Wenn ein Wälzlager in Betrieb ist, laufen Wälzkörper und Laufbahnen nicht vollständig reibungsfrei. Besonders bei hohen Drehzahlen und hohen Belastungen kann der Druck im Kontaktbereich sehr hoch sein. Ohne geeigneten Schutz durch einen Schmierstoff können Metalloberflächen direkt aufeinander treffen, was zu Verschleiß und Schäden führt. Nachdem der Schmierstoff in den Kontaktbereich des Lagers gelangt ist, bildet er einen sehr dünnen Schmierfilm. Obwohl dieser Film sehr dünn ist, teilweise sogar weniger als 1 Mikrometer, übernimmt er eine äußerst wichtige Funktion.
1. Warum benötigen Wälzlager Schmierung?
Der Hauptzweck der Schmierung besteht darin, den direkten Kontakt zwischen Metalloberflächen zu verringern und einen ruhigen, zuverlässigen Lauf des Lagers zu unterstützen. Eine geeignete Schmierung kann die Lagerleistung verbessern, Verschleiß reduzieren und die Gebrauchsdauer verlängern.
Hauptfunktionen der Lagerschmierung
Reibung und Verschleiß reduzieren: Der Schmierfilm trennt zwei Metalloberflächen voneinander und hilft, direkte Reibung zu vermeiden.
Lagertemperatur senken: Lager erzeugen während des Betriebs Wärme. Schmierung kann Reibungswärme reduzieren; einige Schmierverfahren können zudem dazu beitragen, Wärme abzuführen.
Tragfähigkeit verbessern: Ein guter Schmierfilm kann die wirksame Kontaktfläche vergrößern und lokale Kontaktpressungen reduzieren.
Gebrauchsdauer des Lagers verlängern: Bei geeigneter Schmierung kann das Lager wiederholte Belastungen gleichmäßiger aufnehmen, was die Ermüdungslebensdauer verbessert.
Rost, Staub und Korrosion vorbeugen: Schmierstoffe können auf Metalloberflächen eine Schutzschicht bilden und so die Einwirkung von Feuchtigkeit, Staub und korrosiven Medien verringern.
Einfach gesagt: Ohne gute Schmierung ist es für ein Lager schwierig, über lange Zeit zuverlässig zu arbeiten. Mit geeigneter Schmierung kann die Lagerlebensdauer deutlich verbessert werden.
2. Gängige Schmierverfahren für Wälzlager
Schmierverfahren für Wälzlager lassen sich im Allgemeinen in drei Hauptarten unterteilen
Ölschmierung Fettschmierung Feststoffschmierung
Je nach Betriebsbedingungen sollte das passende Schmierverfahren ausgewählt werden.
3. Ölschmierung
Bei der Ölschmierung wird Schmieröl zur Schmierung des Lagers verwendet. Sie eignet sich für Anwendungen mit hohen Drehzahlen, hohen Temperaturen, hohen Belastungen oder für Bedingungen, bei denen Wärme abgeführt werden muss. Gängige Verfahren der Ölschmierung
Tropfölschmierung Ölbadschmierung Schleuderschmierung Ölumlaufschmierung Ölstrahlschmierung Ölnebelschmierung Öl-Luft-Schmierung
Vorteile der Ölschmierung
Die Ölschmierung bietet einen vergleichsweise breiten Betriebstemperaturbereich, eine gute Wärmeabfuhr und erleichtert das Filtern sowie den Austausch des Schmierstoffs. In einigen Hochgeschwindigkeitsanlagen ist Ölschmierung besser geeignet als Fettschmierung. Darüber hinaus kann das Schmierölsystem, wenn die Anlage weitere Reibkomponenten wie Zahnräder oder Ketten enthält, diese Bauteile gleichzeitig mit Schmierstoff versorgen. Wo wird Ölschmierung üblicherweise eingesetzt?
Ölschmierung wird häufig eingesetzt bei
Hochgeschwindigkeitslagern Hochtemperaturlagern Lagern für hohe Belastungen Anlagen, die eine kontinuierliche Wärmeabfuhr erfordern Mechanischen Systemen, die eine Zentralschmierung benötigen
Allerdings sind Ölschmiersysteme vergleichsweise komplex und stellen höhere Anforderungen an Abdichtung, Ölzufuhr, Ölrückführung und Wartung.
4. Fettschmierung
Fettschmierung ist eine der am häufigsten verwendeten Schmiermethoden für Wälzlager. Fett ist ein halbfester Schmierstoff, der aus Grundöl, Verdicker und Additiven besteht.
Im Allgemeinen enthält Schmierfett
Etwa 70 % bis 95 % Grundöl Etwa 5 % bis 30 % Verdicker Eine geringe Menge an Additiven, die dennoch eine wichtige Funktion erfüllen
Vorteile der Fettschmierung
Die größten Vorteile der Fettschmierung sind der einfache Aufbau, die unkomplizierte Abdichtung und die niedrigen Wartungskosten. Fett läuft nicht leicht ab und muss nicht so häufig nachgefüllt oder umgewälzt werden wie Schmieröl. Daher ist Fettschmierung bei gewöhnlichen Motoren, mechanischen Anlagen, Fördersystemen, Landmaschinen, Baumaschinen und Bergbaumaschinen sehr verbreitet. Wo wird Fettschmierung üblicherweise eingesetzt?
Fettschmierung wird häufig eingesetzt bei
Lagern mit niedriger oder mittlerer Drehzahl Betriebsbedingungen mit mittleren Temperaturen Anlagen, die nur schwer häufig nachgeschmiert werden können Staubigen Arbeitsumgebungen Lagern, die eine bessere Abdichtung erfordern Anwendungen, bei denen Ölleckage oder Produktverunreinigung nicht zulässig ist
Beispielsweise verwenden viele Lager in Lebensmittelmaschinen, Förderanlagen, Elektromotoren und landwirtschaftlichen Geräten Fettschmierung.
5. Feststoffschmierung
Wenn Ölschmierung und Fettschmierung die Betriebsanforderungen nicht erfüllen können, kann Feststoffschmierung eingesetzt werden.
Feststoffschmierung wird in der Regel unter besonderen Betriebsbedingungen eingesetzt, zum Beispiel bei
Hochtemperaturumgebungen Vakuumumgebungen Umgebungen mit starker Strahlung Bedingungen, unter denen Schmieröl oder Schmierfett leicht versagen kann Anwendungen, bei denen eine Verunreinigung durch flüssige Schmierstoffe nicht zulässig ist
Bei der Feststoffschmierung können Festschmierstoffpulver, Beschichtungen oder reibungsarme Werkstoffe eingesetzt werden, um den direkten Kontakt zwischen Metalloberflächen zu reduzieren. Zu den gängigen Festschmierstoffen zählen Molybdändisulfid, Graphit, PTFE und weitere Materialien.
6. Auswahl des richtigen Schmierstoffs
Die Auswahl des Schmierstoffs ist sehr wichtig. Viele Lagerausfälle werden nicht durch mangelhafte Lagerqualität verursacht, sondern durch eine falsche Schmierstoffauswahl oder eine ungeeignete Schmierstoffmenge. Bei der Auswahl eines Schmierstoffs sollten vor allem die folgenden Faktoren berücksichtigt werden.
1. Betriebstemperatur
Die Temperatur beeinflusst direkt die Viskosität von Schmieröl oder Schmierfett. Bei niedriger Betriebstemperatur sollte ein Schmierstoff mit niedrigerer Viskosität gewählt werden, um einen erschwerten Anlauf des Lagers zu vermeiden. Bei hoher Betriebstemperatur sollte ein Schmierstoff mit höherer Viskosität und guter Hochtemperaturbeständigkeit gewählt werden. Liegt die Temperatur über 200°C, sind herkömmliche Schmieröle und Schmierfette möglicherweise nicht mehr geeignet. In diesem Fall sollten in der Regel Hochtemperaturfett, spezielles Syntheseöl oder sogar ein Festschmierstoff in Betracht gezogen werden.
2. Lagerdrehzahl
Je höher die Drehzahl, desto niedriger sollte im Allgemeinen die Viskosität des Schmierstoffs sein. Wenn ein Hochgeschwindigkeitslager mit einem Schmierstoff mit zu hoher Viskosität betrieben wird, steigt der Laufwiderstand, und es kann zu erheblicher Wärmeentwicklung kommen.
Daher
Hochgeschwindigkeitslager: geeignet für niedrigviskoses Schmieröl oder Hochgeschwindigkeitsfett.
Langsamlaufende Lager: geeignet für Schmieröl mit höherer Viskosität oder zähere Fette.
Eine einfache Erklärung dafür ist
Hohe Drehzahlen erfordern eine „leichte“ Schmierung, während langsamer Lauf unter hoher Belastung eine „dickere“ Schmierung benötigt.
3. Lagerbelastung
Je höher die Belastung, desto größer ist der Druck in der Kontaktzone des Lagers und desto leichter kann der Schmierfilm herausgedrückt werden. Daher benötigen hoch belastete Lager in der Regel Schmierstoffe mit höherer Viskosität und stärkerer Ölfilmfestigkeit. Falls erforderlich, sollten außerdem Schmierstoffe mit Hochdruckadditiven oder Verschleißschutzadditiven ausgewählt werden. Wenn der Schmierstoff keine ausreichende Tragfähigkeit besitzt, können im Lager Trockenreibung, Verschleiß, Verbrennungen oder sogar Lagerbrüche auftreten.
4. Betriebsumgebung
Die Betriebsumgebung des Lagers beeinflusst ebenfalls die Auswahl des Schmierstoffs. Wenn das Lager in feuchter Umgebung, bei Wasserkontakt, in korrosiven Gasen, unter staubigen Bedingungen oder bei niedrigen Temperaturen betrieben wird, sollte ein Schmierstoff mit geeigneten Leistungsmerkmalen ausgewählt werden.
Betriebsumgebung Empfohlene Schmierstoffeigenschaften
Feuchte Umgebung Gute Wasserbeständigkeit
Korrosive Gase Guter Rostschutz und gute Korrosionsbeständigkeit
Staubige Umgebung Gute Dichtwirkung; Fettschmierung wird bevorzugt
Niedrigtemperaturumgebung Gute Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen
Hochtemperaturumgebung Hohe Temperaturbeständigkeit und gute Oxidationsbeständigkeit
Stoß und Vibration Hohe Ölfilmfestigkeit und gute Verschleißschutzeigenschaften
5. Lagergenauigkeit und Oberflächenrauheit
Wenn das Lager eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist und die Reibflächen relativ glatt sind, kann ein Schmierstoff mit niedrigerer Viskosität verwendet werden, um Energieverbrauch und Temperaturanstieg zu reduzieren. Wenn die Lageroberfläche relativ rau ist oder die Kontaktbedingungen ungünstig sind, sollte ein Schmierstoff mit höherer Viskosität ausgewählt werden, um den Schutz durch den Ölfilm zu verbessern.
7. Auswahl der richtigen Schmierölviskosität
Ist die Viskosität des Schmieröls zu niedrig, verfügt der Ölfilm nicht über ausreichende Tragfähigkeit und kann leicht abreißen. Dadurch können Metalloberflächen im Lager direkt miteinander in Kontakt kommen, was zu erhöhtem Verschleiß führt. Ist die Viskosität des Schmieröls zu hoch, steigt der Planschwiderstand; die Lagertemperatur und der Energieverbrauch nehmen zu. Daher sollte die Ölviskosität nicht einfach nach dem Prinzip „je höher, desto besser“ oder „je niedriger, desto besser“ gewählt werden. Sie sollte entsprechend den tatsächlichen Betriebsbedingungen festgelegt werden.
Im Allgemeinen
Höhere Drehzahl → niedrigere Viskosität wählen Niedrigere Drehzahl → höhere Viskosität wählen Höhere Belastung → höhere Viskosität wählen Höhere Temperatur → Schmieröl mit guter Hochtemperaturbeständigkeit und gutem Viskositäts-Temperatur-Verhalten wählen Präzisionslager → Schmieröl mit mittlerer Viskosität und guter Stabilität wählen
8. Auswahl des richtigen Lagerfetts
Bei der Auswahl von Fett sollten die folgenden Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden
Grundöltyp
Verdickertyp
Tropfpunkt
Nadelpenetration
Wasserbeständigkeit
Oxidationsbeständigkeit
Extreme-Pressure- und Verschleißschutzeigenschaften
Betriebstemperaturbereich
1. Der Tropfpunkt sollte höher als die Arbeitstemperatur sein
Der Tropfpunkt des Fetts muss höher sein als die tatsächliche Betriebstemperatur des Lagers. In der Regel wird empfohlen, dass der Tropfpunkt 20°C bis 30°C über der Arbeitstemperatur liegt.
Ist der Tropfpunkt zu niedrig, kann das Fett bei hohen Temperaturen weich werden, austreten und seine Schmierfunktion verlieren.
2. Hochgeschwindigkeitslager sollten kein zu zähes Fett verwenden
Fett hat eine geringere Fließfähigkeit als Schmieröl. Verwendet ein Hochgeschwindigkeitslager ein zu zähes Fett, steigt der Walkwiderstand und die Lagertemperatur nimmt zu.
3. Lager mit hoher Belastung sollten Fett mit guter Verschleißschutz- und Extreme-Pressure-Leistung verwenden
Ist die Lagerbelastung hoch, sollte ein Fett mit Verschleißschutz- und Extreme-Pressure-Additiven ausgewählt werden, um die Festigkeit des Ölfilms zu verbessern und den Verschleiß zu verringern.
9. Warum sollte die Schmierstoffmenge nicht zu hoch sein?
Viele gehen davon aus, dass mehr Schmierstoff grundsätzlich besser ist. Das ist falsch. Bei zu wenig Schmierstoff kann es im Lager zu Mangelschmierung, Verschleiß und Überhitzung kommen.
Zu viel Schmierstoff kann jedoch ebenfalls Probleme verursachen
Erhöhter Plansch- und Walkwiderstand Höhere Lagertemperatur Schnellere Alterung des Schmierstoffs Höherer Energieverbrauch Fettaustritt Ungewöhnliche Erwärmung bei Hochgeschwindigkeitslagern
Daher sollte die Schmierstoffmenge passend ausgelegt sein.
Einfach gesagt
Bei der Schmierung geht es nicht darum, möglichst viel Schmierstoff einzusetzen. Entscheidend ist die richtige Menge.
10. Grundprinzipien für die Schmierölmenge
1. Ölbadschmierung
Bei der Ölbadschmierung sollte der Ölstand in der Regel bis zur Mitte des untersten Wälzkörpers des Lagers reichen, also etwa bis zur halben Höhe des Wälzkörpers. Bei vergleichsweise niedriger Lagerdrehzahl kann der Ölstand etwas höher liegen.
2. Spritzschmierung
Bei der Spritzschmierung fördern rotierende Bauteile wie Zahnräder das Schmieröl nach oben und schleudern es in den Lagerbereich. Dieses Verfahren wird häufig in Getrieben und ähnlichen Anlagen eingesetzt.
3. Ölumlaufschmierung
Die Ölumlaufschmierung eignet sich für Anlagen mit hohen Drehzahlen, hohen Temperaturen oder hohen Belastungen. Das Schmieröl strömt kontinuierlich in das Lager und führt Wärme sowie Verunreinigungen ab. Diese Methode bietet eine gute Schmierleistung, die Systemausführung ist jedoch komplexer. In der Regel sind eine Ölpumpe, ein Öltank, ein Filter und ein Kühlsystem erforderlich.
11. Bestimmung der Fettfüllmenge
Die Fettfüllmenge sollte anhand der Lagerdrehzahl festgelegt werden.
Allgemeine Grundsätze
Drehzahlbedingung des Lagers
Fettfüllmenge
Hohe Drehzahl oder nahe der Grenzdrehzahl Etwa 1/3 des freien Innenraums des Lagers oder weniger
Betrieb bei mittlerer Drehzahl Etwa 1/3 bis 2/3 des freien Innenraums des Lagers
Betrieb bei niedriger Drehzahl Mehr als 2/3 können zulässig sein
Niedrige Drehzahl mit hohen Anforderungen an die Abdichtung Unter Umständen kann der gesamte Raum gefüllt werden
Bei den meisten Standardlagern sollte Fett in der Regel nicht überfüllt werden. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitslagern kann zu viel Fett leicht zu Wärmestau führen und sogar Lagerschäden verursachen.
12. Warum müssen Lager mit Fett nachgeschmiert werden?
Im Langzeitbetrieb altert Schmierfett allmählich. Das Grundöl kann verdampfen oder verloren gehen, und ein Teil des Fetts kann außerdem durch den Dichtungsspalt herausgedrückt werden. Daher ist bei vielen Anlagen eine regelmäßige Fett-Nachschmierung erforderlich.
Das Einbringen von frischem Fett hat zwei Hauptfunktionen
Wiederherstellung der Schmierleistung Herausdrücken von altem Fett und Verunreinigungen, um das Eindringen externer Fremdstoffe in das Lager zu reduzieren
Im Allgemeinen sollte das Nachschmierintervall für Fett anhand von Lagertyp, Drehzahl, Temperatur, Belastung, Dichtungszustand und Arbeitsumgebung festgelegt werden.
13. Grundprinzipien der Wälzlager-Schmierung
Die Schmierung von Wälzlagern lässt sich wie folgt zusammenfassen
Hochgeschwindigkeitslager erfordern eine gute Wärmeregulierung und einen geringen Reibwiderstand. Bei hohen Drehzahlen sollte das Schmiermittel nicht zu viskos sein, und das Lager sollte nicht überfüllt werden.
Schwerlastlager benötigen eine hohe Schmierfilmbeständigkeit. Bei hoher Belastung sollte ein Schmierstoff mit höherer Viskosität und guter Verschleißschutzwirkung gewählt werden.
Hochtemperaturlager erfordern hochtemperaturbeständige Schmierstoffe. Gewöhnliche Öle und Fette können bei hohen Temperaturen schnell versagen, daher sollten für Hochtemperaturanwendungen spezielle Schmierstoffe verwendet werden.
Feuchte oder korrosive Umgebungen erfordern Schutz vor Rost und Wasser. Auch Edelstahllager müssen sachgerecht geschmiert werden, und die Schutzwirkung des Schmierstoffs sollte nicht unterschätzt werden.
Mehr Schmierstoff ist nicht immer besser. Ein Übermaß an Schmierstoff kann zu Temperaturanstieg, Leckagen und höherem Energieverbrauch führen.
Regelmäßige Nachschmierung und Wartung sind wichtig. Schmierstoffe altern mit der Zeit und sollten entsprechend den tatsächlichen Einsatzbedingungen geprüft und ergänzt werden.
14. Fazit
Der Hauptzweck der Schmierung von Wälzlagern besteht darin, einen stabilen Schmierfilm zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen zu bilden. Dadurch wird direkter Metall-auf-Metall-Kontakt verringert, die Reibung gesenkt, Verschleiß reduziert, der Temperaturanstieg kontrolliert und die Gebrauchsdauer des Lagers verlängert. In der Praxis reicht es nicht aus, lediglich festzustellen, dass „Schmierung vorhanden“ ist. Das Schmierverfahren sollte entsprechend Lagerdrehzahl, Belastung, Temperatur, Arbeitsumgebung und konstruktiven Merkmalen ausgewählt werden. Für allgemeine Betriebsbedingungen ist Fettschmierung eine praktische, wirtschaftliche und am häufigsten eingesetzte Option. Bei hohen Drehzahlen, hohen Temperaturen oder schweren Lasten ist Ölschmierung in der Regel besser geeignet. Für extreme Umgebungen können Feststoffschmierung oder spezielle Schmierlösungen erforderlich sein.
In einem Satz
Das richtige Schmierverfahren, der passende Schmierstoff und die richtige Schmierstoffmenge sind entscheidend für einen stabilen Betrieb von Wälzlagern und eine lange Gebrauchsdauer.