Testzentrum für Wälzlager 22.04.2021, 07:00 Uhr

Lagerausfällen auf der Spur

Rund 50 Millionen Lager müssen jedes Jahr getauscht werden. Im SKF-Testzentrum Brave wollen Experten herausfinden, warum sie ausfallen und wann es soweit ist.

In dem SKF-Technologiezentrum im niederländischen Houten untersuchen Experten experimentell die Mechanismen hinter den unterschiedlichen Lagerausfällen auf Brave-Testständen. Bild: SKF

In dem SKF-Technologiezentrum im niederländischen Houten untersuchen Experten experimentell die Mechanismen hinter den unterschiedlichen Lagerausfällen auf Brave-Testständen. Bild: SKF

Rund zehn Milliarden Lager stellt SKF nach eigenen Angaben jedes Jahr her. Angesichts der oft rauen Einsatzbedingungen sei ihre Zuverlässigkeit beeindruckend hoch: Rund 90 % dieser Komponenten halten demnach länger als die Maschinen, in die sie eingebaut sind, nur 0,5 % fallen bei laufendem Betrieb aus. Das klingt nach wenig, entspricht aber immer noch rund 50 Millionen Lagern. Für jeden einzelnen Ausfall zahlen die Betreiber – in Form von Produktionsausfällen, Schäden an angrenzenden Bauteilen und Reparaturkosten.

Abschätzung der Lebensdauer ist sehr komplex

Ein Drittel der Lager fällt, wie SKF ausführt, wegen Ermüdungserscheinungen aus, ein weiteres Drittel wegen mangelnder Schmierung. Verunreinigungen sind für ein Sechstel der Ausfälle verantwortlich. Den Rest verursachen Faktoren wie falsche Handhabung und Montage, höhere oder andere Belastungen als vorgesehen und schlechte Lagersitze. Um vorherzusagen, warum und – vielleicht noch wichtiger – wann ein Lager ausfallen wird, ist eine Vielzahl von Variablen zu berücksichtigen, beispielsweise die vorgesehene Anwendung, die Betriebs- und Umgebungsbedingungen, die zu verwendenden Schmierstoffe und die zu erwartenden Belastungen. Somit ist bei der Entwicklung neuer Lager deren Charakterisierung und die Abschätzung der Lebensdauer oft langwierig, kostenintensiv und komplex.

Diesen Herausforderungen will SKF mit einem Technologiezentrum im niederländischen Houten begegnen. Dort wollen die SKF Experten die Mechanismen hinter den unterschiedlichen Lagerausfällen experimentell untersuchen. Außerdem soll das Zentrum unter dem Namen „Bearing Rigs for Accelerated Verification Experiments“ (Brave) dazu genutzt werden, eine schnelle, genaue und wiederholbare Vorhersagemethode der verbleibenden Gebrauchsdauer dieser Komponenten zu entwickeln.

Prüfstände für unterschiedliche Fragestellungen

„Wir brauchten flexible Prüfstände, auf denen wir verschiedene Anwendungsbedingungen nachbilden können. Darauf wollen wir auch untersuchen, wie sich ein Lagersystem mitsamt seinen Werkstoffen und der Schmierung bei unterschiedlichen Belastungen und Drehzahlen verhält“, erklärt Edwin Tummers, Teamleiter für Experimental Verification bei SKF. „So können wir feststellen, wie Defekte entstehen, wie sie sich ausbreiten und wie lange das jeweilige Lager hält, bis eine Wartung erforderlich ist.“ Die Testszenarien lassen sich in die drei Setups „Kontaminieren“, „Initiieren“ und „Ausbreiten“ unterteilen, die oft nacheinander gefahren werden.

  • Mit „Kontaminieren“ lassen sich auf verschiedene Weise Defekte an den Lagern erzeugen, dazu gehören Eindrückungen, Abschürfungen oder elektrische und korrosive Oberflächenangriffe. Dabei können auch unterschiedliche Schmierstoffe zum Einsatz kommen.
  • Initialschäden lassen sich im Setup „Initiieren“ erzeugen.
  • Mit „Ausbreiten“ können die Entwickler bestimmen, wie sich unterschiedliche Belastungs- und Drehzahlbedingungen auf die Ausbreitung dieses Schadens auswirken.

Diese Prüfstände lassen sich getrennt voneinander nutzen, sind aber auch frei miteinander kombinierbar. Das macht laut SKF eine Vielzahl an Testszenarien möglich. „So haben die SKF Forscher die Möglichkeit, viele verschiedene Lagervarianten schnell zu bewerten, um für jede Anwendung die optimale Lösung zu finden“, sagt Urszula Sachadel, Teamleiterin für Bearing Steels, die das Projekt gemeinsam mit Tummers verantwortet. Die im Testzentrum entwickelten Prüfabläufe werden genau gesteuert und überwacht, ihre Daten zu Schwingungen, Temperatur und Belastung kontinuierlich aufgezeichnet. Diese lassen sich während oder nach den Experimenten im Detail analysieren.

„Mit Brave werden wir potenzielle Lagerlösungen schnell bewerten, einordnen und die Auswirkung verschiedener Herstellungsprozesse auf die Produkteigenschaften verstehen können“, führt Sachadel weiter aus. „Zudem können wir die Daten zu einem späteren Zeitpunkt für die Entwicklung künstlicher Intelligenz und für Technologien des maschinellen Lernens nutzen, um die Eigenschaften unserer Bauteile vorherzusagen oder zu verbessern.“

Außer Neuentwicklungen soll Brave auch das Geschäftsfeld Rotating Equipment Performance (REP) und die Wiederaufarbeitung voranbringen. SKF will die Lager nach verschiedenen Stufen der Rekonditionierung ansehen und so herausfinden, wie sich der Prozess auf ihre Leistung auswirkt und wie sich diese weiter steigern lässt. Bild: SKF

Neben den Neuentwicklungen soll Brave auch das Geschäftsfeld Rotating Equipment Performance (REP) und die Wiederaufarbeitung voranbringen. „Wir wollen uns die Lager nach verschiedenen Stufen der Rekonditionierung ansehen und so herausfinden, wie sich der Prozess auf ihre Leistung auswirkt und wie sich diese steigern lässt“, fasst Sachadel zusammen. „Dank Brave werden wir viel Neues lernen, und wir freuen uns jetzt schon darauf, die neuen Erkenntnisse mit unseren Kunden zu teilen.“

Von SKF/Udo Schnell

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