Die Auswahl des zu verwendenden Wälzlagertyps für eine Maschine oder Anlage erfordert eine sorgfältige Analyse von Parametern wie der statischen und dynamischen Tragfähigkeit des Lagers. Häufig wird jedoch ein grundlegender Aspekt für den korrekten Funktionieren des Lagers vernachlässigt, nämlich die Schmierung.
Wälzlager dienen der Führung und Lagerung von Drehbewegungen. Sie bestehen aus:
- Innenring
- Außenring
- Wälzelementen: Kugeln, Rollen, Zylinderrollen, Laufrollen, Konusrrollen
- Käfig: dient zur Führung der Wälzelemente und kann bei einigen Speziallagern fehlen;
- Dichtungen (können auch fehlen, dann heißt das Lager offen; wenn vorhanden, können sie vom Typ RS sein, d.h. gleitend aus Gummimaterial – NBR, Teflon, Silikon usw. – oder vom Typ Z, d.h. nicht gleitende Bleche hauptsächlich aus Stahl).
Beobachtet man ein rotierendes Lager, entsteht der Eindruck, dass die Wälzelemente nur Drehbewegung haben; tatsächlich gibt es zusammen mit dem Rollen auch eine wichtige Gleitkomponente.
Aus theoretischer Sicht sollte der Kontakt zwischen Wälzelement und Laufbahn ein Punkt sein, wenn das Wälzelement eine Kugel ist, oder eine Linie, wenn es eine Rolle ist. Dieses Verhalten gilt nur, wenn wir die in Kontakt stehenden Körper als unendlich starr betrachten. In der Realität, unter Berücksichtigung der Verformbarkeit der Körper, ist der Kontakt kein Punkt oder eine Linie, sondern eine Fläche.
Dieses Konzept lässt sich mit einem Beispiel erklären: Wenn wir einen Gummiball nehmen und ihn auf den Tisch legen, können wir uns vorstellen, dass der Kontakt zwischen Ball und Tisch ein Punkt ist, aber wenn wir den Ball auch nur leicht auf den Tisch drücken, verformt sich der Ball und der Kontakt ist kein Punkt mehr, sondern eine Fläche. Diese Fläche ist umso größer, je verformbarer der Ball und der Tisch sind und je größer die Kraft ist, mit der wir den Ball auf den Tisch drücken. Dasselbe geschieht im Kontakt zwischen Wälzelement und Laufbahn. Im Falle einer Kugel ist die Kontaktfläche eine Ellipse mit der Halbachse in Bewegungsrichtung. Die perfekte Drehbewegung findet nur entlang der großen Halbachse statt, im Rest der Kontaktellipse gibt es eine Gleitbewegung, die umso größer ist, je weiter man von dieser Halbachse entfernt ist.
Wenn die Oberflächen des Wälzkörpers und der Laufbahn aneinander gleiten, treten zwei sehr wichtige und gefährliche Effekte auf:
- mechanische Abrasion
- Temperaturanstieg
Die mechanische Abrasion entsteht, weil die in Kontakt stehenden Oberflächen eigene Rauheiten haben und beim Reiben gegeneinander ein „Reibe-Effekt“ erzeugt wird. Die Abrasion ist aus folgenden Gründen gefährlich:
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Sie reißt Stahlpartikel aus der Laufbahn und/oder dem Wälzelement heraus, die sich zwischen die beiden beweglichen Körper mischen können und den „Reibe-Effekt“ verstärken
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Sie verändert die Geometrie der Laufbahnen und Wälzelemente (was unter anderem zu erhöhtem Spiel, veränderter Tragfähigkeit des Lagers, erhöhtem Geräuschpegel und gesteigerten Vibrationen führt)
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Sie erzeugt Anfangsrisse für Ermüdungsbrüche im Stahl, die zum Lagerversagen führen.
Der Temperaturanstieg durch das Gleiten verschärft die Situation weiter. Tatsächlich muss der Lagerstahl gehärtet werden, um das richtige Härteniveau zu gewährleisten. Mit steigender Temperatur tritt ein sogenanntes Spannungsarmutphänomen auf, das die Härte des Stahls reduziert und die Abrasion dadurch noch begünstigt.
Daher wird es unerlässlich, Abrasion und Temperaturanstieg unter Kontrolle zu halten.
Der Hauptzweck der Schmierung besteht genau darin. Der Schmierstofffilm, der tatsächlich zwischen Wälzelement und Laufbahn eingefügt ist, verhindert den direkten Kontakt zwischen ihnen, vermeidet somit Abrasion und unterstützt die Wärmeableitung, während er die Lagertemperatur innerhalb akzeptabler Grenzen hält. Der Schmierstoff hat jedoch eine begrenzte Lebensdauer. Tatsächlich degradieren die Schmierstoffe bei der Ausübung ihrer Funktion und müssen daher periodisch erneuert werden. Für ein Stahllager ist es daher von absolut grundlegender Bedeutung, den richtigen Schmierstoff zu wählen und die korrekten Wartungsvorgänge durchzuführen.
