Wälzlager im betrieblichen Einsatz: was man wissen und beachten sollte.

Erste Patente und Einsatzbeispiele für Wälzlager stammen aus dem 19. Jahrhundert, die meisten heute bekannten Bauformen wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelt und haben sich in zahlreichen Anwendungen gegen die bis dahin bekannten Gleitlager durchsetzen können, da sie im Betrieb weniger Reibung und damit Wärme erzeugen, weniger Schmiermittel benötigen und häufig sowohl radiale als auch axiale Belastungen gleichzeitig übertragen können. Heute zählen die Wälzlager zu den wichtigsten und am häufigsten eingesetzten Maschinenelementen. Sie zeichnen sich aus durch eine große Vielfalt an Bauarten, Bauformen und Baugrößen aus unterschiedlichsten Werkstoffen und sind somit angepasst an vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Neben den weitgehend genormten Ausführungen gibt es für spezielle Anforderungen und Anwendungen zahlreiche Sonderlagen und immer wieder werden für bestimmte Einsatzfälle neue Lager entwickelt und konstruiert.

Wie bei den meisten anderen Maschinenelementen auch müssen bei der konkreten konstruktiven Gestaltung und Auswahl eines Wälzlagers für jeden individuellen Einsatzfall die Größe und Art der statischen und dynamischen Belastung, die speziellen Einsatz- und Umgebungsbedingungen und die erwartete Gebrauchs- bzw. Lebensdauer möglichst genau bekannt sein bzw. vorgegeben werden. Da Wälzlager in der Regel unter realen Auslegungskriterien und Einsatzbedingungen nicht dauerfest sind und demnach zwangsläufig irgendwann ausfallen werden, muss bereits im Vorhinein eine angemessene Instandhaltungsstrategie für das Wälzlager festgelegt und im Betrieb umgesetzt werden. Wenn die Entscheidung auf die zustandsorientierte Strategie fällt, wird sehr häufig versucht, den Zustand des Wälzlagers durch eine Schwingungsdiagnose messtechnisch zu ermitteln, was sich je nach Anwendungsfall technisch äußerst anspruchsvoll gestaltet. Wenn keine Schadenshinweise diagnostisch ermittelt werden können, ist das Wälzlager in aller Regel nicht ermüdet und nicht verschlissen. Wenn aber Hinweise auf Schädigungen oder Verschleiß vorliegen, ist immer nur eine Abschätzung einer Restlebensdauer technisch möglich, jedoch keine exakte Restlebensdauerbestimmung.

Die betriebliche Praxis zeigt, dass in vielen Anwendungen Wälzlager die zuvor berechnete oder abgeschätzte Lebensdauer nicht erreichen und teils schon in einem sehr frühen Lebensdauerstadium ausfallen. Die Ursache für den frühen Ausfall wird häufig in Fehlern des Herstellers bei der werkstofftechnischen oder mechanischen Fertigung vermutet, zahlreiche Untersuchungen bestätigen aber immer wieder, dass Herstellfehler nur ca. 1% der Ausfallursachen abdecken. Anders ausgedrückt besagen die Untersuchungen also, dass der Konstrukteur, der Maschinenfertiger oder der Maschinenbetreiber ursächlich für die überwiegende Anzahl der Ausfälle verantwortlich sind. Unter den möglichen Ausfallursachen nimmt das Thema einer nicht ordnungsgemäßen Schmierung und Ausbildung eines nicht voll schmierfähigen elastohydrodynamischen Schmierkontaktes den größten Raum ein, ohne dass die Ursachen hierfür detailliert benannt werden, gefolgt von konstruktiven, montagetechnischen oder einsatzbedingten Mängeln. Umfangreiche Checklisten und Beispiele aller möglichen Schadensbilder helfen häufig, der Schadensursache auf den Grund zu gehen und in der Folge die Ursachen weitestgehend abzustellen. In jüngerer Vergangenheit ist bei speziellen Anwendungen immer häufiger die Schadensform der White Etching Cracks beobachtet worden. Diese ist zwar schon lange bekannt, früher aber nur selten identifiziert worden. Ihre Ursache ist heute noch nicht abschließend geklärt und also auch nicht vollständig abgestellt, sie wird aber in zahlreichen Forschungsaktivitäten untersucht zur Erklärung der Mechanismen und zur Erarbeitung von Gegen- bzw. Abhilfemaßnahmen.

Bei einer langjährigen intensiven Beschäftigung mit zahlreichen Schadensfällen von Wälzlagern in den unterschiedlichsten Einsatzgebieten musste immer wieder festgestellt werden, dass häufig gegen elementare Auslegungsrichtlinien und Kriterien verstoßen und so eine Vielzahl von Wälzlagerschäden mit oft schwerwiegenden Folgen verursacht wurde. In allen maschinentechnischen Ausbildungen wird mehr oder weniger intensiv und vertiefend auf das Maschinenelement „Wälzlager“ eingegangen, so dass eigentlich die Grundlagen für den späteren richtigen Umgang mit Konstruktion, Montage, Einsatz und Instandhaltung der Wälzlager gelegt sind. Die betriebliche Praxis im industriellen Umfeld zeigt aber, dass das gelehrte und erlernte Wissen und die in den Wälzlagerkatalogen umfänglich dargelegten Richtlinien und Hinweise für Gestaltung, Konstruktion, Montage, Betrieb und Wartung häufig nicht mit der notwendigen Konsequenz verstanden und bei einer Anwendung beachtet und umgesetzt und so die Tragweite einer Nichtbeachtung der grundlegenden Kenntnisse nicht richtig erkannt wird. Umso wichtiger scheint es daher zu sein, sich immer wieder die elementaren Grundlagen einer richtigen konstruktiven Gestaltung, ordnungsgemäßen Anwendung und Wartung der Wälzlager in ihren vielfältigen Einsätzen zu vergegenwärtigen und zu verinnerlichen.

Prof. Dr.-Ing. Bruno van den Heuvel, Lehrbeauftragter am Institut für Advanced Mining Technologies, RWTH Aachen

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