Schadhaftes Wälzlager, Bild: Findling

Ein schadhaftes Wälzlager kann zum Ausfall ganzer Produktionsanlagen führen – umso wichtiger ist im Ernstfall eine detaillierte Schadensanalyse, sodass die Ursachen behoben werden können. Bild: Findling

Wälzlagerschäden können ganz unterschiedliche Gründe haben und werden nicht zwangsläufig durch ein fehlerhaftes Originalprodukt verursacht. Die meisten Unternehmen sind mit einer detaillierten Schadensanalyse allerdings überfordert – dann können sie sich an Unternehmen wie Findling Wälzlager wenden, das hier weiterhelfen kann. Die Schadensanalyse gehört zum Dienstleistungs-Portfolio des Unternehmens, das dabei als unabhängiger Partner fungiert, der die Ursachen der Schäden erforscht und bei der Behebung der Probleme hilft.

Schadensanalyse – wie geht das überhaupt?

Eine Schadensanalyse im Bereich der Wälzlager bedeutet im Wesentlichen, anhand der Schadensmerkmale der betroffenen Produkte Ursachenforschung zu betreiben. Findling Wälzlager hat hierfür konkrete Prozesse definiert, die anhand von Checklisten Schritt für Schritt abgearbeitet werden. Am Anfang steht dabei immer die visuelle Beurteilung des schadhaften Wälzlagers und die genaue, unter anderem fotografische Dokumentation der Konstruktion, im Wesentlichen der Anschlussteile, bis hin zum theoretischen, konstruktiven Aufbau. Daraus lassen sich über eine FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse) erste Indizien ermitteln. Im Folgenden entnehmen die Experten falls nötig eine Fettprobe und demontieren die betroffenen Wälzlager vorsichtig. Für jedes einzelne beschädigte Wälzlager werden anschließend anhand einer weiteren Checkliste die Schadensmerkmale dokumentiert – dazu gehören zum Beispiel Abblätterungen, Riefenbildungen, Brüche, Risse, Käfigschäden oder Passungsrost.

Die Beurteilung der so dokumentierten Merkmale erfolgt im Anschluss. Dabei werden zwei Leistungsbereiche unterschieden: Die konstruktive Beurteilung untersucht, ob die Lagerstelle falsch konstruiert worden ist. Sie wird oftmals unterstützt durch numerische Berechnungen mittels einer speziellen Software – dabei können die Experten die Lagerstelle genau abbilden, die Lebensdauer berechnen und konstruktive Änderungen simulieren.

Die tribologische Beurteilung hingegen beschäftigt sich mit Schäden, die auf erhöhte Reibung, Verschleiß und mangelhafte Schmiermittel zurückzuführen sind. Es gilt: Ungeeignete, alte oder spärlich eingesetzte Schmierstoffe verursachen am häufigsten Schäden. Seltener sind feste Verunreinigungen oder eine falsche Lagerwahl der Grund. Flüssige Verunreinigungen, Montagefehler oder Folgeschäden verzeichnen die Experten von Findling Wälzlager nur vereinzelt als Schadensursache.

Visuelle Untersuchung, Bild: Findling
Die visuelle Untersuchung von schadhaften Rillenkugellagern erbringt wertvolle Hinweise: im abgebildeten Fall sind Schleifspuren am Außenring sowie Passungsrost am Innenring zu erkennen. Bild: Findling

Ein Beispiel aus der Praxis

Wie wichtig Profiwissen aus der Anwendungstechnik ist, zeigt sich an einem Praxisbeispiel aus dem Jahr 2015: Ein auf Antriebstechnik spezialisiertes Unternehmen hatte Rillenkugellager einer höheren Leistungsklasse bezogen. Beim Dauertest der Vorserie beim Endkunden ereignete sich dann in zwei Fällen bereits nach ca. 5.000 Betriebsstunden ein Wälzlagerschaden - dabei sollte die erforderliche Lebensdauer der Getriebe 40.000 Stunden betragen. Die Wälzlager blieben also deutlich unter der erwarteten Leistung. Daraufhin erteilte das Unternehmen ein Schadensgutachten inklusive Verbesserungsvorschlägen.

Zunächst prüfte das Findling-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 rund 76.000 Betriebsstunden. Daraus ergibt sich eine theoretische Lebensdauer-Sicherheit von circa S=1,9, eine Unterdimensionierung der Lager lag somit nicht vor.

Kontaminiertes Fett oder falsche Konstruktion?

Die visuelle Untersuchung der schadhaften Rillenkugellager erbrachte hingegen einige Hinweise: Die beiden Lager waren stark kontaminiert, die Restmenge des Fettes war braun beziehungsweise 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 die Experten bei Findling diverse Schlussfolgerungen ziehen: Die 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). Das Problem also: Eine unzureichende Dichtwirkung des RWD hat die Kontamination mit Getriebeöl verursacht. 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 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.

Grafik Wälzlagerschäden, Bild: Findling
Wälzlagerschäden können ganz unterschiedliche Gründe haben – die Grafik zeigt die häufigsten Ursachen. Probleme mit Schmierstoffen führen die Liste an. Bild: Findling

Schäden besser verhindern als beheben

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. Fazit: In diesem Fall sollte in einem ersten Schritt dringend die Einbauumgebung überdacht werden. Damit werden sich in jedem Fall erhebliche Verbesserungen bei der Lebensdauer erzielen lassen.

Noch besser wäre es natürlich gewesen, wenn der Schaden gar nicht erst aufgetreten wäre. Findling Wälzlager bietet beispielsweise ein breites Portfolio an Dienstleistungen, die genau darauf abzielen. Ein wichtiger Baustein ist dabei die Anwendungsberatung, bei der die Anforderungen genau analysiert werden. Kunden erhalten auf Wunsch eine genaue Spezifikation der benötigten Lagertechnik inklusive Bemusterungen. jl