlungsprozessen, neuen Materialien, speziellen Beschichtungen, optimierten Oberflächen und verbesserten Wälzkörper- und Laufbahnprofilen. Deren positive Auswirkungen auf die Lagerlebensdauer lassen sich nicht einfach durch eine Erhöhung der dynamischen Tragzahl „C“ oder durch das Hinzufügen neuer globaler Faktoren zur Lebensdauergleichung abbilden.

Hinzu kommt, dass die meisten Ausfälle heutzutage auf Oberflächenzerrüttung oder Verschleiß aufgrund von Verunreinigung, unzureichender Schmierung oder anderen Betriebsbedingungen zurückzuführen sind. Eindrückungen, Verschleiß oder Oberflächenzerrüttung, um nur einige zu nennen, beeinflussen eine sehr dünne Materialschicht an der Oberfläche im Wälzkontakt, während die klassische Ermüdung des Wälzlagers in der Tiefe beginnt.

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