Wälzlager: Wie Sie mit Brünieren Verschleiß vermeiden

Das Brünieren von Bauteilen aus Eisen oder Stahl hat zum Zwecke des Korrosionsschutzes und als dekoratives Element eine lange Tradition. Im Sinne der technologischen Anwendung zur Beeinflussung der Oberflächen- beziehungsweise Bauteileigenschaften wurde die Brünierung zur Vereinheitlichung der Verfahren, Anforderungen und Prüfmethoden im Rahmen der DIN 50938 beziehungsweise ISO 11408 genormt und für die Anwendung im Bereich Wälzlager noch weiter verfeinert. Bei der Brünierung handelt es sich um eine Schutzschicht auf Eisen- oder Stahlteilen.

Dabei wird die Oberfläche der behandelten Bauteile mittels eines mehrstufigen, chemischen Prozesses in eine ein bis zwei Mikrometer dünne Mischoxidschicht, bestehend aus FeO, Fe2O3 und Fe3O4, umgewandelt. Es handelt es sich bei der Brünierung um keine Beschichtung als solche und dimensionale Veränderungen finden kaum statt. Die typische Schwarzfärbung ergibt sich aus den in dieser Konversionsschicht enthaltenen Mischoxiden. Brünierte Wälzlagerkomponenten verfügen über besondere technische Eigenschaften, speziell wenn diese eine Relativbewegung gegeneinander aufweisen. Ein mehrfacher Schutzeffekt kommt bereits bei einzelnen brünierten Elementen, meist Wälzkörpern, zum Tragen. Das beste Ergebnis wird jedoch erzielt, wenn sämtliche Funktionsflächen eines Wälzlagers, das heißt Innen- und Außenring wie auch die Wälzkörper, brüniert sind. Im Folgenden werden die wesentlichen Vorteile kurz umrissen.

Da es sich bei der Konversionsschicht um eine vergleichsweise abrieb- und biegefeste Schicht handelt, wird das Einlaufverhalten brünierter Wälzlager günstig beeinflusst und legt damit die Basis für einen späteren störungsfreieren Betrieb. Der Einlaufverschleiß beziehungsweise die Einlaufverschleißdauer ist bei den brünierten Wälzlagern wesentlich geringer als bei unbehandelten Lagern. Zusätzlich begünstigt die poröse Schichtcharakteristik eine bessere Haftung vieler Schmierstoffe an den Lageroberflächen, was sich positiv auf die Schmiersituation insbesondere in kritischen Ein- oder Anlaufphasen auswirkt.

Der zweite Vorteil liegt im verbesserten Verschleißverhalten bei adhäsivem Verschleiß: Niedrig belastete Wälzlager und solche, die im Betrieb raschen Drehzahlwechseln ausgesetzt sind, neigen zu adhäsivem Verschleiß, also Schlupfschäden beziehungsweise Anschmierungen durch Wälzkörpergleiten. Dabei kommt es zu einem Gleiten beziehungsweise Schlupf zwischen den Wälzkörpern und meist der Innenringlaufbahn, wenn der Unterschied in den Abwälzgeschwindigkeiten zwischen Innenringlaufbahn und Rollensatz sehr groß ist. Das Gleiten führt gerade im Bereich des Eintritts der Wälzkörper in die belastete Zone zu Anschmierungen, die das Material beziehungsweise Gefüge an der Wälzkörper- und der Laufbahnoberfläche nachhaltig schädigen.

Infolge dessen kommt es rasch zu einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und bedingt in der Regel einen vorzeitigen Lagerausfall. Derartige Schlupfschäden finden sich oft in Kombination mit unzureichender Schmierung oder einem für den Anwendungsfall ungenügendem Schmierstoff. Eine Sonderform der Schlupfschäden findet sich bei vollrolligen Zylinderrollenlagern, bei denen die entgegengesetzten Oberflächengeschwindigkeiten der sich berührenden Rollen die Ausbildung eines trennenden Schmierfilms erschweren. Nicht immer kann der metallische Kontakt zwischen benachbarten Rollen verhindert werden, sodass es unter Zunahme der Reibung zu Anschmierungen und damit Schädigungen der Wälzkörpermantelflächen kommt.

In beiden Situationen wirkt eine Brünierung als Schutzschicht, die das Auftreten von Verschleiß und Anschmierungen deutlich verzögern kann und im Falle von Stahl-Stahl-Kontakt bei einem kurzzeitigen Zusammenbruch des Schmierfilmes die Gefahr des Kaltverschweißens und verschiedener anderer schwerwiegender Oberflächenschädigungen vermindert. Abhängig von der Schwere der Betriebsbedingungen in dem jeweiligen Anwendungsfall ist bei dem Einsatz brünierter Wälzlager grundsätzlich zu beachten, dass die Konversionsschicht, nicht zuletzt aufgrund der geringen Stärke, auch Verschleiß zeigen und letztlich aufgebraucht sein wird.

In Verbindung mit den anderen Vorteilen bietet die Brünierung auch einen Schutz gegen Umgebungseinflüsse. Neben der Zunahme des Korrosionsschutzes in Verbindung mit einem geeigneten (Konservierungs-)Öl wirkt die Brünierung zur Vorbeugung von Passungsrost und bildet eine Schutzschicht für den Lagerstahl gegen eine schädliche Wasserstoffdiffusion sowie gegen das chemische Einwirken aggressiver Ölbestandteile wie Verschleiß- und Korrosionsschutzadditive, die oftmals in Schmierölen, welche zum Einsatz in Getrieben optimiert wurden, enthalten sind. aru