Was verursacht das „Festfressen“ von Wälzlagern und wie kann man dagegen vorgehen?

Festsitzende Lager: Eine häufige Herausforderung für Maschinenbau- und Elektroingenieure

Das Festfressen von Lagern ist ein lästiges Problem, das Maschinenbau- und Motoreningenieure häufig plagt. Es führt nicht nur zu Anlagenausfällen, sondern kann auch schwerwiegende Schäden verursachen. Heute befassen wir uns mit der Definition, den Hauptursachen und effektiven Lösungen für das Festfressen von Wälzlagern.

1. Was bedeutet es, wenn ein Lager „festsitzt“?

Beim Lagerfestfressen treten während des Betriebs Bedingungen auf, die die ordnungsgemäße Drehung der Wälzkörper im Lager verhindern. Dies führt zu einem starken Reibungswiderstand zwischen Lager und Welle oder Gehäuse, der eine Drehung möglicherweise unmöglich macht. Dieses Phänomen geht in der Regel mit ungewöhnlichen Vibrationen, erhöhter Geräuschentwicklung und einem starken Temperaturanstieg einher. Letztendlich kann es zu Geräteausfällen oder sogar zu Geräteschäden führen. Ein Lagerfestfressen ist ein schwerwiegender Fehler, der rechtzeitig erkannt und behoben werden muss, um größere Schäden am Gerät zu vermeiden.

2. Hauptursachen für das Festfressen von Lagern

(1) Schlechte Schmierung

• Unzureichendes Schmieröl
Schmieröl spielt eine wesentliche Rolle im Lagerbetrieb. Bei unzureichender Ölmenge erhöht sich der Reibungskoeffizient des Lagers deutlich. Normalerweise bildet Schmieröl einen dünnen Ölfilm zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen, der für Schmierung und Dämpfung sorgt. Bei abnehmender Ölmenge wird der Ölfilm dünner oder verschwindet sogar, was zu direktem Kontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen und damit zu Trockenreibung führt. Beispielsweise kann bei Motoren mit langem Betrieb das nicht rechtzeitige Nachfüllen von Schmieröl zu einer Überhitzung des Lagers durch Reibung führen. Die entstehende Wärme kann nicht effektiv abgeleitet werden, und das Lager kann schließlich festfressen.

• Verschlechtertes Schmieröl
Die Qualität des Schmieröls ist ebenso entscheidend. Wird das Öl verunreinigt oder zu lange verwendet, lässt seine Leistung allmählich nach. Verunreinigungen, Feuchtigkeit oder Oxidation des Schmieröls können dessen Schmiereigenschaften erheblich beeinträchtigen. Verunreinigungen können in das Lager eindringen und die Laufbahn- und Wälzkörperoberflächen zerkratzen, was den Reibungswiderstand erhöht. Ein minderwertiges Schmieröl bildet keinen wirksamen Ölfilm, was zu einem höheren Widerstand im Betrieb und schließlich zum Lagerfressen führt. Beispielsweise ist Schmieröl in Maschinen, die in rauen Umgebungen betrieben werden, anfällig für Verunreinigungen durch Staub oder Metallabrieb. Wird es nicht rechtzeitig ausgetauscht, kann es leicht zu Lagerausfällen führen.

(2) Überlastbetrieb
• Mechanische Überlastung
Wenn Geräte über ihre vorgesehene Tragfähigkeit hinaus betrieben werden, kann dies zu extremem Druck auf die Lager führen. Lager sind für eine bestimmte Tragfähigkeit ausgelegt. Überschreitet die tatsächliche Belastung diese Grenze, werden die Wälzkörper und Laufbahnen im Lager übermäßig komprimiert. Beispielsweise kann es bei manchen Schwermaschinen zu einer Verformung der Wälzkörper durch übermäßige Kompression kommen, wenn Geräte überlastet laufen. Dadurch können sich die Laufbahnen verformen. Dies erhöht den Betriebswiderstand des Lagers und kann schließlich zum Festfressen führen.

• Thermische Überlastung
Neben mechanischer Überlastung ist auch thermische Überlastung ein kritischer Faktor. Wenn Geräte in einer Umgebung mit extrem hohen Temperaturen betrieben werden oder das Lager selbst eine schlechte Wärmeableitung aufweist, kann der Schmierstoff im Lager aufgrund der hohen Temperaturen an Viskosität verlieren oder sogar verdampfen. Zudem können sich die Metallkomponenten des Lagers durch Wärmeausdehnung verformen. Beispielsweise kann bei Elektromotoren, die in Hochtemperaturumgebungen betrieben werden, ein unzureichend ausgelegtes Kühlsystem zu extrem hohen Lagertemperaturen führen und so möglicherweise das Lagerspiel verringern. Dies erhöht die Reibung zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen und kann letztendlich zum Festfressen des Lagers führen.

(3) Unsachgemäße Installation
• Fehlausrichtung bei der Installation
Die Einbaugenauigkeit von Lagern ist entscheidend für den Anlagenbetrieb. Werden Lager mit Fehlern wie axialem Versatz, radialer Neigung oder unzureichender Befestigung eingebaut, kann dies die normale Funktion des Lagers beeinträchtigen. Beispielsweise kann axialer Versatz zu ungleichmäßigem Kontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen führen und so lokale Überlastungen verursachen. Radiale Neigung kann zu ungleichmäßigen Abständen zwischen Innen- und Außenring des Lagers führen und so den Betriebswiderstand erhöhen. Diese Einbaufehler können sich im Anlagenbetrieb verschlimmern und schließlich zum Festfressen des Lagers führen.

Unsachgemäße Verwendung von Installationswerkzeugen

  • Unsachgemäßer Werkzeuggebrauch
    • Beim Einbau von Lagern können ungeeignete Werkzeuge oder unsachgemäße Methoden das Lager beschädigen. Beispielsweise kann ein direkter Hammerschlag Risse oder Verformungen in den Wälzkörpern oder Laufbahnen verursachen. Solche Schäden verschlimmern sich im Betrieb und führen schließlich zum Lagerfressen. Die richtige Einbaumethode erfordert spezielle Lagereinbauwerkzeuge, wie z. B. hydraulische Einbauwerkzeuge oder Wärmeeinbauwerkzeuge, um eine gleichmäßige Belastung und einen reibungslosen Einbau des Lagers zu gewährleisten.

Eindringen von Fremdkörpern oder Kontamination

  • Eindringen von Fremdkörpern

    • Wenn Fremdkörper wie Staub, Sand oder Metallspäne in ein Lager gelangen, können sie dessen Funktion erheblich beeinträchtigen. Sie können sich zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen festsetzen, die Laufbahnoberfläche zerkratzen und den Reibungswiderstand erhöhen. Beispielsweise können bei Maschinen im Außenbereich Staub und Sand leicht in das Lager eindringen, wenn die Dichtung unzureichend oder beschädigt ist. Fremdkörper können den vom Schmierstoff gebildeten Ölfilm zerstören und so zu direktem Kontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen und damit zu Trockenreibung führen. Dies kann letztendlich zum Lagerfressen führen.

  • Kontamination

    • Verunreinigungen im Schmierstoff sind eine weitere Hauptursache für Lagerfresser. Wenn Schmierstoff mit Wasser, Verunreinigungen oder chemischen Substanzen in Berührung kommt, können seine Schmiereigenschaften erheblich beeinträchtigt werden. Beispielsweise kann Schmierstoff in feuchter Umgebung Wasser aufnehmen, was seine Viskosität verringert und die Bildung eines wirksamen Schmierfilms verhindert. Darüber hinaus können chemische Verunreinigungen zu Reaktionen führen, bei denen korrosive Substanzen entstehen, die die Metalloberfläche des Lagers angreifen, Verschleiß und Schäden verschlimmern und schließlich zum Lagerfresser führen.

Lagereigene Qualitätsprobleme

  • Herstellungsfehler

    • Fertigungsfehler in Lagern, wie z. B. ungleichmäßige Wälzkörpergrößen oder raue Laufbahnoberflächen mit Rissen, können die Leistung beeinträchtigen. Beispielsweise können ungleichmäßige Wälzkörpergrößen im Betrieb Vibrationen und Geräusche verursachen und so den Betriebswiderstand erhöhen. Raue Laufbahnoberflächen oder Risse können zusätzliche Reibung an der Schnittstelle zwischen Wälzkörper und Laufbahn erzeugen. Diese Probleme können zum Festfressen des Lagers führen. Wählen Sie daher Lager von zuverlässigen, renommierten Marken und Lieferanten.

  • Wesentliche Probleme

    • Die Materialqualität von Lagern ist ein weiterer entscheidender Faktor für die Leistung. Ist das Lagermaterial minderwertig – beispielsweise aufgrund unzureichender Härte, Zähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit – kann dies im Betrieb zu Verschleiß, Verformung oder Korrosion führen. In Umgebungen mit Feuchtigkeit oder korrosiven Gasen kann beispielsweise die Oberfläche korrodieren und Rost bilden, was den Betriebswiderstand erhöht und möglicherweise zum Festfressen führt.

Methoden zur Behebung von Lagerfressern

(I) Schmierstoffmanagement

  • Regelmäßige Inspektion des Schmiermittels

    • Richten Sie ein umfassendes Schmierstoffmanagementsystem zur regelmäßigen Überprüfung von Schmierstoffstand und -qualität ein. Bestimmen Sie je nach Gerätetyp und Betriebsumgebung die entsprechenden Inspektionsintervalle. Beispielsweise können bei Geräten, die unter rauen Bedingungen und hoher Belastung betrieben werden, wöchentliche Inspektionen erforderlich sein. Bei Geräten mit günstigen Betriebsbedingungen und geringerer Belastung können monatliche Inspektionen ausreichend sein. Sollten bei Inspektionen unzureichende Schmierstoffstände oder Qualitätseinbußen festgestellt werden, muss der Schmierstoff umgehend nachgefüllt oder ausgetauscht werden.

  • Optimierung des Schmiersystemdesigns

    • Bei Großgeräten oder Maschinen mit hohen Schmierstandards empfiehlt sich eine Optimierung des Schmiersystems. Automatische Schmiersysteme können beispielsweise die Schmierstoffzufuhr dynamisch an den Betriebszustand anpassen und so die optimale Schmierung der Lager gewährleisten. Filtersysteme verhindern zudem das Eindringen von Verunreinigungen in den Schmierstoff und sorgen so für dessen Sauberkeit. Bei Geräten in Hochtemperaturumgebungen kann ein Kühlschmiersystem eingesetzt werden, um den Schmierstoff zu kühlen, die Lagertemperatur zu senken und die Lebensdauer zu verlängern.

  • (2) Laststeuerung

    • Sinnvolle Auslegung der Gerätebelastung
      Bei der Konstruktion von Geräten ist es wichtig, die Tragfähigkeit des Lagers umfassend zu berücksichtigen und den Lastbereich sinnvoll zu gestalten. Wählen Sie basierend auf den tatsächlichen Einsatzanforderungen und der Arbeitsumgebung das passende Lagermodell und die entsprechenden Spezifikationen aus, um sicherzustellen, dass das Lager innerhalb des vorgesehenen Lastbereichs normal funktioniert. Wählen Sie beispielsweise bei der Konstruktion schwerer Maschinen Lager mit ausreichend hoher Tragfähigkeit entsprechend den Belastungseigenschaften der Geräte. Kontrollieren Sie außerdem während des Gerätebetriebs die Belastung streng, um sicherzustellen, dass sie die Konstruktionsgrenzen nicht überschreitet.

    • Verbesserung der Gerätebetriebsüberwachung
      Bei bereits in Betrieb befindlichen Geräten sollte die Überwachung des Betriebszustands verstärkt werden, um Überlastungen frühzeitig zu erkennen. Dies lässt sich durch die Installation von Sensoren erreichen, die Parameter wie Last, Temperatur und Vibration in Echtzeit überwachen. Überschreitet beispielsweise die Last des Geräts den voreingestellten Wert, können die Sensoren einen Alarm auslösen und den Bediener auffordern, sofort Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise die Betriebsgeschwindigkeit oder -last des Geräts zu reduzieren, um ein Festfressen der Lager aufgrund von Überlastung zu verhindern. Darüber hinaus können Datenanalysen genutzt werden, um den Betriebszustand des Geräts zu bewerten, mögliche Ausfälle im Voraus vorherzusagen und rechtzeitig Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen durchzuführen.

    (3) Installation und Wartung

    • Standardisierte Installationsverfahren
      Bei der Lagermontage ist die strikte Einhaltung standardisierter Verfahren unerlässlich. Achten Sie zunächst auf eine saubere Montageumgebung, um das Eindringen von Staub, Schmutz und anderen Verunreinigungen in die Lager zu verhindern. Verwenden Sie geeignete Montagewerkzeuge und -methoden, wie z. B. Hydraulikwerkzeuge oder Warmeinbauwerkzeuge, um eine gleichmäßige Belastung und einen korrekten Einbau der Lager zu gewährleisten. Überprüfen Sie während des Einbaus die Ausrichtungsgenauigkeit der Lager, z. B. axialen Versatz und radiale Neigung, und stellen Sie sicher, dass die Einbauabweichungen innerhalb der zulässigen Grenzen liegen. Beispielsweise können Sie bei der Montage großer Motorlager Werkzeuge wie Laserausrichtgeräte verwenden, um die Lagereinbauposition präzise zu messen und anzupassen und so die Einbaupräzision zu gewährleisten.

    • Regelmäßige Wartung und Inspektion
      Richten Sie ein regelmäßiges Wartungs- und Inspektionssystem ein, um die Lager in der Anlage regelmäßig zu prüfen und zu warten. Zu den Inspektionsinhalten gehören Aussehen, Betriebszustand und Lagerspiel. Überprüfen Sie beispielsweise die Lageroberfläche regelmäßig auf Verschleiß, Risse oder Rost. Messen Sie Lagervibrationen und -geräusche, um festzustellen, ob der Betrieb normal ist. Verwenden Sie Werkzeuge wie Fühlerlehren, um das Lagerspiel zu überprüfen. Ist das Spiel zu groß oder zu klein, sollten rechtzeitig Anpassungen oder ein Austausch vorgenommen werden. Regelmäßige Wartung und Inspektion helfen, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und proaktiv zu beheben, um Lagerfresser zu vermeiden.

    • (4) Qualitätskontrolle

      1. Auswahl hochwertiger Lager
        Beim Kauf von Lagern ist es wichtig, Marken und Lieferanten mit zuverlässiger Qualität und gutem Ruf zu wählen. Sie können die Qualität der Lager anhand der Fertigungsnachweise, Qualitätsprüfberichte und anderer relevanter Dokumente überprüfen. Beachten Sie außerdem Nutzerbewertungen und Feedback, um Lager mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis auszuwählen. Einige bekannte Lagermarken nutzen beispielsweise fortschrittliche Fertigungstechniken und implementieren strenge Qualitätskontrollsysteme während der Produktion, um ein bestimmtes Qualitäts- und Leistungsniveau ihrer Produkte zu gewährleisten.

      2. Verbesserung der Qualitätsprüfung
        Führen Sie vor dem Einbau und Einsatz aller gekauften Lager strenge Qualitätskontrollen durch. Prüfen Sie, ob die Lager sichtbare Schäden aufweisen, stellen Sie sicher, dass ihre Abmessungen den Anforderungen entsprechen und dass die Oberflächenqualität der Wälzkörper und Laufbahnen ausreichend ist. Verwenden Sie beispielsweise Werkzeuge wie Mikrometer zur Messung der Maßgenauigkeit und Mikroskope oder ähnliche Geräte zur Überprüfung der Oberflächenrauheit und zur Erkennung von Rissen oder anderen Defekten. Nur Lager, die die Qualitätsprüfungen bestanden haben, sollten eingebaut und in Anlagen verwendet werden, um Festfressen aufgrund von Lagerqualitätsproblemen zu vermeiden.

      Das Festfressen von Wälzlagern ist ein komplexes technisches Problem mit vielfältigen Ursachen, darunter Mangelschmierung, Überlastung, unsachgemäße Installation und Probleme mit der Lagerqualität. Durch die Konzentration auf Schmierstoffmanagement, Lastkontrolle, Installation und Wartung sowie Qualitätskontrolle...

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