Wälzlagerschäden analysieren

Die Lagerflüsterer

Ein auf Antriebstechnik spezialisiertes Unternehmen hatte Rillenkugellager einer höheren Leistungsklasse bezogen. Diese überlebten allerdings gleich in zwei Fällen den Dauertest der Vorserie beim Endkunden nicht. Findling Wälzlager ist nicht nur Experte für die Wälzlagerbeschaffung, sondern leistet auch Detektivarbeit bei der Untersuchung der Schadensursache.

Die visuelle Untersuchung des schadhaften Rillenkugellagers zeigte Schleifspuren am Außenring sowie Passungsrost am Innenring.

Es knirscht am Getriebe. Und das schon nach 5.000 Betriebsstunden. Viel zu früh für den Antriebstechniker, der den Vorserien-Dauertest bei seinem Endkunden fährt. „Die erforderliche Lebensdauer der Getriebe beträgt 40.000 Stunden, die Wälzlager blieben also deutlich unter der erwarteten Leistung“, erklärt Volkan Yilmaz, Anwendungstechniker bei Findling Wälzlager. Der Lagerexperte wurde beauftragt, ein Schadensgutachten der Rillenkugellager inklusive Verbesserungsvorschläge zu erstellen. „Wälzlagerschäden können ganz unterschiedliche Gründe haben und werden nicht zwangsläufig durch ein fehlerhaftes Originalprodukt verursacht“, weiß Yilmaz. Die meisten Unternehmen sind mit einer detaillierten Schadensanalyse allerdings überfordert – gut, dass die Experten von Findling Wälzlager hier weiterhelfen können: „Die Schadensanalyse gehört zu unserem Dienstleistungs-Portfolio. Wir fungieren dabei als unabhängiger Partner, der die Ursachen der Schäden erforscht und bei der Behebung der Probleme hilft.“

Theoretisch sauber …

Die Verantwortlichkeit für Schadensanalysen liegt bei Findling Wälzlager in der Abteilung Anwendungstechnik. Damit verfolgen die Experten einen ganzheitlichen Ansatz bei der Ursachenforschung. Zunächst prüfte das Team die betreffenden Rillenkugellager im Originalzustand, um Auskünfte bezüglich des Auslieferungszustands zu erhalten. Dabei konnte kein Produktmangel festgestellt werden; auch eine unzureichende Härtung der Lagerkomponenten ließ sich ausschließen. In einem zweiten Schritt berechneten die Experten die theoretische Lebensdauer der Wälzlager mit den angegebenen Anwendungsbedingungen – diese ergab einen Wert von ca. 76.000 Betriebsstunden. Daraus ergibt sich eine theoretische Lebensdauer-Sicherheit von ca. S=1,9, eine Unterdimensionierung der Lager lag somit nicht vor.

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… praktisch verdreckt

Die visuelle Untersuchung der schadhaften Rillenkugellager erbrachte hingegen einige Hinweise: Die beiden Lager waren stark kontaminiert, die Restmenge des Fettes war braun bzw. schwarz verfärbt. Zudem ließen sich Schleifspuren am Außenring, Passungsrost am Außen- und Innenring sowie ein sehr großes Spiel zwischen Innen- und Außenring feststellen. „Daraus konnten wir diverse Schlussfolgerungen ziehen“, erinnert sich Volkan Yilmaz. „Die braune bzw. schwarze Verfärbung des Schmierfetts ist zum Beispiel nur durch eine starke Verunreinigung zu erklären. Exogene Schmutzpartikel verkürzen die Lebensdauer drastisch und sorgen für einen frühzeitigen Ausfall.“

Die detaillierte Fettanalyse ergab für die schadhaften Lager erhöhte Verschleißpartikel an Eisen, Chrom, Aluminium und Kupfer; insbesondere die Anteile an Aluminium und Kupfer waren bei beiden Proben stark erhöht. Zudem stellten die Experten eine hohe Kontamination mit Getriebeöl fest – beides eine Folge der Einbausituation: In den Schneckengetrieben des Endkunden werden die Rillenkugellager als Loslager eingesetzt, die sich aufgrund der Nähe zu Verschleißteilen (Verzahnungen) außerhalb der Ölkammer befinden. Daher fiel die Wahl auf abgedichtete Lager mit einem vorgeschaltetem Radialwellendichtring (RWD). „Eine unzureichende Dichtwirkung des RWD hat die Kontamination mit Getriebeöl verursacht“, erläutert Volkan Yilmaz. „Die Verschleißpartikel aus Aluminium stammten vom Lagersitz und die aus Kupfer vom Schneckenrad. Sie wurden mit dem Getriebeöl über den RWD ins Lager transportiert.“ Im vorliegenden Anwendungsfall war die Passung zur Loslagerung vom Wälzlager ungünstig gewählt worden. Im Gehäuse des Getriebes waren an den Passflächen Passungsrost und Schleifspuren zu erkennen. Die Verschleißpartikel hatten sich im Lagerinneren angereichert und zu weiterem Verschleiß bzw. Materialabtrag auf den Laufbahnen geführt, wobei es im Endstadium zu Ausbrüchen an Kugeln und Laufbahnen gekommen war. Die daraus resultierenden hohen Laufgeräusche führten dann zur Abschaltung des Getriebes.

Sowohl die ungeeignete Passung als auch die Kontamination des Schmierfetts kann für den vorzeitigen Ausfall der Lager verantwortlich sein. Eine dritte Möglichkeit besteht in einer fehlerhaften Montage: Dabei können die Laufbahnen im Wälzlager sowie die Dichtungen beschädigt worden sein, was die Lebensdauer erheblich verkürzen kann. Natürlich ist auch eine Kombination dieser potenziellen Ursachen denkbar.

Die Empfehlung der Experten: In einem ersten Schritt sollte dringend die Einbauumgebung überdacht werden. Damit würden sich in jedem Fall erhebliche Verbesserungen bei der Lebensdauer erzielen lassen. cs

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