Ausgabe 6 / 2012 - technik + EINKAUF
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<strong>EINKAUF</strong>SFÜHRER<br />
TECHNIK-WIKI<br />
Geschichte des Wälzlagers<br />
Obwohl schon zu Zeiten der Pharaonen<br />
bekannt, erdachte und<br />
zeichnete das wirkliche Prinzip<br />
des Wälzlagers Leonardo da Vinci.<br />
Ein Durchbruch war die Entwicklung<br />
der ersten Kugelschleifmaschine<br />
durch Friedrich Fischer<br />
1883. Aber erst 1898–1901 untersuchte<br />
man an der Technischen<br />
Versuchsanstalt Potsdam-Neubabelsberg<br />
unter Prof. Richard Hermann<br />
Stribeck die Wälzkörper<strong>technik</strong><br />
wissenschaftlich.<br />
Wälzkörper<br />
Funktion<br />
Lager sollen gewünschte Freiheitsgrade<br />
der Bewegungen festlegen<br />
und nicht erwünschte blockieren.<br />
Beim Wälzlager befinden<br />
sich zwischen den beweglichen<br />
Teilen Wälzkörper in Form von Kugeln<br />
oder Rollen. In der Regel hält<br />
ein Käfig die Wälzkörper in einem<br />
konstanten Abstand zueinander.<br />
Wälzlager bestehen normalerweise<br />
aus Chromstahl, rostfreiem<br />
Stahl oder Keramik (Siliciumnitrid,<br />
Zirconiumoxid, Siliciumcarbid.<br />
Eine weitere Option sind Hybridlager<br />
aus zwei verschiedenen<br />
Materialien.<br />
Kugellager<br />
Da kostengünstig wird dieser Typ<br />
am meisten eingesetzt. Leider ist<br />
die Tragfähigkeit, bedingt durch<br />
die Bauart, begrenzt.<br />
Zylinderrollenlager<br />
Die Wälzkörper sind Kreiszylinder.<br />
Je nach Bauform können sie nur<br />
radiale oder zusätzlich auch axiale<br />
Kräfte aufnehmen. Die Bauformen<br />
unterscheiden sich durch<br />
Anordnung der ‚Borde‘ am Innenund<br />
Außenring.<br />
Kegelrollenlager<br />
Kegelrollenlager<br />
Die Wälzköper sind Kegel. Bekannteste<br />
Anwendung ist das<br />
Radlager bei Fahrzeugen. Es ist in<br />
radialer wie auch in axialer Richtung<br />
sehr hoch belastbar. In der<br />
Regel werden zwei Lager gegeneinander<br />
angestellt.<br />
Tonnenrollenlager<br />
Die Rollkörper sind die so genannten<br />
Tonnenrollen. Das Lager<br />
ist für hohe stoßartige Radialkräfte<br />
ausgelegt, allerdings in Axialrichtung<br />
nur gering belastbar.<br />
Nadelhülse<br />
Nadellager<br />
Ein Nadellager ist ein Sonderfall<br />
des Zylinderrollenlagers und hat<br />
kreiszylindrische Wälzkörper (Nadeln)<br />
mit sehr großen Längen im<br />
Verhältnis zum Wälzkörperdurchmesser<br />
(>2,5). Es hat eine sehr<br />
kompakte Baugröße und wird<br />
häufig in Getrieben und Motoren<br />
verwendet. Der Vorteil des Nadellagers<br />
besteht in seiner geringen<br />
Einbauhöhe und seiner hohen<br />
Tragkraft. Diese ergibt sich durch<br />
die im Gegensatz zum Kugellager<br />
vergrößerte Auflagefläche.<br />
Toroidalrollenlager<br />
Sie ähneln Nadellagern, haben<br />
aber torusförmige Rollen. Sie<br />
können Axial- wie auch Winkelversatz<br />
ausgleichen ohne das<br />
Reibmoment des Lagers zu erhöhen.<br />
Nachteilig beim Nadellager<br />
wirkt sich aus, dass durch die kleine<br />
Bauform die höchstzulässige<br />
Drehzahl geringer ist als bei den<br />
anderen Wälzlagerarten.<br />
Linearkugellager<br />
Diese spezielle Kugellager funktionieren<br />
mit einem axialen Kugelumlauf.<br />
Ihre Spezialität ist die<br />
möglichst reibungsarme Führung<br />
der gradlinigen reibungsarmen<br />
Bewegung eines Maschinenelements<br />
entlang einer Welle. Dieses<br />
Lager befindet sich in Scannern,<br />
3D-Messeinrichtungen, Pressen,<br />
aber auch in Lineartischen.<br />
Reibung reduzieren<br />
Eines der wichtigsten Forschungsbereiche<br />
hier ist im Lagerbereich<br />
die Reibung immer<br />
weiter zu reduzieren und damit<br />
die Energieeffizienz und die Zuverlässigkeit<br />
zu steigern und Verschließ<br />
zu mindern.<br />
Detektion dank mangelnder<br />
Schmierung<br />
Ein wichtiger Aspekt ist die automatisierte<br />
Defektdetektion. Häufigster<br />
Ausfallgrund für Wälzlager<br />
ist schlechte Schmierung. Ein<br />
Schmierfettsensor analysiert die<br />
Qualität des Fettes im laufenden<br />
Betrieb und ermöglicht eine bedarfsgesteuerte,<br />
kostengünstige<br />
Instandhaltung. Der Sensorkopf<br />
wird in den Schmierstoff eingebettet<br />
und mit Hilfe von optischen<br />
Infrarot-Verfahren können<br />
Wassergehalt, Trübung, thermischer<br />
oder mechanischer Verschleiß<br />
und Temperatur detektiert<br />
werden.<br />
Defektquelle Oberflächenfehler<br />
Wichtige Defektquellen sind beschädigte<br />
Oberflächen. Fehlersignale<br />
entstehen hier schon bevor<br />
die Temperatur nachweisbar ansteigt.<br />
Käfig und Rollen im Wälzlager<br />
drehen mit unterschiedlichen<br />
Drehzahlen und auch die<br />
unterschiedlichen Materialien<br />
haben Einfluss auf die möglichen<br />
Schwingungen, deshalb ist die<br />
auftretende Schwingung ein<br />
Summensignal. Da die Hersteller<br />
der Lager die Defektfrequenzen<br />
der Komponenten bekannt geben<br />
sind über die Frequenzanalyse<br />
des Summensignals die Ursachen<br />
zu ermitteln. Der Nachweis<br />
geschieht per akustischem Piezosensor.<br />
Hybridwälzlager<br />
Autarke Fehlerdetektion<br />
Wälzlager in industriellen Anwendungen,<br />
da ist genügend Platz für<br />
einen Sensor. Immer mehr Sensoren<br />
verfügen über die Möglichkeit,<br />
autark zu arbeiten indem sie<br />
sich über Schwingungen, Temperatur<br />
und Energiefluktuationen in<br />
der Umgebung per Energy Harvesting<br />
mit dem nötigen Betriebsstrom<br />
versorgen.<br />
Bilder: Schäffler<br />
06/<strong>2012</strong> 15
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