Schadensanalyse

Spurensicherung am Wälzlager

Ein Wälzlager soll möglichst über seine gesamte Lebensdauer zuverlässig und schadensfrei seinen Dienst tun. Um dies zu gewährleisten, ist es wichtig, mögliche Schadensquellen zu kennen und diese bereits im Vorfeld eines Einsatzes zu eliminieren. Aus diesem Grund setzt die Findling Wälzlager GmbH, Karlsruhe, einen Fokus auf den Bereich Schadensanalyse. Erklärtes Ziel: Schadensursachen aufdecken und beseitigen, um so die Lebensdauer des Wälzlagers nachhaltig zu verbessern.

Was haben ein defektes Wälzlager und der Sonntagskrimi gemeinsam? In beiden Fällen tritt zuerst die Spurensicherung auf den Plan, um wichtige Indizien zu sichern. Diese Aufgabe übernehmen bei Findling die Experten aus der Abteilung für Schadensanalyse. Und nicht nur das. Neben der detaillierten Untersuchung des Schades, geht es in der „SOKO-Wälzlager“ auch um Ursachenforschung und – darauf aufbauend – um konkrete Empfehlungen zur künftigen Schadensprävention. Ein Service für den Anwender, der sich über die verschiedensten Wälzlagertypen und -größen erstreckt, und darüber hinaus eine wertvolle Wissensquelle für die Kundenberatung und die Weiterentwicklung des Produktportfolios bei Findling.

Die Analyse eines schadhaften Wälzlagers folgt einem genauen Ablaufplan

Aber zurück zum Tatort: Meldet ein Anwender einen Schaden, der einer genaueren Betrachtung bedarf, verläuft die Schadensanalyse nach einem festgelegten Schema ab: Das ausgefallene Lager wird als erstes im noch eingebauten Zustand untersucht. Es folgen die Demontage und Reinigung sowie anschließend die mikroskopische Untersuchung und Vermessung im Labor. Damit bei diesem Prozedere keine Informationen verloren gehen, werden parallel alle Zustände und Arbeitsschritte fototechnisch dokumentiert.

Das Schadensbild der Oberflächenermüdung wurde durch eine unzureichende Schmierung verursacht, die zur Mischreibung und damit zum Metall-Metall-Kontakt führte

Fehlerursachen nachhaltig abstellen

„Unser Ziel ist es, die einzelnen Schadensbilder zu erkennen und voneinander separieren zu können“, erklärt Janek Herzog, Application Engineer bei Findling Wälzlager. „Haben wir die Art des Versagens identifiziert, analysieren wir den Fall bezüglich seiner Ursachen. Durch Erfahrungswerte können wir daraus beispielsweise Schlüsse ziehen, welcher Schaden als sogenannter Primärschaden zuerst entstanden ist, und welche Schäden als Sekundärschäden folgten.“

Aus der beschriebenen Vorgehensweise folgen Erkenntnisse darüber, welche Faktoren den Schaden verursacht haben könnten. So kann die Quelle des Versagens bereits in der Montage der Wälzlager, ihrer Schmierung oder auch in falschen Betriebsbedingungen zu finden sein. Sind die Ursachen erkannt, können diese im nächsten Schritt abgestellt und die Lebensdauer der Lager auf diese Weise nachhaltig verbessert werden.

Spezielle Untergruppe der Reibkorrosion: Von False Brinelling betroffener Bereich einer Außenringlaufbahn

False Brinelling und Co. – häufige Schadensbilder in der Praxis

Häufig liegt die Ursache für einen Schadesfall in der fehlerhaften Schmierung des Wälzlagers. Ist der Schmierstoff nicht optimal an die Betriebsbedingungen wie beispielsweise Temperaturen, Drehzahlen, Kräfte oder Vibrationen angepasst, wird kein tragfähiger Schmierfilm aufgebaut. Das führt zum Metall-Metall-Kontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahn – das Wälzlager läuft dann im sogenannten Mischreibungsbereich. Diese erhöhte Reibung ist gleichzeitig mit einem erhöhten Verschleiß verbunden und kann langfristig zum Schadensbild der Oberflächenermüdung führen.

Ein weiteres Schadensbild ist die Reibkorrosion. Unter diesen Begriff fällt auch das False Brinelling, was im Deutschen – deutlich weniger klangvoll – mit Stillstandsmarkierungen übersetzt wird. Ursache dafür sind Vibrationen oder Mikrobewegungen im Stillstand des Lagers, die den Schmierstoff aus dem Wälzkontakt pressen. In der Folge kommt es zum Metall-Metall-Kontakt zwischen Wälzkörper und Laufbahn. Weitere Vibrationen und Mikrobewegungen der Reibstelle führen zur Korrosion der Oberflächen. In der Mitte des False Brinelling bildet sich typischerweise ein augenförmiger Bereich, der durch die Wälzkörperbelastung und Haftreibung keinerlei Mikrobewegungen erfährt und somit auch nicht geschädigt wird.

Detailansicht des Schadensbildes: In der Mitte des False Brinelling bildet sich typischerweise ein augenförmiger Bereich

Kombination aus Stillstand und Vibration vermeiden

„False Brinelling tritt häufig bei Wälzlagern auf, die in Maschinen eingesetzt werden, welche starken Vibrationen ausgesetzt sind, während die Wälzlager stillstehen“, konkretisiert Herzog die Problematik. „Außerdem sind Wälzlager in stillstehenden Elektromotoren betroffen, die sich in laufenden Maschinen befinden.“ Das Schadensbild kann außerdem auftreten, wenn Maschinen über lange Strecken unter Vibrationseinwirkungen transportiert werden und dabei nicht ausreichend abgefedert sind. Die Schadensbildung ist hier umso größer, je größer das Gewicht der gelagerten Bauteile ist, beziehungsweise je stärker die einwirkenden Vibrationen ausfallen.

Im Betrieb sorgen Stillstandsmarkierungen auf der Laufbahn für einen unruhigeren Lauf der Wälzkörper. Dies führt wiederum zu einer erhöhten Vibrations-, sowie Geräuschentwicklung. „Damit Stillstandsmarkierungen erst gar nicht entstehen, müssen betroffenen Wälzlager regelmäßig weitergedreht werden“, erklärt Janek Herzog. „Dadurch zirkuliert der Schmierstoff kontinuierlich und wird durch die Vibrationen nicht aus dem Wälzkontakt verdrängt. Stillstandsmarkierungen durch den Transport können auf die gleiche Weise verhindert werden. Darüber hinaus ist es in diesem Fall sinnvoll, die Schwingungen beziehungsweise Vibrationen zu dämpfen.“

Schadensbild Elektroerosion: Durch einen starken Strom wurde Material aufgeschmolzen und im Anschluss wieder auf die Laufbahn „geschweißt“

Elektromotoren verursachen eigenes Schadensbild

Ein weiteres Beispiel für ein Schadensbild ist die sogenannte Elektroerosion. Diese kann auftreten, wenn Wälzlager in der Umgebung hoher Ströme arbeiten, wie es beispielsweise in Elektromotoren der Fall ist. Wenn das Wälzlager konstruktiv nicht ausreichend isoliert ist, kann es zum Stromdurchgang kommen, wobei kurzzeitig ein elektrischer Strom durch die Wälzkörper von einem Ring zum anderen fließt. Dies kann je nach Stromstärke dazu führen, dass punktuell im Stromdurchgang sehr hohe Temperaturen entstehen, die die Laufbahn des Wälzlagers aufschmelzen und somit punktförmige Bereiche aus der Oberfläche abtragen.

„Mit jedem Schadensfall wächst unser Knowhow, das wir dann für künftige Schadensanalysen nutzen können“, resümiert Janek Herzog. „Außerdem lernen wir durch unsere Arbeit kontinuierlich neue Einsatzbereiche von Wälzlagern kennen. Auf diese Weise generieren wir einen branchenübergreifenden Wissenspool bezüglich der spezifischen Anforderungen an Wälzlager und der dazugehörigen Schadensbilder, der stetig größer wird. Diese Erfahrungen können dann wiederum bei der zukünftigen Auslegung von Wälzlagern genutzt werden.“