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Wälzlager Wie ein Lagerausfall verhindert werden kann

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Heiko Wagner / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Selten gibt es nur einen Auslöser, der einen Lagerausfall verursacht. Die richtige Kombination finden und vorzeitigen Ausfall verhindern – dabei ist Ingenieurskunst gefragt.

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Die kleinsten Oberflächenabschälungen führen zum vorzeitigen Ausfall und lassen sich oft nur durch eine mikroskopische Oberflächenprüfung feststellen.
Die kleinsten Oberflächenabschälungen führen zum vorzeitigen Ausfall und lassen sich oft nur durch eine mikroskopische Oberflächenprüfung feststellen.
(Bild: Eisenhart Laeppche)

Die Suche nach dem Schaden beginnt nicht immer erst nach dem Lagerausfall, sondern oft schon weit im Voraus. Dafür kann beispielsweise eine computergesteuerte sensorische Überwachung an der Maschine eingesetzt werden. Die hochempfindlichen Geräte messen jede kleinste Schwingung und die Temperatur des Lagers. Zusätzlich kann noch ein Drehzahlsensor angeschlossen werden. Misst ein Gerät Abweichungen oder Unstimmigkeiten, deutet dies auf einen unregelmäßigen Lauf und somit auf einen möglichen vorzeitigen Ausfall hin. Vorzeitiger Ausfall bedeutet, dass ein Wälzlager weniger Laufstunden leistet als berechnet. Wenn entsprechende Gegenmaßnahmen nicht eingeleitet werden, kann es zu einem Worst-Case-Szenario wie einen unerwarteten Maschinenstillstand kommen, was für jeden Betrieb hohe Verluste bedeutet.

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Bei einem Austausch wird das betroffene Lager vom Kunden an den Großhändler und Dienstleister Eisenhart Laeppché geschickt. Die Aufgabenstellung für die Ingenieure lautet, die Schäden einzuordnen und die verursachenden Faktoren zu ermitteln. Sind die Schäden an dem Lager offensichtlich, erkennen die erfahrenen Ingenieure oft sofort den Auslöser. So deuten sichtbare Fehlläufe beispielsweise auf Einbaufehler oder unvorhergesehene Wirkkräfte hin.

Ausfallursache: Schmierstoffprobleme

Feuchtigkeit oder Staubpartikel im Lagerinneren lassen sich oftmals auf eine schadhafte Dichtung zurückführen. Eine weitere häufige Ausfallursache sind Schmierstoffprobleme. Abrieb an der Oberfläche oder eine erhöhte Rauheit der Wälzkörperlaufbahn ist zum Beispiel ein häufiges Merkmal für eine Mangelschmierung. Je nach Einsatz der Maschinen ist auch die Temperaturbeständigkeit des Schmierstoffs wichtig. Ebenso kann ein Schmierstoffüberschuss das Wälzlager überhitzen und dessen Struktur zerstören. Die Dichtungs- und die Schmierstoffprobleme können teilweise sogar „branchenspezifischen“ Fehlern zugeordnet werden, z. B. im Bau- oder Agrarbereich, wo die Lager überdurchschnittlich viel Schmutz, Staub oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind.

Ein weiterer häufiger Grund für einen Lagerausfall ist eine überhöhte Belastung des Lagers. Als Lagerbelastung werden primär axial und radial auf das Lager einwirkende Kräfte sowie Drehzahlen, Betriebstemperatur und Schwingungen bezeichnet. Wurde vor dem Einsatz des Lagers ein niedrigerer Wert als der tatsächliche angenommen, wird das Lager stark überlastet, plastisch verformt und der Schmierfilm kann abreißen. Auch Fluchtungsfehler oder Vibrationen rufen unvorhergesehene Lagerkräfte hervor.

Kleinste Ausbrüche erkennen

Wird ein Lager bei Extremtemperaturen eingesetzt, so gelten besondere Anforderungen nicht nur an die Schmierstoffe, sondern auch an den Werkstoff. Zwar ist das Schadensbild in der Regel relativ offensichtlich, mögliche Ursachen eines Lagerausfalls lassen sich unter Umständen aber weitaus schwerer ermitteln.

Bei den Schadensanalysen wird auf typische Messmittel wie Härteprüfgeräte und Perthometer und auch auf spezielle Geräte wie ein Rasterelektronenmikroskop zurückgegriffen. Mit diesem anspruchsvollen Mikroskop lassen sich die kleinsten Abnutzungserscheinungen oder Ausbrüche aus der Oberfläche erkennen. Ist die Ursache so noch nicht erkannt, gewährt die Schliffbildanalyse eine Einsicht in die Materialstruktur oder zeigt z. B. Oxideinschlüsse auf. Aber auch die Schliffbildanalyse liefert nicht immer eindeutige Erkenntnisse.

Werkstoffkundliche Untersuchung

Noch tiefgreifender ist eine werkstoffkundliche Untersuchung. Das charakteristische Licht jedes Elements und dessen Gehalt im Material wird durch einen elektrisch erzeugten Lichtbogen mit einer Spektralanalyse bestimmt. So kann die Reinheit des verwendeten Wälzlagerstahls exakt ermittelt und eine eindeutige Aussage über die Qualität des Lagers getroffen werden.

Die verschiedenen äußeren Gegebenheiten wirken meist als Kombination auf ein Lager ein. Sobald die Ursachen für mögliche Ausfälle ermittelt wurden, kann der Kunde auf diese eingehen, die Lagerlebensdauer optimieren und somit einen reibungslosen Betrieb seiner Maschinen sicherstellen. (sh)

* Dipl.-Ing. Heiko Wagner ist Anwendungsingenieur bei der Laeppché Unternehmensgruppe in Wilhelmshaven

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