Die Funktion eines Wälzlagers
Wälzlager, Gleitlager, Gelenklager oder lineare Führungen sind hinsichtlich ihrer Art, Dimensionierung und Einsatzbedingung genauso individuell wie unsere Sonderschmierstoffe. Die Wälzlager gehören zu den wichtigsten Maschinenelementen. Ob Kugellager oder Rollenlager, Radiallager oder Axiallager, die Last- und Bewegungsübertragung erfolgt immer über Wälzkörper, die zwischen Laufringen oder Laufscheiben angeordnet sind. Für eine präzise Funktion der Bauteile müssen die metallischen Oberflächen auf Abstand gehalten werden. Die zuverlässige Trennung der beiden Reibpartner, also der Wälzkörper und Laufbahnoberfläche durch einen geeigneten Schmierstoff, ist Voraussetzung für einen verschleißarmen oder sogar verschleißfreien Betrieb der Wälzlager. In der Tribologie spricht man von der „physikalischen Schmierung“. Idealerweise sollten alle im Lager vorhandenen Oberflächen vollständig benetzt sein. In den Kontaktflächen der Wälzlager wirken neben Rollbewegungen auch Gleitbewegungen, allerdings in einem viel geringeren Maße als bei Gleitlagern. Diese Bewegungen treten in Wälzlagern zwischen den Rollkörper und dem Käfig oder zwischen Rollenstirn- und Bordflächen auf. Dort sind die Drücke in der Regel weit niedriger als im Rollbereich.
Der Vorteil eines Wälzlagers
Hauptvorteile der Wälzlager sind geringe Reibungswiderstände beim Anfahren, speziell bei tiefen Betriebstemperaturen. Sie bieten eine lange Lebensdauer sowie einen überschaubaren Wartungsaufwand. Der Einbau von Wälzlagern erfordert allerdings Sorgfalt und Präzision. Schon geringfügige Unregelmäßigkeiten an Wälzkörpern und Lagerringen führen zu verstärkten Laufgeräuschen und zu erhöhtem Verschleiß.
Typische Wälzlagerarten:
Rillenkugellager
Schrägkugellager
Spindellager
Vierpunktlager
Pendelkugellager
Axial-Rillenkugellager
Axial-Schrägkugellager
Zylinderrollenlager
Kegelrollenlager
Pendelrollenlager
Toroidalrollenlager (TORB)
Nadellager und Nadelkränze
Nadelhülsen und Nadelbüchsen
Stützrollen
Kurvenrollen
Laufrollen
Die Gründe für einen vorzeitigen Ausfall
Langjährige Studien haben gezeigt, dass bei ca. 45 % aller vorzeitig ausgefallenen Wälzlager das Schadensbild auf eine ungeeignete Schmierung zurückzuführen war. Es reichte von kleinen, gerade noch erkennbaren Aufrauhungen über deutliche Gleit- und Kratzspuren bis bin zu großflächigen Materialübertragungen, die zum Ausfall geführt haben. Dadurch entstanden beträchtliche Folgekosten. Weitere Schadensursachen resultierten aus Montagefehlern (ca. 25 %), Materialermüdung (ca. 9 %) und diversen anderen Gründen (ca. 21 %), die zu vorzeitigen Lagerausfällen führten.
Weitere Lagerarten. Auch bei Linearsystemen ist eine effektive Schmierleistung unerlässlich. Unzureichende Schmierung führt hier ebenso zu höherem Verschleiß der Wälzkörper oder Laufbahnen und einer mitunter erheblichen Verkürzung der Lebensdauer. Bei Gleitlagern befindet sich der Wellenzapfen unmittelbar in der Lagerschale. Beim Gleitvorgang, also bei der Drehung der Welle in der Lagerschale oder Drehung der Lagerschale bei ruhender Welle, treten Druck- und Reibungskräfte zwischen den aufeinander gleitenden Flächen auf. Diese Gleitbewegungen haben ihre Ursache in elastischen Verformungen der aufeinander abrollenden Teile und in der gekrümmten Form der Rollflächen. Der Schmierstoff hat bei Gleitlagern, ähnlich wie bei Wälzlagern, vor allem die Aufgabe, eine metallische Berührung der Roll- und Gleitflächen zu verhindern oder zu mindern, also Reibung und Verschleiß möglichst gering zu halten.
Aufgaben der Schmierung
Die Hauptaufgabe der Schmierung von Lagern liegt darin, eine Berührung der Roll- und Gleitflächen zu verhindern oder zu mindern. Dadurch werden Reibung und Verschleiß niedrig gehalten. Sonderschmierstoffe verlängern die Lebensdauer der Bauteile, erhöhen die Prozesssicherheit, verringern Geräuschpegel, lassen Lager schneller laufen, senken Energiekosten und lassen sie extremen Einflüssen zuverlässig standhalten.
Der Schmierfilm benötigt für eine effektive Trennung der Reibpartner eine hohe Adhäsionskraft auf den Oberflächen, ein optimales Nachfließverhalten, sowie eine hohe Stabilität und Verschleißfestigkeit selbst bei sehr hohen oder tiefen Betriebstemperaturen. In Anwendungen mit hohen Lagerdrehzahlen ist ein dynamischer Schmierfilmaufbau erforderlich. Darüber hinaus schützen Schmierstoffe die Bauteile vor Korrosion und äußerlich einwirkende Kontaminationen (Abdichtwirkung durch Fettkragen). Kann sich der Schmierfilm bauartbedingt nicht vollständig ausbilden, so dass zumindest in Teilbereichen die Trennung nicht gegeben ist? Auch in solchen Fällen ist ein verschleißarmer Betrieb möglich, wenn die dabei lokal auftretenden hohen Betriebstemperaturen chemische Reaktionen zwischen den Additiven im Schmierstoff und den Oberflächen der Rollkörper oder Lagerringen auslöst. Die dabei entstehenden tribomechanischen Reaktionsschichten stellen schmierfähige Substanzen dar. Man spricht in diesem Fall von einer „chemischen Schmierung“. Fett- oder Ölschmierung In Wälzlagern wird zu ca. 90 % die Fettschmierung angewandt. Bei normalen Betriebs- und Umgebungsverhältnissen ist oft eine Lebensdauerschmierung (for-life Schmierung) möglich. Bei extremen Beanspruchungen, zum Beispiel durch Drehzahl, Temperatur und Belastung, ist eine Nachschmierung in angemessenen Zeitintervallen einzuplanen.
Vorteile einer Fettschmierung geringerer konstruktiver Aufwand
Verbleib im Reibkontakt
unterstützende Dichtwirkung durch das Fett
hohe Gebrauchsdauer bei wartungsfreier Schmierung ohne Aufwand für Schmiergeräte
Eignung für Drehzahlkennwerte n ·dM 2,6 · 106 min-1 · mm
längere Notlaufphase bei Ausfall der Schmierstoffversorgung
niedriges Reibungsmoment
Vorteile einer Ölschmierung
leichte Adaption an ölgeschmierte Baugruppenelemente
Umlaufschmierung
leichte Wärmeabfuhr bei hohen Drehzahlen und Belastungen
Abtransport von Verschleißteilchen, Verschmutzung, Abrieb
leichte Applikation (zum Beispiel Minimalmengenschmierung – Tropföler, Öl-Luftschmierung)
Vermeidung von Planschverlusten
geringe innere Reibung
Als Spezialschmierstoffhersteller ist es unsere Aufgabe, die Schmierfette oder Schmieröle passgenau auf die Lagerbauart und auf die jeweiligen Betriebs- und Umgebungsbedingungen abzustimmen. Ein effektives tribologisches Lösungskonzept erfordert eine ganzheitliche Betrachtung der Anwendung unter folgenden Kriterien:
Betriebstemperaturen, Lagerdrehzahlen und Traglast des Schmierfilms unter Berücksichtigung bzw. Berechnung der erforderlichen Grundölviskosität, des Drehzahlkennwertes und der Belastungsverhältnisse C/P.
Physikalische und medienbedingte Einflüsse der Maschinenelemente selbst genau wie aus der Einbaulage und aus spezifischen Betriebsbedingungen resultierende Einflüsse.
Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Reinräume, die Herstellung von Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten, geräuschsensible oder umweltsensible Bereiche, Luft- und Raumfahrt.
Betriebsbedingungen wie Betriebstemperaturen und thermische Einflüsse.
Aufgrund innerer Reibung beträgt die Betriebstemperatur eines Lagers durch Selbsterwärmung ca. +35 °C bis +75 °C. Durch betriebsbedingte thermische Außeneinflüsse (hohe oder tiefe Temperaturen), fallen diese jedoch häufig deutlich höher oder niedriger aus.
Die Automobilindustrie fordert beispielsweise eine störungsfreie Funktion der eingesetzten Schmierstoffe von -40 °C bis +160 °C, wogegen die Luftfahrt eine untere Mindestgebrauchstemperatur von -50 °C fordert. Die Einbrennvorgänge in Lackieranlagen erreichen oft Betriebstemperaturen von deutlich mehr als +200 °C. Es können noch weit extremere thermische Anforderungen beherrscht werden.
Wichtig bei der Wahl geeigneter Schmierstoffe ist eine deutliche thermische Reserve in Relation zu den tatsächlich anstehenden Betriebstemperaturen. Eine angemessene Fettgebrauchsdauer lässt sich mit einem Überschuss von ca. +50 °C zur tatsächlichen oberen Betriebspunkttemperatur realisieren.
Unsere Hochtemperaturfette und -öle beherrschen erhöhte bis sehr hohe Betriebstemperaturen von +140 °C bis +300 °C. Festschmierstoffhaltige Hochtemperaturpasten und -öle bleiben sogar bis +1400 °C thermisch stabil.
Unsere Tieftemperaturschmierstoffe sichern auch bei sehr niedrigen Betriebstemperaturen von -40 °C bis -80 °C durch niedrigste Losbrechmomente die störungsfreie Funktion der Bauteile.
Bei einer ausreichenden thermischen Reserve gewährleisten unsere Hochtemperaturschmierstoffe eine extrem lange Gebrauchsdauer.
Völkel bietet eine Reihe innovativer Hochtemperatur- und Tieftemperaturschmierstoffe mit und ohne H1-Zulassung.
Grundviskosität
Für die Bestimmung der Grundölviskosität wird der mittlere Lagerdurchmesser dm in mm benötigt.
Ergänzt durch die Parameter für Drehzahl und die Betriebstemperatur lässt sich die mindestens erforderliche Grundölviskosität bei +40 °C in einem entsprechenden VT-Diagramm ablesen.
Liegt für ein bestimmtes Schmierfett die Grundölviskosität für +40 °C und +100 °C vor, lassen sich diese anhand des VT-Diagramms ableiten.
Die Lasttragefähigkeit des Schmierfilms steht im direkten Zusammenhang mit einer temperaturbedingt ausreichenden Grundölviskosität.
Lagerdrehzahl
Der Drehzahlkennwert für Wälzlager n·dM setzt sich zusammen aus der Drehzahl im Betriebspunkt n (in min-1) und dem mittleren Lagerdurchmesser dm (in mm). Der Drehzahlkennwert n·dM für Schmierfette hängt in hohem Maß von Grundöltyp, Grundölviskosität und Verdickersystem sowie vom Wälzlagertyp ab.
Ein rasches Nachfließen des Öls in die Reibstelle, eine konstante definierte Ölabgabe aus dem Verdickersystem und die Haftung von Grundöl und Verdickersystem am Grundwerkstoff sind wichtige Faktoren für eine zielführende Schmierung bei hohen Drehzahlkennwerten.
Auf den technischen Datenblättern unserer Wälzlagerschmierfette sind jeweils die maximalen Drehzahlkennwerte für die Fettschmierung an Rillenkugellagern angegeben.
Völkel bietet sowohl spezielle Hochdruckfette als auch innovative Leichtlauffette mit niedrigster innerer Reibung, für höchste Lagerdrehzahlen, zum Beispiel Elektromotoren in modernen Fahrzeugen.
Betriebseinflüsse
Physikalische Einflüsse
Die exakte Schmierung ist gewährleistet, auch wenn Bauteile hohen Druck- und Stoßbelastungen, schnellen Lagerdrehzahlen oder Gleitgeschwindigkeiten, hohen oder tiefen Prozesstemperaturen, Fliehkräften oder durch ein Vakuum zusätzlich physikalisch belastet werden.
Medieneinflüsse
Sehr viele Anwendungen erfordern eine ausgezeichnete Medienbeständigkeit gegenüber Einflüssen wie Wasser, Salzwasser, Heißwasser, Wasserdampf sowie leichte Laugen und Säuren. In der Chemie sind es sogar aggressive Laugen und Säuren wie zum Beispiel Schwefelsäure.
Umgebungsbedingungen
In sensiblen Fertigungsprozessen, wie zum Beispiel in Reinräumen, der Luft- und Raumfahrt, Erstausrüstung (OEMs), Automobilindustrie, Lebensmittel- und Medizintechnik oder in geräuschsensiblen Umgebungen sind besondere Anforderungen zu erfüllen.
In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie treten beispielsweise häufig mehrere der aufgezeigten Einflüsse parallel auf. Die Stabilität gegenüber branchenüblichen Reinigungsmitteln und Desinfektionsmitteln ist darüber hinaus unerlässlich. Überall dort, wo bei der Schmierung der Kontakt mit Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten nicht ausgeschlossen werden kann, sollten unsere nach DIN EN ISO 21469 produzierten und NSF-H1 bzw. InS-H1 zertifizierten Schmierstoffe eingesetzt werden.
Originalausrüstungshersteller (OEMs)
Erstausrüster aus dem Maschinen- und Anlagenbau sowie von unterschiedlichsten Bauteilen etablieren branchenübergreifend H1-Schmierstoffe für die Erstbefüllung (First-Fill) ihrer Produkte. Von größtem Interesse sind das außergewöhnliche Leistungsniveau sowie höchste Qualitätsstandards bei der Rohstoffwahl, der Fertigung und die Überwachung der gesamten Fertigungskette.
In Reinräumen oder in der Luft- und Raumfahrt müssen sich die Sonderschmierstoffe absolut inert verhalten und dabei niedrigste Verdampfungsverluste aufweisen.
In geräuschsensiblen Bereichen ist ein hoher Reinheitsgrad der chemischen Bestandteile sowie besondere Fertigungsverfahren in der Herstellung von entscheidender Bedeutung.
Die Erfüllung aller Anforderungen aus unterschiedlichsten Betriebsbedingungen bildet die Grundlage der Entwicklung unserer Spezialschmierstoffe. Zur Sicherheit von Menschen, Produktionsgütern und -prozessen.
Spezielle Grundstoffe und komplexe Fertigungsverfahren
Unser Sortiment an Sonderschmierfetten umfasst vollsynthetische Perfluorpolyetherfette (Inertfette), Polyharnstofffette, Di-Harnstofffette, Polyglycolfette sowie spezielle vollsynthetische und mineralische Lithiumseifenfette, Lithium-Komplexfette, Calcium-Sulfonat-Komplexfette bzw. spezielle Calciumseifenfette. Unsere Sonderschmieröle sind hauptsächlich spezielle vollsynthetische Esteröle, Polyglycolöle oder Polyalphaolefinöle.
Wir bieten unseren Kunden das passgenaue tribologische Lösungskonzept. Die Zielsetzung ist die maximale Bauteilelebensdauer und die daraus resultierende Prozesssicherheit.
Völkel verwendet ausschließlich hochwertige Grundöle, spezielle strukturstabile Konsistenzgeber und effektiv wirkende Additive sowie gegebenenfalls unterschiedliche Festschmierstoffe. Verarbeitet werden diese in aufwendigen Fertigungsverfahren zu effizienten, leistungsfähigen Spezialschmierstoffen.
Völkel – Ihr Spezialist für zukunftsweisende Schmierkonzepte
Unser engagiertes Team freut sich auf Ihre Herausforderungen!
