Wir werden oft gefragt, welche Lagerarten wir bei HCP Sense überwachen können. Die gute Nachricht ist: Nahezu alle!
Da es allerdings unglaublich viele verschiedene Lagerarten gibt und man dabei leicht den Überblick verliert, soll dieser Artikel für etwas Klarheit sorgen. Im Folgenden werden die grundlegenden Wälz- und Gleitlager mit deren Anwendungsgebieten, Funktionsweise sowie Vor- und Nachteilen dargestellt. Zusätzlich dazu wird erläutert, inwiefern wir diese Lager überwachen können und welcher Mehrwert daraus für Sie resultiert!
Wälzlager
Wälzlager sind in nahezu allen Maschinen zu finden und ermöglichen eine reibungsarme Lastübertragung und Rotation von Maschinenelementen. Der grundlegende Aufbau dieser Lagerart ähnelt sich dabei fast immer. Sie bestehen aus einem Außenring, einem Innenring und dazwischenliegenden Wälzkörpern, die mittels eines Käfigs auf Abstand zueinander gehalten werden.
Es gibt zahlreiche Wälzlagerarten, wobei der Hauptunterschied in der Ausführung der Wälzkörper liegt, die entweder in Form von Rollen oder Kugeln auftreten. Diese lassen sich noch tiefer in verschiedene Wälzlagerunterarten unterscheiden.
Wälzlager sind heutzutage in allen Größen und den unterschiedlichsten Materialien verfügbar. In der Regel sind die Abmaße genormt, aber es existieren auch Sonderlager, die auf spezielle Anwendungen zugeschnitten sind.
Die Schmierung in Wälzlagern spielt eine entscheidende Rolle, um Reibung und Verschleiß zu minimieren. Generell unterscheidet man zwischen drei verschiedenen Arten der Schmierung: Ölschmierung, Fettschmierung und Feststoffschmierung. Die Aufgabe der Schmierstoffe besteht darin, die Kontaktpartner möglichst vollständig voneinander zu trennen. Dies hängt bei Flüssigschmierstoffen hauptsächlich von der Viskosität, der Relativgeschwindigkeit den Kontaktpartnern, der Flächenpressung und dem verwendeten Schmierstoff ab. Im Falle von Wälzlagern resultieren diese Parameter vor Allem aus der Drehzahl, der Lagerlast, dem verwendeten Schmierstoff und der Temperatur.
Je nach Belastungsrichtung werden Lager zwischen Radial- und Axiallagern unterschieden. Zur Klassifizierung in diese beiden Lagerarten wird der Druckwinkel herangezogen. Dieser Winkel, der zwischen der Radialebene und der Drucklinie liegt, dient als Maßstab, wobei die Position der Drucklinie maßgeblich von den verwendeten Wälzkörpern und Rollbahnen abhängt.
Radiallager: 0° < α < 45°
Axiallager: 45° < α < 90°
Die Anwendungsmöglichkeiten von Wälzlagern erstrecken sich in sämtliche Bereiche, in denen sich mechanische Bauteile drehen. Ihr Einsatzspektrum erstreckt sich von großen Windkraftanlagen, über die Mobilitätsbranche bis hin zu kleinen elektrischen Zahnbürsten. Zum Beispiel finden sie Verwendung in Flugzeugtriebwerken sowie in den Turbinen und Rotoren von Hubschraubern. Darüber hinaus sind Wälzlager in Turbinenpumpen und Satelliten verbaut. Sowohl in der Luftfahrt-, als auch in der Automobilindustrie sind sie im Fahrwerk als Radlager oder in Getrieben zu finden. Wälzlager sind auch für den Einsatz in Elektromotoren oder als Kupplungslager geeignet. Weitere Einsatzbereiche umfassen die Fahrradindustrie, die Bahntechnik, die Robotik, die Lebensmittelindustrie und Land- und Baumaschinen.
Man merkt schnell, dass Wälzlager in nahezu jeder Branche unverzichtbar sind!
Funktionsweise und Anwendungsgebiete der Wälzlagerarten
Wälzlager können in Form von Kugellagern oder Rollenlagern vorliegen. Zu den Wälzkörpern für Rollenlager gehören unter anderem Zylinderrollen, Nadeln, Walzen, Kegelrollen und Tonnenrollen. Im Folgenden werden die wesentlichen Bauformen von Wälzlagern und ihre Eigenschaften erläutert.
Rillenkugellager
Das Rillenkugellager ist das gängigste Wälzlager, das in zahlreichen Anwendungen zu finden ist. Es besteht aus einem Innen- und Außenring, zwischen denen sich Kugeln befinden, um die Rotation von einem Element auf das Gehäuse zu übertragen. Ein Wälzlagerkäfig hält die Kugeln in Position und führt sie durch Nuten im Lager. Weiterhin gibt es auch zweireihige Rillenkugellager, welche allerdings deutlich seltener zum Einsatz kommen, als einreihige Rillenkugellager. Je nach Bedarf und Anwendung kann das „Innenleben“ des Lagers abgedichtet werden, um es beispielsweise vor Schmutz zu schützen.
Die Lagerart des Rillenkugellagers findet eine weit verbreitete Anwendung im Maschinen- und Fahrzeugbau für Lagerungen, die keine speziellen Anforderungen erfüllen müssen.
Schrägkugellager
Auch Schrägkugellager sind in einreihiger und zweireihiger Ausführungsform verfügbar. Diese Lagerart wird dann eingesetzt, wenn sowohl große radiale als auch große axiale Kräfte auftreten und eine genaue axiale Führung erforderlich ist. Die Berührungspunkte der Wälzkörper mit den Lagerringen bestimmen den Druck- bzw. Berührungswinkel. Da einreihige Schrägkugellager axiale Belastungen nur in einer Richtung aufnehmen und auch radiale Belastungen immer eine exakte Reaktionskraft hervorrufen, ist eine Gegenführung durch ein zweites Lager notwendig. Diese Lagerart muss deshalb immer paarweise verwendet und gegeneinander montiert werden.
Schrägkugellager sind für die Lagerung von möglichst kurzen, biegesteifen Wellen bei hoher radialer und axialer Belastung geeignet. Dazu zählen beispielsweise Schneckenwellen oder Fahrzeugachsen.
Zylinderrollenlager
Bei Zylinderrollenlagern sind die Wälzkörper zylindrisch. Dadurch wird der Kontakt zwischen Wälzkörper und Lagerring zu einer Linienberührung. Zylinderrollenlager haben deshalb bei gleichen Abmessungen eine größere Tragfähigkeit als Rillenkugellager und sind für Stoßbelastungen besser geeignet.
Zylinderrollenlager sind nicht selbsthaltend und können somit einfach zerlegt werden. Dies ermöglicht den getrennten Einbau von Innen- und Außenring.
Diese Lagerart wird häufig in Elektromotoren und Getriebe, sowie in Achslagern von Schienenfahrzeugen und Walzwerken eingesetzt.
Tonnenlager
Tonnenlager sind mit tonnenförmigen Rollen ausgerüstet und die Laufbahnen der Außenringe als Hohlkugel geschliffen. Solche Lager sind schwenkbar, was deren Einsatz bei etwaigen Fluchtfehlern verbessert. Ihr Verwendungsgebiet umfasst den gesamten Schwermaschinenbau, Walzwerke, Papiermaschinen, Hebezeuge, Achsbuchsen für schwere Schienenfahrzeuge und Förderseilscheiben.
Pendelrollenlager
Zweireihige Tonnenlager werden auch als Pendelrollenlager bezeichnet. Diese sind in der Lage, neben den Radialkräften auch große Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmen zu können. Dabei können aufgrund ihrer Bauart Schiefstellungen von bis zu 4° ausgeglichen werden. Diese Lagerart gilt als Wälzlager mit der größten Tragfähigkeit.
Ähnlich wie bei dem Tonnenlager umfasst das Verwendungsgebiet des Pendelkugellagers den Schwermaschinenbau, Walzwerke, Papiermaschinen, Hebezeuge, Achsbuchsen für schwere Schienenfahrzeuge und Förderseilscheiben.
Vor- und Nachteile von Wälzlager
Vorteile
- Geringer Verschleiß auch bei niedrigen Drehzahlen (ab Mischreibung)
- Hohe Normierung und Standardisierung
- Hohe Tragfähigkeit
- Hohe Variantenvielfalt
Nachteile
- Erhöhter Geräuschpegel
- Empfindlich bei Stoßbelastungen
- Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung
Welche Wälzlagertypen kann HCP Sense überwachen?
Aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Wälzlagern können wir mit unserer patentierten Technologie jede Lagerart von Wälzlagern problemlos überwachen, sofern diese aus Metall sind. Denn die Laufbahnen des Lagers stellen in Kombination mit den Wälzkörpern und dem Schmierstoff simpel gesagt einen Kondensator dar, wessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Lagers verändert. Dieser elektrische Wechselstromwiderstand drückt sich als Impedanz aus, welche die Grundlage für unsere Auswertung darstellt.
Mehr Informationen zu der Funktionsweise unserer Technologie finden Sie hier:
Gleitlager
Gleitlager dienen dazu, relativ zueinander bewegte Komponenten mit hoher Präzision, minimaler Reibung und minimalem Verschleiß zu führen, während sie gleichzeitig Kräfte zwischen den Reibpartnern übertragen. Abhängig von der Art und Richtung der auftretenden Kräfte wird zwischen statisch und dynamisch belasteten Radial- und Axialgleitlagern unterschieden. Zur Schmierung von Gleitlagern werden Öl, Fett oder auch Festschmierstoffe verwendet. Des Weiteren gibt es allerdings auch Gleitlager, welche ohne Schmierung betrieben werden.
Gleitlager weisen eine hohe Stabilität gegenüber Stößen und Erschütterungen auf und wirken gleichzeitig dämpfend auf Schwingungen und Geräusche. Sie tolerieren geringe Verschmutzungen und können bei richtiger Materialauswahl sowie regelmäßiger Wartung praktisch eine unbegrenzte Lebensdauer erreichen. Dank ihrer Konstruktion sind Gleitlager für den Einsatz bei sehr hohen und niedrigen Gleitgeschwindigkeiten geeignet. Der Aufbau dieser Lagerart ist vergleichsweise einfach und sie benötigen wenig Bauraum. Gleitlager können sowohl als ungeteilte als auch geteilte Versionen ausgeführt werden, was ihre Installation und Wartung vereinfacht.
Funktionsweise und Anwendungsgebiete der Gleitlagerarten
Gleitlager werden in einer breiten Palette von Maschinen und Geräten jeglicher Art eingesetzt. Sie finden besonders häufig Verwendung in Anwendungen wie Verbrennungsmotoren, wo sie in Kurbelwellen-, Pleuel-, Kolbenbolzen- und Nockenwellenlagern zum Einsatz kommen. Ebenso sind sie in Kolbenverdichtern und -pumpen zu finden und spielen eine wichtige Rolle in Getrieben, Dampf- und Wasserturbinen sowie Generatoren. Zusätzlich werden Gleitlager in Kreisel- und Zahnradpumpen eingesetzt. Des Weiteren sind sie unverzichtbar in Werkzeugmaschinen, Schiffen, Walzwerken und Pressen.
Abseits von industriellen Anwendungen werden Gleitlager auch in der Land- und Hauswirtschaftstechnik, Bürotechnik und Unterhaltungselektronik eingesetzt. Ihre Vielseitigkeit und Effizienz machen sie zu einer unverzichtbaren Komponente in zahlreichen technischen Systemen.
Die verschiedenen Lagerarten von Gleitlagern unterscheiden sich hauptsächlich hinsichtlich ihrer Materialien. Diese sind entscheidend, wenn es darum geht, ein Gleitlager für das entsprechende Einsatzgebiet auszulegen. Bei der Wahl des geeigneten Gleitlagers muss vor Allem darauf geachtet werden, dass der
- Werkstoff und der Schmierstoff aufeinander abgestimmt sind
- Schmierstoff die Reibfläche gut benetzt
- Werkstoff gute Notlaufeigenschaften besitzt
- Werkstoff eine hohe Verschleißfestigkeit besitzt
- Werkstoff eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat
Im Folgenden werden die gängigen Lagerarten von Gleitlagern vorgestellt.
Hydrodynamische Gleitlager
Ein hydrodynamisches Gleitlager ist eine Lagerart, bei der ein minimales Spiel zwischen Lager und Welle besteht. Dieses Spiel ist mit Schmiermittel gefüllt. Dabei liegt die Welle im Ruhezustand auf dem Gleitlager auf.
Beginnt die Welle zu rotieren, wird Schmiermittel in den Spalt zwischen Lager und Welle gezogen. Unterhalb der Welle bildet sich dadurch ein Schmierfilm, der die Welle anhebt. Gleitlager und Welle berühren sich dadurch nicht mehr und sind durch einen Schmierfilm voneinander getrennt.
Diese Lagerart eignet sich bei großen Lagerkräften und hohen Drehzahlen, wobei der Schmierfilm eine dämpfende Wirkung aufweist.
Hydrostatische Gleitlager
Ein hydrostatisches Gleitlager ist eine Lagerart, bei der mittels einer Pumpe Schmiermittel zwischen Welle und Lager gepumpt wird. Im Gegensatz zu hydrodynamischen Lagern besteht also dauerhaft eine Vollschmierung.
Hydrostatische Gleitlager kommen zum Einsatz, wenn ein zentrischer Lauf der Welle notwendig ist. Da die Ölversorgung bzw. der Öldruck ein Sicherheitsrisiko darstellt, tendiert man jedoch häufig zu hydrodynamischen Lagerstellen.
Keramikgleitlager
Keramikgleitlager aus Siliziumcarbid kommen häufig bei Pumpen zum Einsatz. In Großpumpen werden diese Lager oft zusätzlich faserverstärkt. Dabei befinden sich die Gleitlager im Pumpengehäuse und werden mit der geförderten Flüssigkeit geschmiert.
Die bemerkenswerte Korrosionsbeständigkeit und der äußerst geringe Verschleiß aufgrund der Härte sind wesentliche Vorteile dieser Lager. Schwierigkeiten können jedoch auftreten, wenn die Pumpen trocken laufen.
Kunststoffgleitlager
Kunststoffgleitlager bestehen aus Hochleistungspolymeren und speziellen Gleitzusätzen. Im Gegensatz zu metallischen Gleitlagern erfordern Polymerlager in der Regel keine Schmiermittel wie Öl oder Fett für ihren Betrieb. Dadurch ermöglichen sie einen schmier- und wartungsfreien Betrieb. Diese Lagerart stellt eine umweltfreundliche Alternative zu geschmierten metallischen Gleitlagern dar und bietet eine solide Leistungsfähigkeit, insbesondere unter einfachen bis mittleren Betriebsbedingungen.
Sinterlager
Unter Sinterlagern versteht man gesinterte Buchsen, welche im Vergleich zu massiven Ausführungen eine geringere Dichtigkeit aufweisen. In ihren Poren kann sich Schmierstoff ansammeln (Mischreibung). Dabei bildet sich im Betrieb zwischen dem Lager und der Welle ein Schmierfilm aus. Gleitlager aus Sinterbronze sind weitgehend resistent gegen Korrosion, besitzen eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und sind antimagnetisch.
Vor- und Nachteile von Gleitlagern
Vorteile
- Geräuscharmer Betrieb
- Je nach Werkstoff gute Schwingungsaufnahme
- Sehr hohe Temperaturbeständigkeit
- Einfache Montage
- Hohe Lebensdauer bei hohen Drehzahlen
Nachteile
- Starker Verschleiß bei Festkörper- bzw. Mischreibung
- Wenig Normierung und Standardisierung
- Erhöhte Wärmeentwicklung
- Verhältnismäßig geringe Tragfähigkeit
Welche Gleitlagertypen kann HCP Sense überwachen?
Ähnlich wie bei Wälzlagern können alle metallischen Gleitlager aufgrund der damit einhergehenden elektrischen Leitfähigkeit vollumfänglich mit unserer Technologie überwacht werden, sofern sich im Gleitlager ein tragender Schmierfilm oder Mischreibung ausbildet.
Keramikgleitlager sind nicht elektrisch leitfähig, aber dennoch eingeschränkt überwachbar, sofern diese modifiziert werden.
Kunststoffgleitlager werden üblicherweise ohne Schmierstoff betrieben, wodurch auch keine Aussage über diesen getroffen werden kann. Allerdings ist es möglich, mittels entsprechender Modifikationen den Verschließ dieser Lagerart zu messen, wodurch ein ungeplanter Stillstand verhindert werden kann.
Sinterlager zeichnen sich vor Allem dadurch aus, dass diese aus einer Buchse bestehen, welche über ein Schmiermittel im direkten Kontakt mit der Welle sind. Dabei macht es aus messtechnischer Sicht keinen großen Unterschied, ob es sich bei dem Innenring um ein Lagerbauteil oder die Welle selbst handelt, da vor Allem der dazwischen befindliche Schmierstoff die entscheidenden Informationen liefert.
Mehr Informationen zu der Funktionsweise unserer Technologie finden Sie hier:
Ihr möglicher Nutzen - Was wir können
Der Einsatz der Technologie von HCP Sense ermöglicht Ihnen:
Schmierungsüberwachung
- Warnung vor dem Auftreten eines initialen Schadens
-> Sowohl bei Schmierstoffmangel, als auch bei Alterung - Ausfall verhindern, statt nur vorhersagen
Im Folgenden ist ein typischer Verlauf der Rohdaten bei einem Maschinenhochlauf im Rahmen der Schmierungsüberwachung dargestellt, bei dem der Übergang der verschiedenen Reibungsbereiche deutlich wird:
Lebensdauerbestimmung
- Individuelle Lebensdauer der Maschine basierend auf tatsächlicher Belastung
- Verbesserung der Annahmen für zukünftige Auslegung
- Lange Vorwarnzeiten basierend auf Restlebensdauer
- Austausch erst bei „echtem“ Bedarf
Diese Predictive Maintenance Möglichkeiten bietet Ihnen:
- Verhinderung ungeplanter Ausfälle
- Reduktion des Produktionsausfallrisikos
- Prozessüberwachung
- Verringerung der Wartungskosten
- Lagerauslegung
- Erkenntnisse über Benutzerverhalten
Daraus resultieren folgende Anwendungsmöglichkeiten für Sie:
- Überwachung der Belastung
- RUL-Prognose anhand der Belastung
- Erkennen von Lagerverschleiß
- Verhindern von Lagerversagen durch Überwachung der Schmierung
- Verhinderung ungeplanter Ausfälle
- Zustandsüberwachung der Gesamt-anlage anhand der Lagerkräfte (Unwucht, Ausrichtung, …)
- Und Vieles mehr…!
Weiterführende Informationen finden Sie in unserem Technologie Blog. Über die Ursachen von Lagerschäden können Sie weiter in unserem Artikel Lagerschaden: Ursachen frühzeitig erkennen & Lagerausfall vermeiden lesen.
Somit bietet HCP Sense durch unsere Zustandsüberwachung einen zuverlässigen Predictive Maintenance Nutzen und eine sehr hohe Sicherheit für Ihre Lageranwendungen!
Ganz nach dem Motto: Verfügbarkeit steigern, Kosten senken!
Wir beraten Sie gerne!
Mehr Informationen zu unseren Leistungen rund um das Thema Condition Monitoring finden Sie unter dem Reiter Produkte.
Rufen Sie uns unter +49 172 1805442 an, wenn Sie mit Dr. Tobias Schirra unserem Fachmann für Wälzlagermesstechnik sprechen möchten.
Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme.
