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Schäden an Wälzlagern können viele Ursachen haben. Neben Material, Schmierstoff und Dichtung kann auch das Käfigdesign eine Rolle spielen – das passiert bei Rillenkugellagern, die in Robotern eines namhaften Herstellers eingesetzt werden.

Unabhängig von der Aufgabenstellung: Die Anwendungstechniker von Findling Wälzlager unterstützen den Konstrukteur bei der Auslegung seines Wälzlagers – von der Entwicklung über die Bemusterung bis hin zur Serienbetreuung. Findling Wälzlager greift auf seine Expertise in Dichtungstechnik, Werkstoffkunde, Tribologie und Beschichtungstechnik zurück und verliert bei der Auslegung eines Wälzlagers die Lebensdauer eines Wälzlagers nicht aus den Augen. Durch Erhöhung der Anzahl und Größe der Kugeln kann die Tragfähigkeit und damit die Lebensdauer des Produktes erhöht werden. Findling nutzt diese Möglichkeit, um anwendungsoptimierte Wälzlager anzubieten. Generell kann der Kunde für jeden Anwendungsfall aus einem breiten Spektrum von Standard- bis Sonderwälzlagern aus unterschiedlichen ABEG Leistungsklassen wählen.

In einem aktuellen Projekt hat Findling Wälzlager für einen Kunden ein Dünnringlager entwickelt, das in einem Getriebe eingesetzt wird, wo es starken Kräften, Schwingungen und Beschleunigungen ausgesetzt ist. Bei diesen Einsatzbedingungen müssen der Käfig und die Nieten hochbelastbar dimensioniert werden. Durch die Verwendung eines dickeren Käfigblechs, breite Stege und die Verwendung von dickeren Nieten konnte die optimale Leistung der Wälzlager gewährleistet werden.

Zum Portfolio des Karlsruher Unternehmens gehört auch die Schadensanalyse, die oft mit der individuellen Entwicklung eines neuen Wälzlagers einhergeht: Als unabhängiger Partner ermitteln die Experten die Ursachen von Kugellagerschäden und helfen bei der Behebung der Probleme. Ergibt die Schadensanalyse, dass ein Standardlager den individuellen Anforderungen nicht gewachsen ist, werden Vorschläge für alternative Lagertechnik gemacht – angepasst oder komplett neu entwickelt.

Die Probleme werden vergleichsweise oft durch die falsche Käfigwahl verursacht – insbesondere wenn in einer Anwendung hohe Beschleunigungen auftreten. Der Hintergrund: Die Wälzkörper (Kugeln) und der Käfig eines Rillenkugellagers müssen gemeinsam beschleunigt werden. Da die Wälzkörper jedoch leichter als der Käfig sind und somit eine geringere Massenträgheit aufweisen, beschleunigen sie schneller und treffen auf den Käfig – je nach Anwendung einige hundert Mal am Tag. Das beschädigt mit der Zeit den Käfig an seiner schwächsten Stelle: den Nieten.

Genau dies war bei einem namhaften Roboterhersteller der Fall, wo im Rahmen einer Schadensanalyse die Diagnose eines Käfigbruchs gestellt wurde. Trotz extrem hoher Beschleunigungen wurden in den Robotern Rillenkugellager mit leichten und dünnen Standardkäfigen aus Stahlblech verbaut, die aus zwei miteinander vernieteten Hälften bestehen. Diese reichen für die meisten Anwendungen völlig aus. Je extremer jedoch die Betriebsbedingungen sind, desto mehr müssen die einzelnen Komponenten an diese Betriebsumgebung angepasst werden. In Ermangelung eines geeigneten Standardlagers hat Findling ein anwendungsspezifisches Wälzlager konstruiert, bei dem Käfig und Nieten robuster und fester sind, wodurch die Probleme im Einsatz dauerhaft beseitigt wurden.

Die Qual der Wahl – der Weg zum richtigen Wälzlager

Falsch ausgewählte Käfige können aber auch andere Probleme verursachen: So wurde beispielsweise in einer Sägemaschine ein Pendelrollenlager mit einem Käfig aus Stahlblech eingesetzt. Aufgrund einer geringen Belastung im Leerlauf hatten sich die Wälzkörper jedoch verklemmt und beim Abbrechen ein Quietschgeräusch von sich gegeben. Ein massiver Messingkäfig mit besserer Wälzkörperführung konnte das Problem nachhaltig beheben.

Im Allgemeinen trägt die richtige Auswahl des Käfigs zur Leistung eines Lagers bei. Käfige haben die Aufgabe, die Wälzkörper zu führen. Die Wälzkörper sind gleichmäßig in einem Käfig angeordnet und können sich nicht berühren. Bei vollrolligen bzw. vollrolligen Lagern ist die Relativgeschwindigkeit in der Kontaktzone doppelt so hoch, was dann zu einer deutlich niedrigeren Drehzahlgrenze führt. Mit teilbaren Lösungen wie Kegelrollenlagern und Nadelhülsen kann zudem ein Herausfallen der Wälzkörper verhindert werden.

Je nach Baugröße und Anforderungsprofil stehen unterschiedliche Käfigtypen zur Verfügung: Blech- und Kunststoffkäfige eignen sich für kleine Wälzlager und große Stückzahlen, für mittlere Stückzahlen und große Lager werden häufig Messing-Massivkäfige verwendet, da diese leicht zu bearbeiten sind. Bei ganz besonderen Anforderungen kommen spezielle, ggf. individuell gefertigte Käfige von Findling aus Sonderwerkstoffen oder mit Beschichtungen zum Einsatz.

Vermeiden Sie typische Probleme mit Dünnringlagern

Für die Schadensanalyse hat Findling Wälzlager spezifische Prozesse definiert, die Schritt für Schritt anhand von Checklisten abgearbeitet werden. Am Anfang steht immer die visuelle Beurteilung des Kugellagerfehlers und die genaue, auch fotografische Dokumentation der Konstruktion – im Wesentlichen der Anschlussteile bis hin zur theoretischen, konstruktiven Auslegung. Für jedes einzelne beschädigte Wälzlager werden dann die Schadensmerkmale dokumentiert und anhand einer weiteren Checkliste bewertet. Findling Wälzlager unterscheidet drei Leistungsbereiche: Die Strukturschadensanalyse untersucht, ob das Lager falsch ausgelegt wurde; Die Produktfehleranalyse gibt Aufschluss darüber, ob das Wälzlager einen Herstellungsfehler aufweist; die tribologische Bewertung hingegen befasst sich mit Schäden, die auf erhöhte Reibung, Verschleiß und unzureichende Schmierstoffe zurückzuführen sind.

Bei Problemen im Einsatz sind natürlich nicht immer die Käfige schuld: Das zeigt ein Praxisbeispiel aus dem Jahr 2015. Ein auf Antriebstechnik spezialisiertes Unternehmen hatte Rillenkugellager von einem Markenhersteller bezogen. Beim Dauertest der Vorserie beim Endkunden kam es in zwei Fällen nach ca. 5000 Betriebsstunden. Das Unternehmen beauftragte Findling Wälzlager mit einem Schadensgutachten inklusive Verbesserungsvorschlägen. Das Ergebnis der Untersuchung und der detaillierten Fettanalyse: Im vorliegenden Fall wurde die falsche Passform gewählt; Hinzu kam eine konstruktionsbedingte Verschmutzung des Schmierfettes durch Verschleiß am Schneckenrad.

Basierend auf der Analyse gab Findling dem Kunden eine Empfehlung, welche Maßnahmen ergriffen werden könnten, um die Schadensursachen dauerhaft zu beseitigen und die Tests wurden erfolgreich abgeschlossen. (ud)

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