Selbstschmierende Lager: Was sie sind und warum sie langlebig sind

Bei rotierenden Maschinen ist der Lagerausfall die Hauptursache für ungeplante Ausfallzeiten – nach Angaben des Electric Power Research Institute verantwortlich für schätzungsweise 40 bis 50 Prozent aller Ausfälle von Elektromotoren weltweit. Selbstschmierende Lager wurden speziell entwickelt, um die Schmierungsfehler zu beseitigen, die diese Statistik bestimmen. Wenn sie verstehen, was sie sind, wie die Schmierung tatsächlich in einem Lager funktioniert und was Lager vorzeitig zerstört, erhalten Wartungsingenieure und Anlagenkonstrukteure die Grundlage, jedes Mal die richtige Spezifikationsentscheidung zu treffen.

Was ist ein selbstschmierendes Lager?

A selbstschmierendes Lager ist ein Gleitlager, das ohne äußere Schmierung arbeitet – kein Fett, kein Öl, keine Wartungsintervalle. Dies wird dadurch erreicht, dass das Schmiermittel direkt in seine Struktur eingearbeitet wird, entweder als fester Zusatzstoff im Lagermaterial, als poröse Matrix, die unter Druck und Hitze Öl freisetzt, oder als eingebettete Auskleidung, die bei Rotation einen dünnen Schmierfilm auf die Welle überträgt.

Die Definition, die in technischer Hinsicht von Bedeutung ist: Ein selbstschmierendes Lager ist jedes Lager, dessen tribologische Leistung vollständig durch Materialien oder Strukturen innerhalb des Lagers selbst aufrechterhalten wird, ohne dass es für seine Nennlebensdauer auf von außen aufgetragenes Schmiermittel angewiesen ist.

Müssen Lager geschmiert werden?

Standard-Wälzlager – Kugellager, Rollenlager, Kegellager – müssen ausnahmslos geschmiert werden. Ohne einen Schmierfilm, der die Wälzkörper von der Laufbahn trennt, kommt es innerhalb von Sekunden nach dem Start zu einem Metall-zu-Metall-Kontakt, der Hitze, Oberflächenfraß und beschleunigten Verschleiß erzeugt, der zum Ausfall führt.

Der Schmierstoff in einem herkömmlichen Lager erfüllt vier Funktionen gleichzeitig:

• Bildet einen hydrodynamischen Film, der den direkten Metallkontakt zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen verhindert
• Leitet die durch Rollkontakt und innere Reibung entstehende Wärme ab
• Schützt Innenflächen vor Oxidation, eindringender Feuchtigkeit und korrosiven Prozessmedien
• Schwebt Verschleißrückstände und Schmutzpartikel und spült sie aus, bevor sie abrasive Schäden verursachen

Die entscheidende Unterscheidung: selbstschmierendes Lagers erfüllen alle vier dieser Funktionen durch ihre Materialstruktur und nicht durch regelmäßige Wartung. Ein Sinterbronzelager gibt unter Betriebsbedingungen gespeichertes Öl ab; ein mit PTFE ausgekleidetes Lager überträgt einen Transferfilm auf die Welle; Ein mit Graphit verstopftes Lager gibt bei hohen Temperaturen Schmiermittel ab, bei dem herkömmliches Fett versagen würde. Die Schmierung ist eingebaut – nicht extern hinzugefügt.

Warum Lager ausfallen: Die sechs Grundursachen

Das SKF-Programm zur Analyse von Lagerausfällen, das sich auf über 100 Jahre Felddaten stützt, führt etwa 80 Prozent der vorzeitigen Lagerausfälle auf vermeidbare Ursachen zurück. Das Verständnis dieser Grundursachen ist der erste Schritt zur Festlegung, ob a selbstschmierendes Lager oder ein konventionell geschmiertes Lager ist für den jeweiligen Anwendungsfall die richtige Wahl.

Allein schmierungsbedingte Ausfälle sind für über ein Drittel aller vorzeitigen Lagerausfälle in diesem Bereich verantwortlich. Dies ist der primäre technische Fall für selbstschmierendes Lagers Bei Anwendungen, bei denen der Wartungszugang eingeschränkt ist, Schmierintervalle schwer einzuhalten sind oder Betriebsumgebungen (hohe Temperatur, hohe Luftfeuchtigkeit, chemische Einwirkung) herkömmliche Schmierstoffe schnell verschlechtern.

Kontamination: der stille Fehlerbeschleuniger

Kontamination ist die am meisten unterschätzte Ursache für Lagerausfälle in industriellen Umgebungen. Ein einzelnes Partikel harter Ablagerungen, das nur 1 Mikrometer größer als die Schmierfilmdicke des Lagers ist, reicht aus, um Oberflächenbeulen auf der Laufbahn auszulösen. In Zementwerken, Stahlwerken und Bergbaubetrieben führen in der Luft befindliche Kieselsäure und metallische Rückstände zu Verunreinigungsbedingungen, die die Lagerlebensdauer um 75 Prozent oder mehr im Vergleich zu Testbedingungen in Reinräumen verkürzen – unabhängig von der Schmierqualität.

Versiegelt selbstschmierendes Lagers in Polymer- oder PTFE-Verbundbauweise bieten hier einen strukturellen Vorteil: Es gibt keine Schmiernippel, keine offenen Anschlüsse und keine Wartungsintervalle, die eine Unterbrechung der Dichtungsintegrität erfordern. Das Lager ist vom Einbau bis zum Ende der Lebensdauer ein geschlossenes System.

Häufig gestellte Fragen

Können selbstschmierende Lager in Hochgeschwindigkeitsanwendungen eingesetzt werden?

Das hängt vom Lagertyp ab. Sinterölimprägnierte Bronzelager funktionieren gut bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten (PV-Werte bis zu 1,8 MPa·m/s für Standardgüten). PTFE-Verbundlager eignen sich besser für oszillierende oder langsam rotierende Anwendungen, bei denen die hydrodynamische Filmbildung begrenzt ist. Graphitgefüllte Lager sind im Allgemeinen auf niedrige Drehzahlen beschränkt, eignen sich jedoch hervorragend für Umgebungen mit hohen Temperaturen. Überprüfen Sie immer den PV-Nennwert (Druck-Geschwindigkeit) des Lagers anhand der kombinierten Last und Geschwindigkeit Ihrer Anwendung, bevor Sie ihn spezifizieren.

Wie erkenne ich, wann ein selbstschmierendes Lager ausgetauscht werden muss?

Zu den wichtigsten Indikatoren gehören erhöhte Betriebsgeräusche oder Vibrationen, messbares Wellenspiel über das spezifizierte Laufspiel des Lagers hinaus, erhöhte Betriebstemperatur über dem Ausgangswert oder sichtbarer Verschleiß an der Wellenkontaktfläche. Bei Sintermetalltypen ist ein Austausch angezeigt, wenn das Lager etwa 80 Prozent seiner vorgesehenen Wandstärke erreicht. Polymerlager zeigen typischerweise sichtbaren Oberflächenverschleiß oder Dimensionsveränderungen in der Bohrung, bevor sie ausfallen.

Sind selbstschmierende Lager für Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung geeignet?

Ja – selbstschmierende Lager auf Polymerbasis aus UHMWPE, Acetal oder FDA-konformem PTFE werden häufig in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung eingesetzt, gerade weil sie das Kontaminationsrisiko durch das Eindringen von Fett oder Öl in den Produktstrom beseitigen. Sie sind korrosionsbeständig, leicht zu reinigen, ungiftig und erfordern keine Schmierung, die zu Problemen bei der Einhaltung der Lebensmittelsicherheit führen könnte. Bestätigen Sie immer die FDA- oder EU-Konformität 10/2011 für die jeweilige Polymersorte, bevor Sie sie in einer Lebensmittelkontaktzone installieren.

Wie hoch ist die typische Lebensdauer eines selbstschmierenden Lagers im Vergleich zu einem gefetteten Lager?

Unter idealen Bedingungen und mit der richtigen Schmierung kann ein hochwertiges Wälzlager pro Zyklus länger halten als ein selbstschmierendes Gleitlager. In realen Anwendungen mit schwankender Wartung, rauen Umgebungen oder unzugänglichen Installationspunkten bieten selbstschmierende Lager jedoch durchweg eine längere tatsächliche Lebensdauer. Studien anhand von SKF- und NSK-Felddaten zeigen, dass die Umstellung von gefetteten Lagern auf selbstschmierende Alternativen in Förderanwendungen im Bergbau die durchschnittliche Zeit zwischen Austauschvorgängen um das 2,5- bis 4-fache verlängerte, vor allem durch die Eliminierung von Schmierungsausfällen.