Das Wichtigste in Kürze
- Nach einer älteren, oft zitierten Statistik geht über die Hälfte der vorzeitigen Lagerausfälle auf die Schmierung zurück. SKF nennt heute rund ein Drittel. In beiden Statistiken gehört die Schmierung zu den häufigsten Ursachen.
- Auf einen Material- oder Herstellungsfehler entfällt weniger als ein Prozent der Ausfälle. Das Lager war fast nie schuld.
- Die sechs Schadensbilder nach DIN ISO 15243: Ermüdung, Verschleiß, Korrosion, Elektroerosion, plastische Verformung, Bruch. Jedes sieht anders aus.
- Am meisten verrät die Laufbahn. Ein gleichmäßiges Muster hat eine andere Ursache als ein einzelner Ausbruch, und ein Muster im Abstand der Kugeln wieder eine andere.
- Waschen Sie das Lager nicht, bevor Sie es angesehen haben. Farbe des Fetts, Späne darin und die Einbaulage sind oft die halbe Diagnose.
Warum das so ist, steht ausführlich darunter. 11 Minuten Lesezeit.
Woran Lager wirklich sterben
Angenommen, ein Lager fällt nach acht Monaten aus statt nach den gerechneten drei Jahren. Schnell heißt es, das Lager sei schlecht gewesen. Meistens stimmt das nicht, und dafür gibt es Zahlen.
Woran Wälzlager vorzeitig ausfallen
Die Schmierung teilt sich auf in ungeeigneten Schmierstoff, gealterten Schmierstoff und schlicht zu wenig davon. Zahlen aus der Schrift „Wälzlagerschäden“ von FAG, heute Schaeffler. Sie stammen aus dem Jahr 1979 und beziehen sich auf die rund 0,35 Prozent der Lager, die vor der erwarteten Laufzeit ausfallen.
Deswegen lohnt sich der Blick auf das ausgebaute Lager. Er kostet zehn Minuten und beantwortet die Frage, ob das nächste Lager länger hält. Ohne ihn tauscht man in einem Jahr wieder.
Was Sie tun, bevor Sie hinsehen
Drei Handgriffe, die man nur einmal falsch macht.
- Nicht waschen. Die Farbe des Fetts, sein Geruch und die Späne darin sind oft die halbe Diagnose. Nehmen Sie eine Probe, bevor Sie irgendetwas reinigen.
- Einbaulage merken. Welcher Ring saß fest, wo war oben, in welche Richtung zeigte die beschriftete Seite? Ein Schaden auf einer Seite der Laufbahn bedeutet etwas anderes als einer in der Mitte.
- Fotografieren, bevor Sie zerlegen. Laufbahn, Kugeln, Käfig, Sitzfläche auf der Welle. Seitlich beleuchtet, nicht mit Blitz von vorn, sonst spiegelt alles weg.
Zuerst die Laufspur
Sehen Sie sich zuerst die Laufspur an. Das ist der matte Streifen, auf dem die Kugeln gelaufen sind. Normal ist eine gleichmäßige Spur in der Mitte der Laufbahn. Am stehenden Ring reicht sie bei reiner Radiallast nur über einen Teil des Umfangs, am drehenden Ring ganz herum.
Normal
mittig, außen nur in der Lastzone
Schief eingebaut
außen schräg, sie pendelt zur Seite
Verspannt
auf beiden Ringen ganz herum
Läuft die Spur am stehenden Ring schräg, saß das Lager schief. Läuft sie auf beiden Ringen ganz herum, war das Lager verspannt, zum Beispiel durch zu wenig Lagerluft. Und bei einer Unwucht wandert die Last mit der Welle, dann läuft die Spur auch am stehenden Außenring ganz herum.
Die sechs Schadensbilder
Die Norm DIN ISO 15243 ordnet die Schäden, die im Betrieb an Lagern aus Wälzlagerstahl entstehen, in sechs Gruppen. Das klingt nach Bürokratie, ist aber praktisch, weil jede Gruppe anders aussieht. Die Ursachen können sich überschneiden: Schmutz zum Beispiel erzeugt Verschleiß, Dellen und frühe Ermüdung.
1. Ermüdung: Pittings in der Laufbahn
Kleine, scharfrandige Ausbrüche in der Laufbahn, meist im Bereich der Lastzone. Anfangs stecknadelkopfgroß, später flächig. Das Lager wird lauter, bevor es ausfällt.
Ermüdung ist der einzige Schaden, der auch bei allem richtig Gemachten irgendwann kommt. Genau diesen Fall rechnet die Lebensdauerformel. Tritt er nach einem Bruchteil der gerechneten Zeit auf, gibt es mehrere Verdächtige: Die Last war höher als angenommen, der Schmierfilm war zu dünn, das Lager hat Schmutz überrollt, oder es saß schief oder zu stramm.
2. Verschleiß: matte, aufgeraute Flächen
Die Laufbahn verliert ihren Spiegelglanz und wird stumpf grau. Ursache ist fast immer, dass etwas dazwischen war, das dort nicht hingehört, oder dass der Schmierfilm zu dünn war und Metall auf Metall lief.
Feine Späne im Fett zeigen es an. Wenn das Lager außerdem in einer staubigen Umgebung sitzt, ist die Ursache damit schon gefunden.
Die zweite Form heißt Anschmierung. Die Kugeln rollen nicht sauber ab, sie rutschen, etwa bei hoher Drehzahl und kleiner Last oder beim schnellen Anfahren. Dabei verschweißen winzige Stellen und reißen wieder auf. Die Fläche sieht rau und verschmiert aus. Eine matte Laufbahn kann übrigens auch von Strom kommen. Bei einem Motor am Frequenzumrichter lohnt deshalb der Blick unter das Mikroskop.
3. Korrosion: zwei sehr verschiedene Sorten
Die eine kennt jeder. Rost durch Feuchtigkeit, rotbraun, meist punktförmig. Bei Wälzlager-Edelstahl sind es einzelne dunkle Punkte statt einer Fläche, und die gehen überraschend tief.
Die andere sieht man seltener und verwechselt sie öfter. Sie heißt Reibkorrosion und entsteht, wo zwei Flächen unter Last aufeinander liegen und sich um winzige Beträge hin und her bewegen. Am Sitz auf der Welle oder im Gehäuse heißt das Passungsrost. Sie erkennen ihn an rotbraunem oder schwarzem Abrieb auf der Sitzfläche.
Passungsrost ist ein Passungsproblem. Ein besserer Werkstoff hilft dagegen nicht. Meist ist der Sitz zu locker. Er entsteht auch, wenn sich die Welle durchbiegt, das Gehäuse nachgibt oder die Sitzfläche unrund ist. Solange das so bleibt, sieht das nächste Lager genauso aus.
In der Laufbahn heißt Reibkorrosion Stillstandsmarkierung, auf Englisch False Brinelling. Sie entsteht, wenn ein stehendes Lager vibriert, etwa auf einem Transport oder neben laufenden Maschinen. Dann reibt die Kugel an derselben Stelle hin und her, bis eine Mulde entsteht. Dafür muss die Maschine nicht lange stehen, schon kleine Pendelbewegungen reichen.
4. Elektroerosion: Riffeln und Krater
Ein gleichmäßiges Wellenmuster quer zur Laufrichtung, wie eine winzige Waschbrettpiste. Im Frühstadium ist die Laufbahn nur matt und grau. Die Krater selbst sind winzig, man sieht sie erst unter dem Mikroskop bei 500- bis 1000-facher Vergrößerung. Das Lager wird zuerst laut, oft mit einem singenden Ton.
Die Ursache ist fast immer Strom. Bei Elektromotoren steckt heute meist ein Frequenzumrichter dahinter. Auch Schweißarbeiten an der Maschine, statisch aufgeladene Riemen oder eine schlechte Erdung kommen infrage. Wer hier ein neues Stahllager einbaut, hat bald wieder dasselbe Bild. Ausführlich im Beitrag Lagerströme im Elektromotor.
5. Plastische Verformung: Dellen durch Überlast oder Partikel
Die Norm kennt hier zwei Fälle. Beim ersten ging eine zu große Kraft über die Kugeln. Dann sitzen regelmäßige Eindrücke genau im Abstand der Kugeln. Das nennt man Brinellieren. Meist war es der Einbau, mit Hammer oder Presse auf dem falschen Ring. Ein Stoß im Betrieb, eine Überlast im Stillstand oder ein heruntergefallenes Lager hinterlassen dasselbe Bild.
Beim zweiten Fall haben die Kugeln harte Partikel überrollt. Dann sind es viele kleine Dellen ohne Ordnung. Die Ursache ist Schmutz.
Passen die Abstände zur Kugelteilung, bleiben drei Kandidaten: echte Eindrücke, Stillstandsmarkierungen und Rost aus einer Standzeit. Die ersten beiden unterscheidet man am Grund der Mulde. Beim Brinellieren sind dort die feinen Schleifriefen noch zu sehen, und der Rand ist leicht aufgeworfen. Bei der Stillstandsmarkierung sind die Schleifriefen abgerieben, der Grund ist matt, oft braun oder rotbraun. Der erste Fall ist meist ein Montagefehler, der zweite ein Transport- oder Stillstandsproblem. Zum ersten: Keramiklager richtig einbauen.
6. Risse und Brüche
Ein Ring ist gerissen, oder ein Stück ist ausgebrochen. Ringe reißen meist durch einen zu strammen Sitz, einen Schlag oder Überlast. Ein Riss kann auch aus einem Ausbruch weiterwachsen, oder er entsteht durch Reibungswärme, wenn der Ring auf der Welle wandert. Bei Käfigen sieht man abgescherte Stege. Ein Käfig bricht meist als Folge von etwas anderem: Schiefstellung, starke Schwingungen, zu hohe Drehzahl, schnelles Anfahren und Bremsen oder Mangelschmierung. Was ein gebrochener Käfig im Einzelnen verrät, steht im Beitrag Käfigwerkstoffe.
Bei Stoß und Überlast verhält sich Keramik anders als Stahl. Stahl gibt nach und bekommt eine Delle. Keramik gibt nicht nach, sie kann reißen oder brechen, oft ohne Vorwarnung. Im normalen Betrieb ermüdet eine Keramikkugel dagegen ähnlich wie Stahl, mit kleinen Ausbrüchen an der Oberfläche. Wo Stöße auftreten, ist Stahl im Vorteil.
| Was Sie sehen | Wahrscheinlich | Wo die Ursache liegt |
|---|---|---|
| scharfrandige Ausbrüche in der Lastzone | Ermüdung | Last, Schmierfilm, Schmutz, Schiefstellung oder Passung |
| matt, stumpf, aufgeraut | Verschleiß | Schmutz oder zu wenig Schmierung |
| rau und verschmiert | Anschmierung | Kugeln rutschen, etwa bei hoher Drehzahl und kleiner Last |
| rotbraune Punkte, tief | Korrosion | Feuchtigkeit oder Chemie |
| rotbrauner oder schwarzer Abrieb am Sitz | Passungsrost | meist Sitz zu locker |
| gleichmäßige Riffeln quer, matte graue Spur | Elektroerosion | Strom, meist Frequenzumrichter |
| Dellen im Kugelabstand, Schleifriefen noch sichtbar | Brinellierung | Kraft über die Kugeln: Einbau, Stoß oder Überlast |
| Mulden im Kugelabstand, matt, oft braun | Stillstandsmarkierung | Vibration im Stillstand |
| viele kleine Dellen ohne Ordnung | Partikeleindrücke | Schmutz |
| Riss oder Ausbruch am Ring | Bruch | Passung, Schlag, Überlast oder Folgeschaden |
| gebrochener Käfig | Käfigbruch | meist Folge: Schiefstellung, Schwingung, Drehzahl, Mangelschmierung |
Was Keramik daran ändert, und was nicht
Wir verkaufen Keramiklager, deshalb sagen wir es deutlich: Die Ursachen beseitigt Keramik selten. Gegen Schmutz und gegen Schmierprobleme hilft ein Hybridlager ein Stück weit. Eine gute Dichtung und gute Schmierung ersetzt es nicht.
| Schadensbild | Hybridlager | Vollkeramiklager |
|---|---|---|
| Schmierung | verträgt kurze Mangelschmierung besser, das Fett hält länger | kann ohne Fett laufen, dann mit weniger Last und Drehzahl |
| Verunreinigung | verkraftet Partikel etwas besser, die Ursache bleibt | kein Vorteil belegt |
| Rost durch Nässe oder Chemie | nur die Kugeln, die Ringe rosten weiter | löst es |
| Passungsrost | hilft nicht | hilft nicht |
| Elektroerosion | unterbricht den Stromweg durch das Lager | unterbricht den Stromweg durch das Lager |
| Brinellierung | hilft nicht, die statische Tragzahl ist etwa gleich | hilft nicht, bei Überlast gibt es eher einen Riss als eine Delle |
| Bruch | etwas empfindlicher als Stahl | deutlich empfindlicher |
Drei Zeilen dieser Tabelle sind der Grund für diesen Beitrag. Bei Verunreinigung und bei Brinellierung bringt Keramik wenig bis nichts, und bei Bruch ist sie schlechter. Wer ein verschmutztes Lager gegen ein Keramiklager tauscht, hat viel Geld ausgegeben und dasselbe Problem. Die Dichtung, der Sitz und die Schmierfrist sind dann die Antwort, nicht der Werkstoff.
Die kurze Prüfliste
- Fett ansehen, bevor Sie waschen. Farbe, Geruch, Späne.
- Sitzflächen auf Welle und im Gehäuse prüfen, nicht nur das Lager.
- Laufspur ansehen. Gleichmäßig, schräg oder auf beiden Ringen rundum?
- Laufbahn seitlich beleuchten. Muster oder Einzelstelle?
- Bei Mustern die Abstände messen. Passen sie zur Kugelteilung?
- Käfig ansehen. Gleichmäßiger Abrieb an den Stegen spricht für zu wenig Fett oder Schmutz, einseitiger Abrieb für Schiefstellung.
- Erst dann über ein anderes Lager nachdenken.
Das Lager war doch neu. Kann es nicht einfach schlecht gewesen sein?
Möglich, aber unwahrscheinlich. Auf Material- und Herstellungsfehler entfällt weniger als ein Prozent aller Ausfälle. Bevor Sie den Lieferanten wechseln, lohnt der Blick auf Fett, Sitz und Umgebung. In den allermeisten Fällen findet sich die Ursache dort, und dann hilft auch ein anderes Fabrikat nicht.
Woran erkenne ich, ob es die Schmierung war?
An drei Dingen. Das Fett ist dunkel verfärbt oder hart statt geschmeidig. Der Käfig zeigt gleichmäßigen Abrieb an den Stegen. Und die Laufbahn ist matt statt spiegelnd. Jedes dieser Zeichen kann auch eine andere Ursache haben, etwa Strom oder Schmutz. Sicher wird es erst, wenn mehrere zusammenkommen. Eine braune Verfärbung der Laufbahn kommt meist vom Schmierstoff. Sie entsteht schon ab etwa 80 Grad und beweist keine Überhitzung. Echte Anlassfarben sind selten. Sind sie da, war das Lager sehr viel heißer.
Mein Lager macht Geräusche, ist aber noch drin. Was jetzt?
Das Geräusch gibt schon einen Hinweis. Ein gleichmäßiger, singender Ton, der mit der Drehzahl steigt, kann auf Riffeln durch Strom hindeuten, besonders am Frequenzumrichter. Ein ähnlicher Ton kommt aber auch von zu steifem Fett oder zu großer Lagerluft. Ein Knacken oder Rumpeln in festem Takt deutet eher auf einen Ausbruch in der Laufbahn. Kommt es in unregelmäßigen Abständen, sind eher die Kugeln beschädigt, oder es ist Schmutz im Lager. Ein trockenes Quietschen deutet auf fehlende Schmierung. Sicher ist das erst nach dem Ausbau, aber es sagt Ihnen, worauf Sie dann achten.
Lohnt es sich, ein geschädigtes Lager einzuschicken?
Für eine erste Einschätzung reichen uns gute Fotos, dazu Drehzahl, Last, Umgebung und wie lange es gehalten hat. Wenn es um Gewährleistung geht oder um eine teure Anlage, gehört der Fall zu einem Labor mit Schliffbildern. Das sagen wir Ihnen dann auch.
Woher die Zahlen stammen
- Verteilung der vorzeitigen Ausfälle, also 20 % ungeeignetes Schmiermittel, 20 % gealtertes Schmiermittel, 15 % Schmierstoffmangel, 20 % feste und 5 % flüssige Verunreinigungen, 10 % ungeeignete Lagerwahl, 5 % Montagefehler, 5 % Folgeschäden und unter 1 % Material- und Herstellungsfehler: FAG, „Wälzlagerschäden“, WL 82 102/2 DA (2000), Seite 11. FAG nennt als Quelle die Zeitschrift antriebstechnik 18 (1979), Heft 3. Nur rund 0,35 % aller Lager fallen danach vorzeitig aus.
- Neuere Zahlen, je rund ein Drittel für Schmierung und Verschmutzung: SKF, „Bearing damage and failure analysis“ (14219/3 EN).
- Einteilung in sechs Schadensgruppen: ISO 15243:2017. Merkmale, Laufspuren und Ursachen: FAG „Wälzlagerschäden“, SKF 14219/3 EN, Timken „Bearing Damage Analysis“ und die Schadensseiten von NSK. Geräusche: NTN, „Care and Maintenance of Bearings“ (3017E).
- Keramikkugeln ermüden ähnlich wie Stahl: NASA-Bericht von Zaretsky und anderen (2005). Notlauf und Fettgebrauchsdauer von Hybridlagern: Schaeffler TPI 206.
- Verhalten von Wälzlager-Edelstahl bei Korrosion: siehe Beitrag Wasser, Lauge und Reinigungschemie.
Die Zuordnung Bild zu Ursache gilt für den Regelfall. Mehrere Ursachen gleichzeitig sind häufig, und ein Folgeschaden überdeckt oft den ersten. Im Zweifel gehört ein Schadensfall zu jemandem, der ihn im Schliff ansehen kann.
Geschrieben von
Dieter Kijan
Inhaber von Rotaris
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