Impedanzbasierte Wälzlagerüberwachung – Diagnose von Verunreinigungen zur Verhinderung von Lagerausfällen

In der Mischreibung liegt also eine Parallelschaltung aus wechselnden kleinen oder großen Widerständen und Kondensatoren vor. Sobald in der Hydrodynamik der Schmierfilm vollständig ausgebildet ist und keine metallischen Kontakte mehr auftreten, entspricht das Lager einer Kapazität mit parallelem großen Widerstand.

Aus den Rohsignalen von Kapazität und Widerstand werden die Indices K_mix und K_hydro als Messwerte für Misch- und Flüssigkeitsreibung gebildet. K_mix liegt zwischen 0 und 100 und dient als Indikator für die Mischreibung, K_hydro ist nach oben unbegrenzt und Indikator für die hydrodynamische Schmierung. Bei K_mix zwischen 0 und 90 befindet sich das System in der Grenzreibung, bei einem K_mix über 90 und einem K_hydro unter 90 in der Mischreibung, und, wenn sowohl K_mix als auch K_hydro  über 90 liegen, befindet sich das System sicher in der hydrodynamischen Schmierung. 
 

Versuche

Die Versuche wurden mit Wälzlagern des Typs SKF 6205 am Lagerprüfstand LP-2 durchgeführt, der mit dem Impedanzmesssystem der Firma HCP Sense ausgestattet ist. Auf einer Welle befinden sich zwei radial belastete Lager. Das eine Lager diente als Vergleich und wurde mit dem jeweiligen frischen Fett geschmiert, das andere war das Versuchslager, in dem die Fette gewechselt wurden. Die Versuche wurden mit je 3 g Fett durchgeführt. Als Verunreinigung wurden jeweils 50 Korundpartikel des Typs WIWOX® NK 150 (63-106 µm) definiert ins Fett eingebracht bzw. 0,75 ml Wasser in 3 g Fett. Zwei Fette unterschiedlicher Viskosität kamen zum Einsatz.

Die Schädigung der Oberfläche führt zu Furchen mit Randaufwürfen, die wiederum zu mehr Kontakten in der Reibstelle führen. Dadurch lassen sich die niedrigeren Werte von K_hydro erklären. Weiterhin ist ein Einfluss auf die Struktur des Schmierfilmes denkbar. Um diese Einflüsse zu trennen, wurden die Lager nach dem Versuch gereinigt und mit frischem Fett geschmiert. Dabei zeigen sich die durch die Partikel herbeigeführten bleibenden Oberflächenveränderungen signifikant beim niedrigviskosen Fett LGLT. Bei LGMT bildet sich ein relativ stabiler Schmierfilm in beiden Lagern, der sich in K_hydro nur geringfügig unterscheidet. Hier scheinen die Oberflächenänderungen durch die Partikel nur geringfügig gewesen zu sein, möglicherweise trat tatsächlich eine Wechselwirkung zwischen Fett und Partikeln auf.
 

Einfluß von Wasser

Wasser zeigt einen deutlichen Einfluß auf die Schmierfilmausbildung. Sowohl K_mix als auch K_hydro weisen auf Grenz- und starke Mischreibung bei Anwesenheit von Wasser hin. Mit längerer Laufzeit nimmt die Schmierfilmbildung zu, wahrscheinlich wurde zuvor Wasser aus dem Kontakt verdrängt. Beim frischen Fett bildet sich schnell ein sicher schützender Schmierfilm, allerdings deuten die starken Schwankungen auf Inhomogenitäten hin.