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WälzlagerschädenSchadenserkennung und Begutachtung gelaufener Wälzlager

Wälzlagerschäden

Schadenserkennung und Begutachtung gelaufener Wälzlager

Publ.-Nr. WL 82 102/2 DA

Stand 2000

Vorwort

Wälzlager sind Maschinenelemente mit einem weiten An-wendungsbereich. Sie erweisen sich auch unter harten Bedin-gungen als zuverlässig. Vorzeitige Ausfälle treten sehr seltenauf.

Wälzlagerschäden sind in erster Linie an einem ungewöhn-lichen Betriebsverhalten der Lagerung zu erkennen. Bei derUntersuchung geschädigter Lager kann man die unterschied-lichsten Merkmale feststellen. Um die Schadensursache zu fin-den, reicht die Begutachtung des Lagers allein meistens nichtaus; vielmehr müssen die Umgebungsteile, die Schmierungund die Abdichtung sowie die Betriebs- und Umweltbedin-gungen zusätzlich berücksichtigt werden. Ein planmäßigesVorgehen bei der Untersuchung erleichtert das Auffinden derUrsachen.

Die vorliegende Druckschrift ist vor allem als Handbuchfür Werkstätten bestimmt. Sie gibt eine Übersicht über typi-sche Wälzlagerschäden, ihre Ursachen und Abhilfemaßnah-men. Neben der Erläuterung von Schadensbildern werden ein-gangs auch Möglichkeiten dargestellt, Lagerschäden frühzeitigzu erkennen.

Im Rahmen der häufig durchgeführten vorbeugenden In-standhaltung fallen auch Lager an, die nicht als schadhaft ein-zustufen sind. Deshalb werden Beispiele von Lagern mit fürdie jeweilige Laufzeit üblichen Laufmerkmalen gezeigt.

Zum Titelbild: Was auf den ersten Blick aussieht wie eineaus großer Höhe fotografierte Dünenlandschaft, ist in Wirk-lichkeit das wellenförmige Verformungs-Verschleißprofil einesAxial-Zylinderrollenlagers. Die Unterschiede zwischen Bergund Tal betragen weniger als 1 µm. In den gleitbeanspruchtenKontaktflächen tritt bei geringer Drehzahl Mischreibung auf.Ursache für das "Rippling" sind Stick-slip-Effekte.

FAG 2

Inhalt

1 Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf Schäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1 Subjektive Schadenserkennung . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2 Lagerüberwachung mit technischen Hilfsmitteln . 41.2.1 Großflächige Schäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Punktuelle Schäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Dringlichkeit des Lageraustausches – Restlebens -

dauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Sicherung schadhafter Lager . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1 Feststellen der Betriebsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2 Entnahme und Beurteilung von Schmierstoff -

proben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3 Überprüfung der Lagerumgebung . . . . . . . . . . . . 10 2.4 Begutachtung des Lagers im eingebauten

Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5 Demontage des schadhaften Lagers . . . . . . . . . . . 10 2.6 Kontrolle der Sitze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.7 Begutachtung des kompletten Lagers . . . . . . . . . . 10 2.8 Versand an FAG oder Begutachtung der Lager -

einzelteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausgebauten Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1 Vorbereitende Maßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.1 Kennzeichnung der Einzelteile . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.2 Messungen am kompletten Lager . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.3 Zerlegen des Lagers in Einzelteile . . . . . . . . . . . . . 143.1.4 Begutachtung der Lagerteile . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.2 Der Zustand der Sitzflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2.1 Reibkorrosion – Passungsrost . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2.2 Freßspuren oder Gleitverschleiß . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.3 Ungleichmäßige Unterstützung der Lagerringe . . 17 3.2.4 Seitliche Anstreifspuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.3 Das Erscheinungsbild der Wälzkontakte . . . . . . . 19 3.3.1 Entstehung und Bedeutung von Laufspuren . . . . 19 3.3.1.1 Normale Laufspuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.3.1.2 Ungewöhnliche Laufspuren . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.3.2 Vertiefungen in Laufbahnen und Wälzkörper -

oberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3.2.1 Ausbrüche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3.2.2 Korrosionsschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.3.2.3 Stillstandsmarkierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.3.2.4 Wälzkörpereindrücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.3.2.5 Krater und Riffeln infolge Stromdurchgang . . . . . 38 3.3.2.6 Wälzkörper-Kantenlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3.3 Ringbrüche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3.3.1 Dauerbrüche infolge Laufbahnermüdung . . . . . . 40 3.3.3.2 Axiale An- oder Durchrisse von Innenringen . . . . 40 3.3.3.3 Außenringbrüche in Umfangsrichtung . . . . . . . . 41 3.3.4 Aufreißungen und Anschmierungen an den

Kontaktflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.3.4.1 Verschleißschäden bei mangelhafter Schmierung . 42 3.3.4.2 Riefen auf Wälzkörpermantelflächen . . . . . . . . . . 44

3.3.4.3 Schlupfspuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3.4.4 Schürfmarken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.3.5 Heißlaufschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4 Beurteilung von Bordkontakten . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.4.1 Schäden an Bord- und Rollenstirnflächen bei

Rollenlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.4.1.1 Verschürfungen durch Fremdkörper . . . . . . . . . . 48 3.4.1.2 Freßerscheinungen im Bordkontakt . . . . . . . . . . . 49 3.4.1.3 Verschleiß im Bordkontakt . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4.1.4 Bordbrüche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4.2 Verschleiß von Käfigführungsflächen . . . . . . . . . . 52 3.4.3 Schäden an Dichtungslaufflächen . . . . . . . . . . . . 53 3.4.3.1 Eingearbeitete Dichtlippenlaufspuren . . . . . . . . . 53 3.4.3.2 Verfärbung der Dichtungslaufspur . . . . . . . . . . . . 53 3.5 Käfigschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.5.1 Verschleiß infolge Schmierstoffmangel und

Verschmutzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5.2 Verschleiß infolge überhöhter Drehzahl . . . . . . . . 54 3.5.3 Verschleiß infolge Rollenschränkung . . . . . . . . . . 55 3.5.4 Verschleiß an Kugellagerkäfigen infolge Ver-

kippung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5.5 Bruch von Käfigverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5.6 Käfigbruch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5.7 Schäden durch unsachgemäße Montage . . . . . . . . 57 3.6 Dichtungsschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.6.1 Verschleiß der Dichtlippen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.6.2 Schäden durch unsachgemäße Montage . . . . . . . . 59

4 Weitergehende Untersuchungsmöglichkeiten bei FAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.1 Geometrische Vermessung von Lagern oder Lagerteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.2 Schmierstoffanalysen und Schmierstoff- prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.3 Kontrolle des Werkstoffzustands . . . . . . . . . . . . . 65 4.4 Röntgenfeinstrukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.5 Rasterelektronenmikroskopische Unter -

suchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.6 Bauteilversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.7 Rechnerische Überprüfung der Belastungs-

bedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3 FAG

Seite Seite

Betriebsverhalten Mögliche Ursachen Beispiele

Unruhiger Lauf

VerschmutzungVentilatoren:stärker werdende

zu große Lagerluft Erschütterungen

Schleifmaschinen:welliges Schliffbild

zu kleine Betriebsluft

zu große Betriebsluft Schäden an den RollflächenVerschmutzungungeeigneter Schmierstoff

Veränderung der Betriebsluftdurch TemperatureinflüsseBeschädigung der Rollbahn(z. B. durch Verschmutzungoder Ermüdung)

ElektromotorenGetriebe (Bei Getrieben sind Wälzlagergeräuscheschwer erkennbar, da das Zahnradgeräusch im allgemeinen überwiegt)

AußergewöhnlichesLaufgeräusch:

rumpelndes oder ungleichmäßigesGeräusch

heulendes oder pfeifendes Geräusch

allmähliche Veränderungdes Laufgeräusches

Beschädigung an Ringenund Wälzkörpern

Veränderung der Anstellung(Luft oder Vorspannung)

Kaltwalzwerk:Auftreten von meist periodischenOberflächenfehlern auf demWalzgut, wie Schattierungen,Wellenbildung u. ä.

Verminderte Ar-beitsgenauigkeit

Verschleißinfolge Verschmutzung oder ungenügender Schmierung

Drehbank:Allmähliches Auftreten von Rattermarken am Werkstück

Sägegatter:stärker werdende Stöße undSchläge in den Stelzen

Beschädigung an Ringenund Wälzkörpern

Kraftwagen:zunehmendes Flattern der Rädererhöhtes KippspielErschütterungen der Lenkorgane

Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf SchädenSubjektive Schadenserkennung · Lagerüberwachung mit technischen Hilfsmitteln

Lagerschäden äußern sich in der Re-gel dadurch, daß sich das Betriebsverhal-ten allmählich verschlechtert. Selten sindspontane Schäden, z. B. verursachtdurch Montagefehler oder fehlendenSchmierstoff, die zum sofortigen Ma-schinenstillstand führen. Je nach den Be-triebsbedingungen vergehen vom Be-ginn der Schädigung bis zum tatsächli-chen Ausfall einige Minuten, unter Um-ständen sogar Monate. Vom Einsatzfallund von den Auswirkungen eines Lager-schadens auf den Maschinenbetriebhängt die Art der Überwachung von La-gern ab.

1.1 Subjektive Schadens -erkennung

In der überwiegenden Zahl der An-wendungen von Wälzlagern genügt eszur Vermeidung größerer Schäden, wenndas Bedienpersonal auf unruhigen Laufoder ungewöhnliche Geräusche der La-gerung achtet, Tafel Bild 1.

1.2 Lagerüberwachung mit tech-nischen Hilfsmitteln

Lagerungen, bei denen Schäden einSicherheitsrisiko darstellen oder zugrößerem Produktionsausfall führenkönnen, bedürfen demgegenüber einergenauen, kontinuierlichen Überwa-chung. Beispiele hierfür sind Flugzeug-turbinen oder Papiermaschinen. Die Artder Überwachung muß sich dabei, da-mit sie zuverlässig ist, an der Art des zuerwartenden Schadens orientieren.

1.2.1 Großflächige Schäden

Wesentliche Voraussetzung für einenstörungsfreien Lauf ist die ausreichendeVersorgung mit sauberem Schmierstoff.Ungünstige Veränderungen lassen sichfeststellen durch:

FAG 4

1 Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf Schäden

1: Schadenserkennung durch das Bedienpersonal

Tempe-ratur

10

20

30

40

50

°C

123

45

1 2 3 4 5Laufzeit

0 1 2h

50

Laufzeit

Tempe-ratur

100 1 2h

20

30

40

°C

12

3

4

5

1 2 3 4 5

Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf SchädenLagerüberwachung mit technischen Hilfsmitteln

– Überwachung der Schmierstoffzufuhr• Ölstandsschauglas• Öldruckmessung• Öldurchflußmessung

– Verschleißstoffmessung im Schmier-stoff• diskontinuierlich

MagnetstopfenSpektralanalyse von Schmierstoff-probenUntersuchung von Ölproben imLabor

• kontinuierlichmagnetischer SignalgeberBestimmung der durchströmendenPartikelmenge mit Online-Parti-kelzähler

– Temperaturmessung• in der Regel mit Thermoelementen

5 FAG

2: Temperaturverlauf bei intakter Hauptspindellagerung einer Werkzeugmaschine. Versuchsbedingung: n · dm = 750 000 min

–1 · mm.

3: Temperaturverlauf bei gestörter Loslagerfunktion. Versuchsbedingung: n · dm = 750 000 min–1 · mm.

Sehr zuverlässig und relativ einfach an-wendbar zum Erkennen schmierstoffbe-dingter Schäden ist besonders die Tem-peraturmessung.

Normales Temperaturverhalten: Erreichen einer Beharrungstemperaturim stationären Betrieb, Bild 2.

Gestörtes Verhalten:– plötzlicher Temperaturanstieg, verur-

sacht durch Schmierstoffmangel odereinsetzende radiale oder axiale Ver-spannung der Lagerung, Bild 3.

– unruhiger Temperaturverlauf mit inder Tendenz ansteigenden Maximal-werten durch allgemeine Verschlechte-rung des Schmierungszustandes, z. B.bei erreichter Fettgebrauchsdauer, Bild 4.

Temperaturmessungen sind jedochnicht geeignet, lokale Schäden, z. B. Er-müdungen, frühzeitig zu registrieren.

2 4

40

hZeit

60

80

Tempe-ratur

°C

0

4: Temperaturverlauf über der Zeit beiversagender Fettschmierung. Versuchsbedingung: n · dm = 200 000 min

-1 · mm.

2 3

Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf SchädenLagerüberwachung mit technischen Hilfsmitteln

FAG 6

40 60 80 100 120 140 160 180 200

ungeschädigtes Lager

geschädigtes Lager

Sch

win

gbes

chle

unig

ung

0,086g

0,086g

0

Frequenz [Hz]

Seiten-bänder

Seiten-bänder

HarmonischefIR

nIR

200

nIR

2fIRnIR nIR

3fIRnIR nIR

4fIR

5: Frequenzspektrum des Hüllkurvensignals zwischen 0 und 200 Hz, unten: ungeschädigtes Lager; oben: geschädigtes Lager nIR Innenringdrehzahl [min

–1] fIR Frequenz des Innenringsignals (Überrollfrequenz) [Hz]

6: Mittels HKD-Verfahren erkannterInnenringschaden an einem Pendel-rollenlager einer Papiermaschine

0 4 8 12 16 20 24min

Laufzeit

80 40

100

120

140

160

60

80

100

300

Temperatur

°C

Stoßimpuls

Schmierung abgeschaltet

7: Temperaturverlauf und Stoßimpuls (Shock Value) über der Zeit nach Abschal-tung der Schmierung. Spindellager B7216E.TPA; P/C = 0,1; n = 9000 min–1; Schmieröl ISO VG100.

1.2.2 Punktuelle Schäden

Treten an einem Lager örtlich eng be-grenzte Schäden auf, wie z. B. Wälzkör-pereindrücke, Stillstandskorrosion oderAusbrüche, so sind diese am frühestendurch Schwingungsmessungen feststell-bar. Beim Überrollen der lokalen Vertie-fungen entstehen Stoßwellen, die durchWeg-, Geschwindigkeits- oder Beschleu-nigungsaufnehmer aufgezeichnet werdenkönnen. In Abhängigkeit von den Be-triebsbedingungen und der erwartetenAussagegenauigkeit können diese Signa-le mehr oder weniger aufwendig weiter-verarbeitet werden. Am weitesten ver-breitet sind– Effektivwertmessung– Stoßimpulsmessung– Signalanalyse durch Hüllkurvende-

tektion (HKD)

Gute Erfahrungen hinsichtlich Zu-verlässigkeit und praktischem Einsatzliegen insbesondere mit dem letztge-nannten Verfahren vor. Durch die spezi-elle Art der Signalaufbereitung ist es so-gar möglich, auf die geschädigten Lager-komponenten zu schließen, Bild 5 und6. Näheres hierzu kann unserer Publika-tion WL 80 136 „Diagnose von Wälzla-gern in Maschinen und Anlagen >FAGRolling Bearing Analyser

Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf SchädenLagerüberwachung mit technischen Hilfsmitteln · Dringlichkeit des Lageraustausches

7 FAG

Die Schwingungsmeßverfahren sindsehr gut geeignet, um Ermüdungsschä-den festzustellen. Am einfachsten ist diesbei Lagern mit Punktberührung (Kugel-lagern), aber mit höherentwickeltenAuswerteverfahren, wie z. B. der Hüll-kurvendetektion, werden ebenso sicherSchäden an Rollenlagern erkannt. ZurBeobachtung des Schmierungszustandessind sie jedoch weniger angebracht. Ei-nen Ausfall der Schmierstoffversorgungerkennt man, wie oben beschrieben, zu-verlässig an einer Temperaturmessung.Dies ist besonders gut in der Gegenüber-stellung von Bild 7 zu erkennen. DieStoßimpulsmessung reagiert hier we-sentlich unempfindlicher als der Tempe-ratursensor. So stellen insbesondereTemperatur- und Schwingungsmessungbei technisch aufwendigen Anlagen einesinnvolle gegenseitige Ergänzung dar.

8: Entwicklung eines Ermüdungsschadens in einer Schrägkugellager-Innen-ringlaufbahn. Der zeitliche Abstand der Inspektionen vom Schadensbeginn istin % der nominellen Lebensdauer L10 angegeben.

1.3 Dringlichkeit des Lageraus-tausches - Restlebensdauer

Wurde einmal ein Lagerschaden er-kannt, so stellt sich die Frage, ob ein so-fortiger Wechsel notwendig ist oder obdas Lager bis zum nächsten planmäßigenStillstand der Maschine im Einsatz blei-ben kann. Die Beantwortung dieser Fra-ge hängt von einer Reihe von Bedingun-gen ab. Ist beispielsweise die verminderteArbeitsgenauigkeit einer Werkzeugma-schine Anlaß für die Vermutung einesLagerschadens, so hängt die Dringlich-keit des Lagerwechsels in erster Linie da-von ab, wie lange noch Teile mit brauch-barer Qualität gefertigt werden können.Bei Lagern, die infolge einer nicht er-kannten Unterbrechung der Schmier-stoffzufuhr bei hoher Drehzahl in kürze-ster Zeit durch Heißlauf blockiert sind,ist selbstverständlich ein sofortigerWechsel notwendig.

In sehr vielen Fällen wird aber auchmit einem Schaden ein weiterer Betriebder Maschine ohne Qualitätseinbuße desProduktes zunächst noch möglich sein.Wie lange, hängt in diesem Fall von derLagerbelastung, der Drehzahl, der

Schmierung und der Sauberkeit desSchmierstoffs ab. Über den Fortgang derSchädigung bei unterschiedlichen Lastenwurden an Kugellagern umfangreicheUntersuchungen angestellt. Die wichtig-sten Erkenntnisse daraus sind:

Ungewöhnliches Betriebsverhalten als Hinweis auf SchädenDringlichkeit des Lageraustausches

FAG 8

12

10

8

6

4

2

00 10 20 30 40S

chad

ensg

röße

in %

des

Lau

fspu

rum

fang

s

Laufzeit mit Schaden [% L10]

9: Schadensgröße in Abhängigkeit von der Laufzeit seit Schadenserkennung(wenn ca. 0,1 % des Laufspurumfangs abgeschält ist)

– Bei mäßiger Belastung schreitet einSchaden nur sehr langsam fort, so daßmeist mit dem Lagerwechsel bis zumnächsten planmäßigen Stillstand ge-wartet werden kann.

– Mit zunehmender Belastung breitetsich der Schaden deutlich schnelleraus.

– Zu Beginn wächst der Schaden lang-sam. Mit zunehmender Schadens-größe steigt die Ausbreitungsge-schwindigkeit stark.

Diese Befunde sind in den Bildern 8(Seite 7), 9 und 10 veranschaulicht.

1 900 2 000 2 100 2 200 2 300 2 400 2 500 2 600

30

25

20

10

15

5

0

max. Hertzsche Flächenpressung [MPa]

mitt

lere

Lau

fzei

t na

ch S

chad

ense

rken

nung

[% L

10]

10: Mittlere Restlaufzeit von Schrägkugellagern nach Erkennung eines Ermü-dungsschadens, abhängig von der Beanspruchung, bis 1/10 des Laufspurum-fangs geschädigt ist. Betriebsbedingung vor Eintritt des ersten Ermüdungs-schadens: Höchste Sauberkeit im EHD-Schmierspalt.

Sicherung schadhafter LagerFeststellen der Betriebsdaten · Entnahme und Beurteilung von Schmierstoffproben

9 FAG

– Anwendungsfall:Maschine (Gerät), Einbaustelle, er-reichte Laufzeit, wieviele gleichartigeMaschinen und wieviele Ausfälle andiesen Maschinen

– Lagerungsaufbau:Festlager, Loslagerschwimmende Lagerungangestellte Lagerung (federnd, starr;mit Zwischenringen, über Paßschei-ben)

– Drehzahl:gleichbleibend, wechselnd (Innenringund Außenring)Beschleunigung, Verzögerung

– Belastung:axial, radial, kombiniert, Kipp -momentgleichbleibend, wechselnd (Kollektiv)schwingend (Beschleunigung,Schwingweg)FliehkräftePunktlast, Umfangslast (welcher Ringdreht?)

– Umgebungsteile:Wellensitz, Gehäusesitz (Passungen)Befestigungsteile (z. B. Art der Wel-lenmutter, Dehnschrauben etc.)

– Umweltbedingungen:Fremdwärme, Kühlungbesondere Medien (z. B. Stickstoff,Vakuum, Strahlung)Schwingungen im StillstandStaub, Schmutz, Feuchtigkeit, ätzendeMedienElektrische oder magnetische Felder

– Schmierung:Schmierstoff, SchmierstoffmengeSchmierstoffzufuhrNachschmierfristZeitpunkt der letzten Nachschmie-rung/des letzten Ölwechsels

– Abdichtung:berührend, nicht berührend

– Geschichte des schadhaften Lagers:Ersteinbau oder ErsatzlagerÄnderungen an der Einbaustelle/Ma-schine in der Vergangenheitbisherige Ausfallhäufigkeitrechnerische L10-Lebensdauerin der Regel erreichte Gebrauchsdauer

Besonderheiten während der zurück-liegenden BetriebszeitReparaturen an anderen Maschinen-teilen (Baumaßnahmen, Schweiß -arbeiten)Betriebsstörungen, die auf andere Ma-schinenelemente zurückgeführt wur-den (z. B. Dichtungsschäden, Ölverlust)Transportweg und Transportmittel derMaschine bzw. der LagerVerpackung

– Soweit vorhanden, Aufzeichnungenvon Lagerüberwachungseinrichtun-gen auswerten

2.2 Entnahme und Beurteilungvon Schmierstoffproben

Über den Schmierstoff sind vielfältigeHinweise bezüglich der Schadensursa-chen in Wälzlagern zu gewinnen. Vor-aussetzung ist jedoch eine geeigneteDurchführung der Probenentnahme(nur bei offenen Lagern), siehe auchDIN 51750, ASTM Standard D270-65bzw. 4057-81.

– Fettschmierung:• Dokumentation von Fettverteilung

und -farbe in der Lagerumgebung• Entnahme von Proben an verschie-

denen Stellen des Lagers und derLagerumgebung mit entsprechen-der Kennzeichnung

– Ölschmierung:• Probe in der Nähe des Lagers aus

dem Ölstrom entnehmen oder ausder Mitte des Vorratsbehälters

• Proben während des Betriebs derMaschine oder unmittelbar danachentnehmen, um eine repräsentativeVerteilung von Fremdstoffen zu er-halten

• Proben nicht vom Boden oder di-rekt hinter Filtern ziehen (falsche Partikelkonzentration)

Soll ein schadhaftes Lager aus einerMaschine ausgebaut werden, ist unbe-dingt zu klären, was den Schaden verur-sacht hat und wie ein erneuter Ausfallzukünftig zu vermeiden ist. Will mandabei möglichst zuverlässige Aussagenbekommen, dann ist ein systematischesVorgehen bei der Sicherstellung und Un-tersuchung des Lagers zweckmäßig. Vie-le der im folgenden aufgelisteten Punktesind sinngemäß im übrigen auch bei derInspektion von Lagern, die im Rahmeneiner vorbeugenden Instandhaltung aus-gebaut werden, zu beachten.

Folgende Reihenfolge der Maßnah-men ist empfehlenswert:

– Feststellen der Betriebsdaten, Auswer-tung der Aufzeichnungen von Lager -überwachungseinrichtungen

– Entnahme von Schmierstoffproben– Überprüfung der Lagerumgebung auf

Fremdeinflüsse und sonstige Schäden– Begutachtung des Lagers im eingebau-

ten Zustand– Kennzeichnung der Einbaulage– Ausbau der Lagerung– Kennzeichnen der Lager– Kontrolle der Lagersitze– Begutachtung des kompletten Lagers– Untersuchung der Lagereinzelteile

oder Versand an FAG

Durch unzweckmäßigen Ablauf derSchadensaufnahme können wichtigeAspekte der Ursachenfindung unwieder-bringlich verlorengehen. Ebenso könnenFehler bei der Sicherung des geschädig-ten Lagers das Schadensbild verfälschenoder zumindest die richtige Deutung derSchadensmerkmale erheblich erschwe-ren.

2.1 Feststellen der BetriebsdatenBei der Untersuchung eines Wälzla-

gerschadens prüft man nicht nur das La-ger selbst, sondern klärt vorher bereitsdie Umgebungs- und Einsatzbedingun-gen (möglichst in Verbindung mit einerEinbauzeichnung).

2 Sicherung schadhafter Lager

Sicherung schadhafter Lager

FAG 10

• Getrennt von den Ölproben sindauch Filterrückstände aufzubewah-ren und zu untersuchen (Hinweiseauf die Vorgeschichte des Schadens)

– Allgemeines• Wie oft wurde zuvor nachge-

schmiert bzw. ein Ölwechsel durch-geführt; wann geschah dies zuletzt?

• Öl oder Fett nach eventuellenBruchstücken aus dem Lager odervon anderen Bauteilen absuchen

• Zur Aufbewahrung der Proben sau-bere Gefäße aus dafür geeignetenMaterialien (z. B. Glas) verwenden

• Bei Ölproben sollte in den Gefäßengenügend Raum für eine gute Re-suspendierung der Probe im Laborfreibleiben

• Die Analyse der Proben kann beimKunden, in einem unabhängigenSchmierstofflabor oder bei FAGstattfinden. Von Interesse sind inder Regel der Verschmutzungsgrad sowie die Art der Verschmutzung(Sand, Stahl, weiche Teilchen, Was-ser, Kühlflüssigkeit) und eine Ana-lyse der Schmierfähigkeit (z. B. Al-terung, Verfestigung, Farbe, Verko-kung, Additivanteil). Nach Mög-lichkeit sollte eine Probe des Frisch-fettes bzw. -öles mitgegeben undmituntersucht werden (bei unbe-kannten Schmierstoffen, Char-geneinflüsse)

2.3 Überprüfung der Lagerumge-bung

– Könnten an irgendeiner Stelle Umge-bungsteile an Lagerteilen anstreifen?

– Sind in der Nähe des Lagers auch an-dere Bauteile beschädigt (Folgeschä-den oder Primärschäden)?

– Sauberkeit innerhalb und außerhalbder Dichtungen (Sind Fremdkörper inden Lagerraum eingedrungen?)

– Lösekräfte der Lagerbefestigungsteile(Wurden dem Lager Verformungenaufgezwungen? Sind die Befestigungen lose?)

2.4 Begutachtung des Lagers imeingebauten Zustand

– Sind Brüche oder abgeplatzte Stellenzu erkennen?

– Weisen die Dichtungen Schäden, ins-besondere Verformungen oder Verhär-tungen auf?

– Zeigt das Lager an den sichtbarenFlächen Verformungen?

– Sind Anschürfungen von Fremdteilenzu erkennen?

– Ist das Lager im eingebauten Zustandleicht- oder schwergängig? (Passungs-einfluß)

2.5 Demontage des schadhaftenLagers

Bei der Demontage eines schadhaftenWälzlagers ist grundsätzlich darauf zuachten, daß das Schadensbild nicht ver-fälscht wird. Ist dies unvermeidbar, soll-ten Ausbaubeschädigungen gekenn-zeichnet und vermerkt werden. FolgendeVorgehensweisen sind möglichst einzu-halten:– Ausbaukräfte nicht über die Wälzkör-

per leiten– hohe Ausbaukräfte deuten evtl. auf

eine gestörte Loslagerfunktion– abgedichtete Lager nicht öffnen– wärmeempfindliche Teile (Schmier-

stoff, Dichtung, Käfig) nicht durchstarke Wärmeeinwirkung zerstörenoder beschädigen

– Lager kennzeichnen (Einbauort, Ein-baurichtung)

2.6 Kontrolle der Sitze– Maß von Welle und Gehäuse (Ver-

spannungen, zu lose Sitze)– Formtoleranzen der Sitze (Ovalver-

spannung)– Rauheit der Sitze (Übermaßverlust)– Passungsrost (bei örtlich unterschied-

licher Verteilung Hinweis auf un-gleichmäßige Abstützung, Lastrich-tung)

2.7 Begutachtung des komplettenLagers

Zur Begutachtung sind die Lager stetsungereinigt, also mit Schmierstoffrestenvorzulegen.

Zu prüfen sind:– Allgemeinzustand (Sauberkeit des La-

gers und Zustand der Paßflächen, d. h.Montagespuren, Reibkorrosion, Ring-brüche, Maßhaltigkeit, Freßspuren,Verfärbungen)

– Zustand der Dicht- und Deckschei-ben. Ort und Umfang eventuellenFettaustritts fotografieren oder be-schreiben.

– Zustand des Käfigs– Handablaufprüfung (Hinweise auf

Verschmutzung, Beschädigungen oderVerspannungen)

– Lagerluftmessung (Verschiebbarkeitder Ringe gegeneinander in radialerbzw. axialer Richtung), dabei Lagergleichmäßig belasten und drehen!

2.8 Versand an FAG oder Begut-achtung der Lagereinzelteile

In vielen Fällen können die grund -sätzlich möglichen Ausfallursachen einesLagers bereits vom Kunden selbst oderdurch einen FAG-Mitarbeiter vor Orterkannt werden. Je nach der Ausgeprägt-heit einzelner Schadensmerkmale istdann zu entscheiden, ob weitere spezielleUntersuchungen notwendig sind. DieVorgehensweise bei der Untersuchungder Lagereinzelteile wird im folgendenAbschnitt detailliert beschrieben.Kommt jedoch von vornherein nur eineUntersuchung bei FAG in Frage, solltefür den Versand der Teile nach folgendenSchritten verfahren werden:– Das Lager möglichst nicht demontie-

ren und nicht reinigen. Auf keinenFall mit Kaltreiniger oder Benzin aus-waschen (Hinweise aus der Schmie-rung gehen verloren, Korrosions -anfälligkeit).

Sicherung schadhafter Lager · Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalenam ausgebauten Lager

11 FAG

– Verschmutzung nach dem Ausbauvermeiden. Möglichst die Lager ein-zeln in saubere Folie einwickeln, dennPapier oder Lappen entölen evtl. dasFett.

– Hinreichend feste und dichte Ver-packung wählen, damit keine Trans-portschäden auftreten.

Als Lagerschaden soll nicht nur derTotalausfall eines Wälzlagers, sondernauch eine Minderung der Leistungs-fähigkeit der Lagerung verstanden wer-den. In diesem Zusammenhang ist auchzu bedenken, daß die Ursachen fürStörungen im Lagerablauf umso sicherererkannt werden können, je früher dasauffällige Lager ausgebaut wird.

Eine Lagerung kann nur dann ein-wandfrei laufen, wenn die Betriebs- undUmgebungsbedingungen und die Kom-ponenten der Lagerung (Lager, Umge-bungsteile, Schmierung, Abdichtung)richtig aufeinander abgestimmt sind.Die Ursache für einen Lagerschaden darfnicht allein beim Lager gesucht werden.Schäden, die auf Material- oder Ferti-gungsfehler des Lagers zurückzuführensind, treten sehr selten auf. Vor der Un-tersuchung eines Lagerschadens anhandder Einzelteile sollte sich der Beurteilen-de anhand der nach Abschnitt 2 ermit-telten Fakten einen Überblick über mög-liche Schadensursachen verschaffen.

Häufig ergeben sich bereits aus den Be-triebsbedingungen oder äußeren Merk-malen am Lager Hinweise auf bestimmteTendenzen für die Schadensursache. InTafel, Bild 12, sind die wichtigsten Scha-densmerkmale den typischen Ursachenfür Wälzlagerschäden zugeordnet.

Diese Zusammenfassung kann sichernicht auf alle Schadensmöglichkeiteneingehen, sondern nur einen grobenÜberblick geben. Es ist außerdem zu be-achten, daß eine Reihe von Schadensbil-dern ausschließlich oder zumindest be-vorzugt bei bestimmten Lagertypen oderunter speziellen Einsatzbedingungenauftreten. In vielen Fällen werden auchmehrere Schadensmerkmale an einemLager gleichzeitig zu beobachten sein. Ineinem solchen Fall ist es häufig schwie-rig, die primäre Ausfallursache zu ermit-teln. Es hilft dann meist nur eine syste-matische Abklärung verschiedener Scha-denshypothesen. Dazu ist das im folgen-den beschriebene systematische Vorge-hen zweckmäßig.

3 Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausge-bauten Lager

11: Ausfallursachen für Wälzlager (Quelle: antriebstechnik 18 (1979) Nr. 3, 71-74).Nur ca. 0,35 % aller Wälzlager fallen vor der erwarteten Laufzeit aus.

20 % UngeeignetesSchmiermittel

20 % GealtertesSchmiermittel

15 % Mangel anSchmierstoff

20 % FesteVerunreinigungen

5 % Flüssige Verunreinigungen

5 % Folgeschäden5 % Montagefehler

10 % Ungeeignete Lagerwahl(Bauform, Größe, Tragfähigkeit)

Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausgebauten Lager

FAG 12

12: Hinweise auf Wälzlagerschäden und ihre Ursachen

Merkmal Geschädigte Bereiche des Lagers Typische Ursachen für Wälzlagerschäden

Einbau

a)

Unruhiger Lauf ■ ■ ■

■ ■ ■ ■ ■ ■

■ ■

b)

1 Fremdkörpereindrücke ■ ■

2 Ermüdungsschäden ■ ■ ■ ■ ■ ■

3■

4■

5 Schlupfschäden ■ ■

6■ ■ ■

7 Freßspuren ■ ■ ■

8 Verschleißschäden ■ ■ ■ ■ ■

9 Korrosionsschäden ■ ■ ■ ■

10 Heißlaufschäden ■ ■ ■ ■ ■ ■

11 Brüche ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

12■ ■ ■

Auffälligkeiten imBetriebsverhalten

UngewöhnlichesGeräusch

Gestörtes Temperaturverhalten

Aussehen demontierterLagerteile

Schmelzkrater und Riffeln

WälzkörpereindrückeSchürfmarken

Reibkorrosionsschäden(Passungsrost)

Stillstands -markierungen

Wälz-flächen

Sitz-flächen

Bord-undRollen-stirn-flächen

Käfig Dich-tung

FalscheMontage-verfahrenoderWerkzeuge

Unsau-ber keit

Zu festePassung,zu hoheVor -spannung

Fluchtungs- fehler oder Wellen -biegung

Zu losePassung,zu geringeVor -spannung

SchlechteUnter -stützungder Ringe

13 FAG

Merkmal Typische Ursachen für Wälzlagerschäden

Betriebsbeanspruchungen Umgebungseinflüsse Schmierung

a)

Unruhiger Lauf ■ ■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

■ ■ ■ ■ ■ ■

b)

1 Fremdkörpereindrücke ■

2 Ermüdungsschäden ■ ■ ■ ■ ■

3■

4■

5 Schlupfschäden ■ ■

6■

7 Freßspuren ■ ■ ■ ■

8 Verschleißschäden ■ ■ ■

9 Korrosionsschäden ■ ■

10 Heißlaufschäden ■ ■ ■ ■ ■

11 Brüche

12■

Auffälligkeiten imBetriebsverhalten

UngewöhnlichesGeräusch

Gestörtes Temperaturverhalten

Aussehen demontierterLagerteile

Schmelzkraterund Riffeln

WälzkörpereindrückeSchürfmarken

Reibkorrosionsschäden(Passungsrost)

Stillstands -markierungen

Über-oderUnter-bela-stung

Schwin-gungen

HoheDreh-zahlen

Staub,Schmutz

AggressiveMedien,Wasser

Fremd-wärme

Strom-durch-gang

Ungeeig-neterSchmier-stoff

Schmier-stoff-mangel

Über-schmie-rung

Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausgebauten LagerVorbereitende Maßnahmen

3.1 Vorbereitende Maßnahmen

3.1.1 Kennzeichnung der Einzelteile

– Bei mehreren Lagern aus gleichartigenEinbauten alle Lagerteile numerierenund ihre Anordnung im Einbau fest-halten.

– Seitliche Zuordnung der Lagerteileuntereinander sowie in Bezug auf ihreEinbaulage kennzeichnen.

– Radiale Einbaurichtung der Ringe imVerhältnis zur äußeren Kraft markie-ren.

3.1.2 Messungen am kompletten Lager

– Geräuschprüfung– Kontrolle von Radial- bzw. Axialspiel– Kontrolle von Radial- bzw. Axialschlä-

gen– Reibungsmomentprüfung

3.1.3 Zerlegen des Lagers in Einzelteile

– Evtl. Fettmenge bestimmen, wenn beiabgedichteten Lagern Fettaustritt er-kannt wurde.

– Bei abgedichteten Lagern Deckschei-ben oder Dichtscheiben vorsichtigund ohne größere Verformungen ent-fernen.

– Fettverteilung im Lager beurteilen.– Fettprobe entnehmen; bei ungleich-

mäßigem Erscheinungsbild desSchmierstoffs mehrere Proben.

– Wenn keine zerstörungsfreie Demon-tage möglich ist, sollten die Teile zer-stört werden, von denen angenom-men wird, daß sie keinen Einfluß aufdie Schadensentstehung hatten (z. B.beim Kegelrollenlager den Haltebordam kleinen Innenringdurchmesser ab-drehen).

– Falls das Demontageverfahrenzwangsläufig Beschädigungen verur-sacht, sollten diese gekennzeichnetund vermerkt werden.

3.1.4 Begutachtung der Lagerteile

Zunächst verschafft man sich visuellohne Hilfsmittel einen ersten Überblicküber die wesentlichen Lauf- und Einbau-merkmale. Bei der überwiegenden An-zahl von Lagern ist zusätzlich eine mi-kroskopische Beurteilung der Lagerteilesinnvoll bzw. notwendig.

Folgende Vorgehensweise bei der Be-trachtung der Lagerteile ist in den mei-sten Fällen zweckmäßig:

Beurteilung der– Sitzflächen (axiale Anlageflächen,

Innenringbohrung, Außenring -mantel)

– Laufbahnen– Borde– Dichtungssitzflächen bzw. Dichtungs-

anlaufflächen– Wälzkörper (bei Rollen Mantel- und

Stirnflächen)– Käfige– Dichtungen

Mitunter können für die Klärung derSchadensursache auch weitergehendeUntersuchungen, wie z. B. Schmierstoff-analysen, Vermessungen, elektronenmi-kroskopische Untersuchungen usw., er-forderlich sein. Für solche Fälle stehenIhnen in den Labors von FAG im Be-reich der Produktforschung und -ent-wicklung kompetente Ansprechpartnerzur Verfügung (siehe hierzu Abschnitt 4).

Häufig ist zu entscheiden, ob ein ge-laufenes Lager weiter einsatzfähig istoder ausgetauscht werden muß. Wirdein deutlicher Schaden entdeckt, beste-hen keine Zweifel über das weitere Vor-gehen. Vielfach lassen sich jedoch keinederartigen Beschädigungen feststellen.Trotzdem gibt die Begutachtung der Lager oft Hinweise auf den Betriebs -zustand. Erkennt man ungewöhnlicheMerkmale und ihre Ursachen, so kannman größere Schäden oft noch vermei-den.

Die folgenden Abschnitte enthaltenBeschreibungen der Merkmale, Hinwei-se auf ihre Bedeutung bzw. Ursachenund, soweit sinnvoll, Maßnahmen zu ih-rer Vermeidung.

FAG 14

Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausgebauten LagerZustand der Sitzflächen

3.2 Der Zustand der Sitzflächen

Aus dem Zustand der Sitzflächenkönnen vielfältige Rückschlüsse auf dieGüte der Abstützung der Lagerringe aufder Welle bzw. im Gehäuse gezogen wer-den. Bewegungen der Ringe gegenüberden Sitzflächen verursachen Geräusche,die häufig stören können. Sie führenaber auch zu Passungsrost und Ver-schleiß. Dadurch kommt es zu Schmier-stoffverschmutzung durch Korrosions-bzw. Abriebpartikel. Außerdem wird dieUnterstützung der Ringe fortlaufendschlechter, und der Passungsrost kann zuDemontageschwierigkeiten führen. Imfolgenden einige Beispiele hierzu.

3.2.1 Reibkorrosion - Passungsrost

Merkmale:Braun-schwarze Flecken auf den Sitz-

flächen, z. T. auch brauner Abrieb in La-gernähe oder im Schmierstoff. Ver-schleiß an den Paßflächen (Bohrung,Manteldurchmesser), bei umlaufendenTeilen (meist Welle) Dauerbruch mög-lich, bei stillstehenden Teilen (meistGehäuse) Störung der Loslagerfunktionmöglich, Bild 13. Aus derartigem Pas-sungsrost kann häufig auf Lage undGröße der Lastzone, Bild 14, bzw. aufein Mitdrehen der Ringe geschlossenwerden.

Ursachen:– Mikrobewegungen zwischen den ge-

paßten Teilen bei im Verhältnis zu denwirkenden Kräften zu losen Passun-gen, aber kein Mitdrehen der Ringe

– Formstörungen der Paßflächen– Wellendurchbiegung, Gehäuseverfor-

mung– Loslagerfunktion am Ring mit Um-

fangslast

Abhilfe:– Loslagerfunktion am Ring mit Punkt-

last vorsehen– Möglichst feste Lagersitze verwenden– Welle (Gehäuse) biegesteifer machen– Lagersitze beschichten

– Bei hohen Einsatztemperaturen maß-stabilisierte Ringe verwenden (verhin-dert Lösen der Passung durch Aufge-hen der Ringe infolge Gefügeände-

rungen im Stahl)– Rundheit der Sitzflächen verbessern– Oberflächenqualität der Sitzflächen

überprüfen und ggf. verbessern

15 FAG

14: Passungsrost macht die Größe der Lastzone am stillstehenden Außenringsichtbar.

13: Passungsrost in der Bohrung eines Zylinderrollenlager-Innenrings mit zu losem Sitz

3.2.2 Freßspuren oder Gleitverschleiß

Merkmale:Kaltverschweißungen an den

Paßflächen (Innenringbohrung, Außen-ringmantelfläche) und axialen Anlage-flächen oder bei guter Oberflächenrau-heit auch spiegelblanke Kontaktflächen,Bild 15, 16.

Verschleiß der Paß- und Stirnflächen,Bild 17, evtl. Abbau der Vorspannungbzw. Spielvergrößerung.

Ursachen:– Drehbewegungen zwischen Ring und

Welle/Gehäuse bei losen Passungenunter umlaufender Last; auch bei sta-tischer Belastung unter Unwuchten

– Axiale Festlegung der Ringe unzurei-chend

– Loslager schiebt schwergängig

Abhilfe:– Möglichst feste Lagersitze verwenden– Axiale Anlageflächen vergrößern– Axiale Festlegung sichern– Paßflächen trocken halten– Loslagerfunktion verbessern

FAG 16


15: Freßspuren auf der Mantelfläche als Folge von Mitdrehen des Außenrings imGehäuse

16: Freßspuren in der Innenringbohrung als Folge von Mitdrehen des Innenringsauf der Welle

17: Umlaufende Riefen und Kaltver-schweißungen an der Innenring-Seitenfläche als Folge von Mitdre-hen des Innenrings auf der Welle

3.2.3 Ungleichmäßige Unterstützungder Lagerringe

Merkmale: Sitzspuren nicht im Bereich der er-

warteten Lastzone. Bearbeitungsstruktur der Paßflächen

bereichsweise verschlissen und in ande-ren Bereichen noch völlig erhalten, Bild18, 19. In der Folge durch ungleicheLastverteilung und Biegung der RingeErmüdungsschäden und Brüche. Bei zugeringer axialer Abstützung von Kegel-rollenlagerinnenringen auch Bord-brüche, Bild 20, oder bei zu kleinenBerührflächen auch plastische Setzer-scheinungen.

Ursachen:– Ungeeignete Konstruktion– Ungenaue Bearbeitung

Abhilfe:– Umbauteile konstruktiv ändern und

dabei auf gleichmäßige Gehäusestei-figkeit achten; evtl. auch andere Lager verwenden

– Fertigung der Umbauteile überprüfen

17 FAG


18: Außenringmantelfläche, Passungs-rost an „harten Punkten“ (z. B.Rippen) im Gehäuse

19: Außenringmantelfläche, nur auf der halben Breite unterstützt

20: Bordbruch bei einem Kegelrollenlager-Innenring infolge unzureichender axialer Abstützung der Stirnfläche


3.2.4 Seitliche Anstreifspuren

Merkmale:An den Stirnflächen der Lagerringe

oder Dichtungen umlaufende Kratzspu-ren bzw. Verschleiß, Bild 21, 22.

Ursachen:– Unzureichende Festlegung der Lager

im Gehäuse oder auf der Welle– Starker Verschmutzungsanfall von

außen bei engem Spalt zwischen Lagerund Umbauteil

– Lose Umbauteile– Zu großes Axialspiel

Abhilfe:– Teile ordnungsgemäß fixieren– Schmierstoffsauberkeit gewährleisten– Axialspiel überprüfen und evtl. ein -

engen

FAG 18

21: Umlaufende Riefen und Kaltverschweißungen an der Seitenfläche durch An-streifen eines Umbauteiles

22: Beschädigung der Dichtung durch seitliches Anstreifen

Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausgebauten LagerErscheinungsbild der Wälzkontakte

3.3 Das Erscheinungsbild derWälzkontakte

3.3.1 Entstehung und Bedeutung vonLaufspuren

Unabhängig vom Auftreten von Schä-den sind an jedem gelaufenen Lager Ver-änderungen der Kontaktflächen zwi-schen Ringen und Wälzkörpern zu er-kennen, die als Laufspuren bezeichnetwerden. Laufspuren entstehen durchAufrauhung oder Glättung der ur-sprünglich gefertigten Oberflächen-struktur. Sie sind häufig auch durch Ein-drücke von überrollten, oft mikrosko-pisch kleinen Fremdkörpern oder durchVerfärbungen gekennzeichnet. Aus denLaufspuren kann somit auf die Güte derSchmierung, auf die Sauberkeit desSchmierstoffs und auf die Richtung derBelastung sowie die Lastverteilung imLager geschlossen werden.

3.3.1.1 Normale Laufspuren

Unter der Drehbewegung und Bela-stung hinterlassen die Wälzkörper aufden Laufbahnen Spuren, die bei guttrennendem Schmierfilm meist ein hel-les Aussehen haben. Das individuelle Er-scheinungsbild der Laufspuren ist jedochstark von der Beleuchtung der Ober-fläche abhängig. Insbesondere bei derBetrachtung mit der Lupe und dem Mi-kroskop sollte jedoch die Bearbeitungs-struktur noch weitgehend erkennbarsein (Vergleich mit ungelaufenen Berei-chen am Laufbahnrand!). Als unver-meidlich sind auch einzelne Eindrückekleiner Fremdkörper anzusehen. Bei be-sonders guter Schmierung sind sie dieeinzigen Hinweise auf die Lage der Last-zonen im Lager, Bild 23.

In vielen Fällen treten bei Tempera -turen oberhalb von ca. 80 °C auch Ver-färbungen der Laufbahnen bzw. Wälz-körper auf. Sie entstehen durch chemi-sche Reaktionen des Stahls mit demSchmierstoff oder dessen Additiven und haben keinen negativen Einfluß

auf die Gebrauchsdauer der Lager. ImGegenteil: Häufig deuten diese Ober-flächenschichten auf einen wirksamenVerschleißschutz der Additive hin.

Meist entstehen braune oder blaueFarbtöne. Die jeweilige Farbe erlaubt jedoch keinen eindeutigen Rückschlußauf die Betriebstemperatur, die zu ihrerEntstehung geführt hat. Bei den einzel-nen Wälzkörpern eines Lagers werdenmanchmal deutlich unterschiedlicheFarbtöne beobachtet, obwohl die Be-triebsbedingungen sehr ähnlich sind.

Diese Ölverfärbungen dürfen auf keinen Fall mit den in seltenen Fällen anausgefallenen Lagern festzustellendenAnlaßfarben verwechselt werden, die beisehr viel höheren Temperaturen auftre-ten können, siehe Abschnitt 3.3.5.

Auch auf Kugeln sind mitunter Lauf-spuren in Form von äquatorial umlau-fenden Bändern sichtbar. Sie treten inSchrägkugellagern auf, wenn die Kugelnimmer die gleiche Drehachse beibehal-ten. Eine grundsätzliche Lebensdauer-minderung ist aus ihnen nicht abzulei-ten, Bild 24.

19 FAG

23: Normale Laufspur, Oberflächen-struktur noch sichtbar, nur einzelnekleine Eindrücke durch Fremdkör-per

24: Kugel mit äquatorial umlaufendem Band


Die Anordnung der Laufspuren er-gibt sich aus der Richtung der äußerenBelastung und den Umlaufverhältnissen(Punktlast oder Umfangslast, Axiallast,kombinierte Belastung), Bilder 25 bis27. Ein „Soll-Ist“-Vergleich liefert auchhier wichtige Hinweise auf unerwarteteLastzustände, z. B. auf eine gestörte Los-lagerfunktion. Die Entstehung der Lauf-spuren in Umfangsrichtung auf dem ste-henden Ring hängt bei rein radialer Be-lastung wesentlich von der Höhe derLast, der Größe des Lagerspiels und vonder Steifigkeit der Umbauteile ab. Jehöher die Last, je kleiner das Lagerspielund je weicher das Gehäuse ist, destolänger wird die Lastzone und somit auchdie Laufspur.

FAG 20

25: Radiale Belastung eines Radialla-gers, z. B. eines Rillenkugellagers.Bei Punktlast und hinreichend stei-fem Gehäuse ist die Laufspur amstehenden Ring kürzer als der halbeLaufbahnumfang, sofern keine ra-diale Vorspannung erfolgte. BeiUmfangslast erstreckt sich die Lauf-spur über den gesamten Laufbah-numfang.

a: Punktlast für den Außenring, Um-fangslast für den Innenring

b: Punktlast für den Innenring, Um-fangslast für den Außenring

26: Axiale Belastung eines Radiallagers, z. B. eines Rillenkugellagers. Die Lauf-spuren erstrecken sich bei Innen- und Außenring außermittig über den gesam-ten Laufbahnumfang.

27: Kombinierte Radial-Axialbelastung eines Rillenkugellagers. Beim Innenring(Umfangslast) verläuft eine gleichbleibend breite Laufspur über den gesamtenLaufbahnumfang. Beim Außenring (Punktlast) ist die Laufspur in der radialbelasteten Zone breiter als am übrigen Umfang.

drehender Innenringkonstante Lastrichtung

drehender Außenringumlaufende Lastrichtung

drehender Innenringumlaufende Lastrichtung

drehender Außenringkonstante Lastrichtung

nA

P P

nJ

P P

nJ

nA

2726

25a 25b


3.3.1.2 Ungewöhnliche Laufspuren

Welche Laufspuren normal und wel-che ungewöhnlich sind, hängt ganz we-sentlich vom Einbaufall ab. So könntenz. B. Lager ganz normale Laufspuren ha-ben, die auf überwiegend radiale Bela-stung schließen lassen; dies wäre jedochfür eine Lagerung, die unter axialer Vor-spannung laufen sollte, ein Hinweis aufeine fehlerhafte Montage der Lager. Diesmacht deutlich, daß für die Beurteilungder Laufspuren die Einsatzbedingungender Lager bekannt sein sollten. Einigegrundsätzliche Merkmale lassen sich je-doch immer anhand der Laufspuren be-urteilen.

• Laufspuren bei unzureichenderSchmierung

Merkmale:Das optische Erscheinungsbild der

Laufspuren bzw. die Oberflächenfeinge-stalt, sprich Rauheit, ermöglichen we-sentliche Rückschlüsse auf die Güte derSchmierung. Bei nichttrennendemSchmierfilm unter mäßiger Belastungentstehen matte aufgerauhte Laufspuren.

Die Beeinflussung der Oberfläche ist umso intensiver, je dünner der Schmierfilmist; man spricht hier von schlechterOberflächentrennung, Bild 28.

Bei hoher spezifischer Belastung derKontaktflächen kommt es zu hellen,druckpolierten, oft spiegelblanken Lauf-spuren, die sehr deutlich zur nicht be-nutzten Laufbahn abgegrenzt sind, Bild29.

Ursachen:– Unzureichende Schmierstoffmenge

im Lager verfügbar– Der Schmierstoff hat bei Betriebstem-

peratur und -drehzahl unzureichendeViskosität (siehe Katalog „FAG Wälz-lager“, erweiterte Lebensdauerberech-nung)

Abhilfe:– Schmierstoffzufuhr verbessern– Schmierstoffviskosität den Betriebsbe-

dingungen anpassen– Schmierstoff mit erprobten Additiven

einsetzen– Lagerteile mit Oberflächenbeschich-

tung verwenden

21 FAG

29: Druckpolierte Laufspur28: Laufspur mit Oberflächenverschleiß

Ursachen:– Unzureichende Abdichtung– Unsaubere Montagebedingungen– Fertigungsrückstände, z. B. Formsand– Temperaturunterschiede (Kondens-

wasserbildung)– Unsauberes Öl

Abhilfe:– Abdichtung konstruktiv verbessern– Saubere Montage und gut gewaschene

Bauteile, evtl. lackieren– Gesamtes Ölsystem vor Inbetriebnah-

me (vor der ersten Lagerumdrehung!)durchspülen

• Laufspuren bei Verschmutzung imLager bzw. im Schmierstoff

In erster Linie ist zu unterscheidenzwischen festen und flüssigen Verunrei-nigungen.

Merkmale bei festen Verunreinigungen:Werden Feststoffe in den Laufbahnen

überrollt, so hinterlassen sie Eindrücke.Bei Begutachtung der Laufspuren unterdem Mikroskop kann man anhand derEindrücke zwischen Partikeln aus wei-chen Materialien, gehärtetem Stahl undharten Mineralien unterscheiden, Bild30, 31, 32. Für die Lebensdauer sind be-sonders große, harte Fremdkörper kri-tisch. Darauf wird bei der Beschreibungvon Ermüdungsschäden näher eingegan-gen, siehe auch „Ermüdung infolgeFremdkörperüberrollung“ im Abschnitt 3.3.2.1. Eine Vielzahl von kleinen har-ten Fremdkörpern führt zu Aufrauhun-gen wie in Bild 28 und beschleunigt denAbrasivverschleiß.

FAG 22


30: Eindrücke weicher Fremdkörper 31: Eindrücke von Fremdkörpern ausgehärtetem Stahl

32: Eindrücke harter mineralischerFremdkörper

Merkmale bei flüssigen Verunreinigun-gen:

Unter den flüssigen Schmierstoffver-unreinigungen tritt besonders häufigWasser auf. In gewissen kleinen Mengenkann es vom Schmierstoff aufgenommenwerden. Es verschlechtert aber dessenSchmierwirkung und führt häufig zuähnlichen Laufspuren wie in Bild 29. Beigrößeren Feuchtigkeitsmengen im Lagerentstehen matte Laufspuren und in Fol-ge Korrosion oder bei hoher Last auchdruckpolierte Laufspuren mit Ermü-dungsschäden, siehe auch „Ermüdunginfolge schlechter Schmierung“ im Ab-schnitt 3.3.2.1.

• Laufspuren bei Radialverspannung

Merkmale:Bei Radialverspannung entstehen auf

beiden Ringen umlaufende Laufspuren,Bild 33. Im Extremfall kann in der Folgeein Heißlaufschaden entstehen, Ab-schnitt 3.3.5.

Ursachen:– Zu hohe Passungsüberdeckung an

Welle/Gehäuse– Zu große Temperaturdifferenzen zwi-

schen Innen- und Außenring– Zu geringe Lagerluft

• Laufspuren bei Ovalverspannung

Merkmale:Am stillstehenden Ring bilden sich

mehrere getrennte Laufspurbereiche aufdem Umfang, Bild 34.

Ursachen:– Unrunde Gehäuse oder Wellen, z. B.

auch durch unterschiedliche Steifig-keiten über den Umfang bei der Bear-beitung oder durch Gewindelöcher inNähe der Lagersitze

– Unterschiedliche Gehäusesteifigkeitin Umfangsrichtung bei gleichzeitighoher Überdeckung mit dem Außen-ring

– Stehende Aufbewahrung von dünn-wandigen Lagern

23 FAG


33: Radial verspanntes Rillenkugella-ger. Die Laufspuren erstrecken sichüber den gesamten Ringumfang,auch an dem Ring, der von denäußeren Kräften her Punktlast er-hält.

34: Ovalverspannung bei einem Rillen-kugellager. Bei dem ovalverspann-ten Außenring (Punktlast) habensich zwei gegenüberliegende Zonenradialer Belastung gebildet.

• Laufspuren bei Axialverspannung

Merkmale:Bei einer Fest-Los-Lagerung darf nur

das Festlager, wie in Bild 35b dargestellt,ausgeprägte Laufspuren zeigen, wie siebei Axiallast (Bild 26) entstehen. AmLoslager soll höchstens ein geringer (bes-ser kein) Axiallastanteil erkennbar sein.

Ursachen:– Gestörte Loslagerfunktion (falsche

Passung, radialwirkende Wärmedeh-nung, Verkantung, Passungsrost)

– Unerwartet hohe axialwirkende Wär-medehnung

Abhilfe:– Passung und Formgenauigkeit der

Umbauteile überprüfen– Einbau- und Betriebsbedingungen än-

dern– Lager mit axialer Verschiebbarkeit ver-

wenden: Zylinderrollenlager N, NU,NJ

FAG 24


35: Fest-Loslagerung mit zwei Rillen-kugellagern.

a: Das Rillenkugellager auf der Ar-beitsseite ist als Festlager, das Lagerauf der Antriebsseite als Loslagerausgebildet.

b: Laufspuren bei funktionsgerechterLagerung. Das Festlager hat dieMerkmale eines kombiniert belaste-ten, das Loslager die Merkmale ei-nes überwiegend oder rein radialbelasteten Lagers.

c: Laufspuren bei axial verspannterLagerung (festsitzender Außenringdes Loslagers). Jedes Lager weist dieMerkmale einer kombinierten Bela-stung auf. Die axiale Verspannungwird aus der Lage der Laufspurender beiden Lager zueinander deut-lich.

Festlager Loslager

a

c

b

36: Durch axiale Verspannung hervor-gerufene Abblätterung in der einenLaufspur eines Pendelkugellager-Außenrings

25 FAG


37: Ausbildung der Laufspuren bei ei-nem axial verspannten, radial bela-steten Pendelkugellager mit umlau-fendem Innenring

• Laufspuren bei SchrägverspannungMerkmale:

Beim Kugellager verläuft die Laufspurdes stehenden Ringes nicht senkrecht,sondern schräg zur Axialrichtung, Bilder38 und 39. Bei Rollenlagern ist unterVerkippung die Laufspur am einen Lauf-bahnrand ausgeprägter als am anderen,Bild 40.

Ursachen:– Wellenbiegung– Nicht fluchtende Gehäusehälften oder

Stehlagergehäuse– Axiale Anlagefläche nicht im rechten

Winkel zur Lagerachse stehend– Während der Montage befand sich

Schmutz zwischen den Anlageflächenund den Lagerringen

– Zuviel Lagerspiel in Kombination mitMomentenbelastung

Abhilfe:– Einbauvorschriften zur zulässigen

Verkippung beachten, siehe FAG-Ka-talog

– Auf Sauberkeit bei der Montage ach-ten

– Geeignetes Lagerspiel festlegen

FAG 26


38: Schrägverspannte Lagera: Verkippung der Innenringe gegenüber den Außenringen bei nicht fluchtenden Gehäusesitzenb: Verkippung der Laufringe zueinander bei Wellenbiegungc: Laufspuren bei einem schrägverspannten Rillenkugellager mit umlaufendem Innenringd: Laufspuren bei einem schrägverspannten Rillenkugellager mit umlaufendem Außenring

F F

ba

c d

3.3.2 Vertiefungen in Laufbahnen undWälzkörperoberflächen

Häufig findet man an schadhaftenLagerteilen einzelne Vertiefungen in denKontaktflächen, die die unterschiedlich-sten Ursachen haben können. Da sie imallgemeinen flächig gleichmäßig verteiltin sehr großer Anzahl auftreten, wurdendie durch Überrollung von Fremdkör-pern entstandenen Vertiefungen schonin Verbindung mit der Beurteilung derLaufspuren (Abschnitt 3.3.1) betrachtet.Hier sollen vorwiegend solche Erschei-nungen besprochen werden, die lokalbegrenzt auf dem Ring auftreten.

27 FAG


39: Schräg im Innenring liegende Lauf-spur am Rillenkugellager

40: Verkippte Laufspur auf einem Kegelrollenlager

3.3.2.1 Ausbrüche

Der Werkstoff von Laufbahnen undWälzkörpern ist bei der Überrollung ei-ner fortlaufenden Schwellbeanspru-chung ausgesetzt. Diese führt zu ähnli-chen Ausfallerscheinungen, wie sie vonder Ermüdung biegebeanspruchter Bau-teile bekannt sind: Es entstehen Dauer-brüche. Im Wälzlager verlaufen dieseBruchflächen weitgehend parallel zurOberfläche und führen dabei zu flächi-gen Materialabschälungen, die mit Be-griffen wie „Ermüdungsschäden, Schä-lungen, Pittings, Spalling, Graufleckig-keit, Mikropittings oder Grübchenbil-dung“ bezeichnet werden.

• Klassische ErmüdungAuch bei sehr günstigen Betriebsbe-

dingungen, d. h. hydrodynamisch tren-nendem Schmierfilm, höchster Schmier-stoffsauberkeit und mäßigen Temperatu-ren, können an Wälzlagerteilen abhän-gig von der Belastung Ermüdungsschä-den auftreten. Bei einer Belastungskenn-zahl

fs* = C0/P0* ≥ 8

(C0 = statische Tragzahl, P0* = äquivalen-te Belastung) ist unter den genanntenBedingungen von Dauerfestigkeit auszu-gehen. Bei größeren Lasten, also kleine-ren fs*-Werten, ist nach mehr oder weni-ger langer Betriebsdauer mit einem Er-müdungsschaden zu rechnen.

Derartige klassische Ermüdungsschä-den, bei denen zunächst unterhalb derOberfläche Risse entstehen, treten in derPraxis relativ selten auf. Sehr viel häufi-ger beginnen Ermüdungsschäden infolgeungünstiger Schmierung oder mangel-hafter Sauberkeit im Wälzkontakt an derOberfläche. Bei fortgeschrittenen Schä-den kann man die jeweilige Ursache inder Regel nicht mehr erkennen.

Merkmale:Rißbildung unter der Oberfläche bei

Laufbahnen und Wälzkörpern, Abblät-terungen von Material (relativ tiefes Pit-ting), nicht geschädigte Laufbahnberei-che haben in einem frühen Stadium dieMerkmale einer guten Schmierung (vgl.Bild 23), wobei jedoch auch je nachSchadensfortschritt mehr oder wenigerviele Eindrücke von überrollten Aus-bruchstücken (vgl. Bild 31) zu erkennensind, Bild 41 bis 43.

FAG 28


41: Klassische Ermüdung zeigt sich andem Grübchen (Pitting) in derLaufbahn eines Rillenkugellager-In-nenrings. Im fortgeschrittenen Sta-dium blättert auf der gesamtenLaufbahn Material ab.

42: Fortgeschrittener Ermüdungsscha-den am Rillenkugellager

43: Ermüdungsschaden in der Außenringlaufbahn eines Kegelrollenlagers

• Ermüdung infolge Fremdkörperüber-rollung

Bei Anwesenheit von grober Ver-schmutzung im Lager ergibt sich einewesentliche Reduzierung der Ermü-dungslebensdauer, Bild 44. Die Schäd-lichkeit von Fremdkörpern im konkre-ten Anwendungsfall hängt von derenHärte, Größe und Menge sowie von derLagergröße ab. Kugellager reagieren hin-sichtlich Ermüdung empfindlicher aufVerschmutzung als Rollenlager, Lagermit kleinen Wälzkörpern empfindlicherals solche mit großen. Kritisch anFremdkörpereindrücken sind die dabeientstehenden Randaufwerfungen. Siewerden bei nachfolgenden Überrollun-gen bevorzugt beansprucht, und an ih-nen bilden sich die ersten Anrisse, REM-Bild in Abschnitt 4.

Merkmale:Abblätterung von Material; hinter

dem Fremdkörpereindruck in Überroll-richtung V-förmige Ausbreitung (V-Pit-ting), Bild 45.

Ursache:Verletzung der Laufbahn, besonders

gefährlich sind Eindrücke von hartenTeilchen (Formsand, Schleifmittel).

Abhilfe:– Gehäuseteile gründlich auswaschen,

evtl. lackieren– Sauberkeit und Sorgfalt bei der

Montage– Verbesserung der Abdichtung

– Schmutzgeschützte Lagerausführungeinsetzen

– Sauberkeit des Schmierstoffes– Spülvorgänge mit Filterung vor Inbe-

triebnahme des Aggregates

29 FAG


44: Lebensdauerminderung durch unterschiedliche Verunreinigungen

45: Durch Fremdkörpereindrücke verursachte Ermüdungsschäden breiten sich in Überrollrichtung V-förmig aus. a: Schaden zur Zeit der Erkennung; b: Schaden nach ca. 1 000 Betriebsstunden; c: Schaden nach ca. 1 200 Betriebsstunden

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• Ermüdung infolge statischer Überbe-lastung

Ähnlich wie bei Fremdkörperein-drücken entstehen durch hohe statischeÜberbelastung eines Lagers Wälzkörper-eindrücke, deren Randaufwerfungen be-vorzugt zum Ausfall führen.

Merkmale:Im Frühstadium gleichmäßig beran-

dete Eindrücke im Wälzkörperabstand,davon ausgehend Ausbrüche, oft nur aufeinen Teil des Umfangs begrenzt.Manchmal nur auf einem Ring. Bevor-zugt unsymmetrisch zur Laufbahnmitte.

Ursachen:– Statische Überbelastung, Stöße– Montagekräfte über Wälzkörper gelei-

tet

Abhilfe:– Vorschriftsmäßige Montage– Keine hohen Stoßkräfte aufbringen,

nicht überbelasten

• Ermüdung infolge fehlerhafter Mon -tage

Merkmale:Bei Schrägkugellagern Ermüdung

nahe am kleinen Bord, außerhalb desDruckwinkelbereiches, Bild 46.

Ursachen:– Unzureichende Anstellung

– Setzerscheinungen der axialen Anlage-flächen oder im Gewinde der Ver-spannschrauben

– Radiale Verspannung

Abhilfe:– Steife Umbaukonstruktion– Fachgerechte Montage

FAG 30


46: Ermüdungsschaden im Rillengrund eines Schrägkugellager-Innenrings infolgeungenügender Anstellkraft

• Ermüdung infolge Schrägverspan-nung/Verkippung

Merkmale:– Unsymmetrisch zur Lagermitte lie-

gende Laufspur, Bild 40– Ermüdung an den Laufbahn- bzw.

Wälzkörperkanten, Bild 47– Ganz oder teilweise umlaufende Ein-

kerbungen auf den Kugeloberflächendurch plastische Verformung entstan-den und daher mit sanften Übergän-gen. Im Extremfall auch mit Rissen im Kerbgrund, Bild 48.

Ursache:Bedingt durch Gehäuseversatz oder

Wellenbiegung kommt es zu Verkippungdes Innenrings gegenüber dem Außen-ring und dadurch zu hoher Momenten-belastung. In Kugellagern führt dies zuZwängen in den Käfigtaschen (Abschnitt3.5.4) und zu vermehrter Gleitung inden Laufbahnen sowie Ablauf der Ku-geln auf den Bordkanten. Bei Rollenla-gern wird die Laufbahn unsymmetrischbelastet; bei starker Verkippung tragenauch die Kanten der Laufbahnen bzw.der Wälzkörper, was an diesen Stellen zustarken Spannungsüberhöhungen führt,siehe auch „Laufspuren bei Schrägver-spannung“ im Abschnitt 3.3.1.2.

Abhilfe:– Verwendung winkeleinstellbarer Lager– Korrektur der Fluchtungsfehler– Verstärkung der Welle

31 FAG


47: Am Laufbahnrand schrägverspannter Kegelrollenlager kann durch örtlicheÜberlastung Ermüdung auftreten.

48: Ermüdung an der Laufbahnkante entsteht bei Kugellagern z. B. bei hoher Mo-mentenbelastung (Kantenlauf); links Laufbahnkante, rechts Kugel.

• Ermüdung infolge schlechter Schmie-rung

Merkmale:Je nach Belastungssituation können

sich bei schlechter Schmierung unter-schiedliche Schadensbilder ergeben. Beirelativ niedriger Last und gleichzeitigemVorhandensein von Gleitungen entste-hen winzige, sehr flache Ausbrüche. Dasie in großer Zahl auftreten, erscheinensie als Flecken auf der Laufbahn, Bild49. Man spricht von Graufleckigkeit,Mikropittings, Grübchenbildung oderFlechten. Bei sehr hoher Belastung untereinem z. B. durch Wassereintritt ver-dünnten Schmierstoff entstehen beigleichzeitig druckpolierten Laufbahnen(Bild 29) flache Pittings in Muschel-form, Bild 50. Bei sehr hohen Beanspru-chungen und gleichzeitig schlechtemSchmierungszustand kann es zu ausge-prägten Erwärmungszonen in der Lauf-bahn kommen, in denen bei weitererÜberrollung Anrisse entstehen.

Ursachen:– Schlechter Schmierungszustand

• unzureichender Schmierstoffzufuhr• zu hoher Betriebstemperatur• Wassereintrittdadurch erhöhte Reibung und Mate-rialbeanspruchung an der Laufbahn -oberfläche

– Zum Teil auch Gleitungen

Abhilfe:– Schmierstoffmenge erhöhen– Verwendung eines Schmierstoffs mit

höherer Viskosität, möglichst mit er-probten EP-Zusätzen

– Kühlung des Schmierstoffs bzw. derLagerstelle

– evtl. weicheres Fett verwenden– Wassereintritt verhindern

FAG 32


49: Mikropittings

50: Muschelförmige Ermüdung

infolge

• Ermüdung infolge Verschleiß

Merkmale:Örtliche Abblätterung, z. B. an Wälz-

körpern von Kegelrollenlagern, Bild 51und 52. Laufspur streifig, Bild 68.

Ursache:Veränderung der Geometrie der

Wälzpartner durch Verschleiß bei verun-reinigtem Schmierstoff, z. B. durch Ein-dringen von Fremdkörpern bei schad-haften Dichtungen. Dadurch örtlicheÜberlastung, z. T. auch in Verbindungmit ungenügender Anstellung von Ke-gelrollenlagern.

Abhilfe:– Rechtzeitiger Schmierstoffwechsel– Filterung des Schmieröles– Verbesserung der Abdichtung– Rechtzeitiger Wechsel verschlissener

Dichtungen– Spezielle Wärmebehandlung für

Ringe und Rollen

• Ermüdung durch Bruch der Einsatz-schicht

Merkmale:Bei einsatzgehärteten Lagerteilen Ab-

schälung der Laufbahn in dicken PlattenUrsachen:– Bruch oder Ablösen der Einsatz-

schicht– Belastung zu hoch bzw. Einsatz-

schichtdicke bei gegebener Belastungzu gering, z. B. durch falsche Last -annahmen

Abhilfe:– Dicke der Einsatzschicht den Last -

bedingungen anpassen– Überlasten vermeiden

33 FAG


51: Bereichsweiser Verschleiß kann die Geometrie der Wälzpartner derart verän-dern, daß es infolge örtlicher Überbelastung zur Ermüdung kommt.

a: Querformschrieb einer Rolle; b: Innenringlaufbahn und Rolle mit Ermüdungsschäden.

52: Ausfallmechanismus wie Bild 51,hier jedoch Verschleiß an den Lauf-bahnrändern, Querformschrieb derRolle siehe Bild 69.

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µm

4

3.3.2.2 Korrosionsschäden

• Korrosion durch Feuchtigkeit (Rost)

Merkmale:Braune Verfärbung auf den Lauf- und

Außenflächen, meist ungleichmäßig inForm von einzelnen Narben verteilt,Bild 53.

In vielen Fällen treten auch einzelneRostflecken mit Narben im Wälzkörper-abstand (Stillstandskorrosion) auf.Durch Kapillarwirkung zieht sich bei

längerem Stillstand die Feuchtigkeit be-vorzugt in die Kontaktstellen, Bild 54.Später kommt es zu Verschleiß und zuvorzeitiger Ermüdung, ausgehend vonden Rostnarben.

Ursachen:– Unsachgemäße Aufbewahrung im

Magazin (relative Luftfeuchtigkeit > 60 %)

– Starke Temperaturschwankungen(Kondenswasserbildung)

– Versagen der Dichtungen (verstärktdurch Schmirgelwirkung von

Schmutz, Bild 87)– Ungeeigneter Schmierstoff

Abhilfe:– Geeignete Aufbewahrung entspre-

chend den Vorschriften des Wälzla-gerherstellers

– Verbesserung der Abdichtung (evtl.zusätzliche Abdeckscheiben)

– Verwendung von Schmierstoff mitKorrosionsschutzzusätzen

– Bei Fettschmierung häufiger nach-schmieren, insbesondere vor Still-standszeiten

FAG 34


53: Rostbildung am Außenring einesRillenkugellagers, dessen Korrosi-onsschutz durch Feuchtigkeit zer-stört wurde

54: Korrosionsnarben in der Laufbahn im Wälzkörperabstand

• Korrosion durch aggressive Medien

Merkmale:Meist schwarz verfärbte Ätznarben,

Bild 55.

Ursachen:– Unsachgemäße Aufbewahrung im

Magazin (Lagerung aggressiver Che-mikalien im gleichen Raum)

– Versagen der Dichtung– Ungeeigneter Schmierstoff

Abhilfe:– Aufbewahrung entsprechend den Vor-

schriften des Wälzlagerherstellers– Verbesserung der Dichtung– Verwendung eines Schmierstoffs mit

Korrosionsschutzzusätzen

35 FAG


55: Oberflächenschäden durch Einwirkung aggressiver Medien. Die Ätznarbensind meist schwarz verfärbt.

3.3.2.3 Stillstandsmarkierungen

Merkmale:Markierungen an den Laufbahnober-

flächen im Wälzkörperabstand, Bild 56und 57. Im Unterschied zu Markierun-gen durch falsche Montage (siehe Ab-schnitt 3.3.2.4 „Wälzkörpereindrücke“)keine Randüberhöhungen. Oberflächenin den Vertiefungen häufig braun ver-färbt (Korrosion) und insbesondere beiKugellagern stark aufgerauht (Bearbei-tungsstruktur fehlt). Bei Kugellagernsind auch z. T. Riefen in Axialrichtungerkennbar. Wenn sich das Lager zwi-schendurch etwas dreht, treten oft auchmehrere benachbarte Sätze von Still-standsmarkierungen auf.

Ursache:Schwingungen in stillstehenden Ma-

schinen, die in den Kontaktstellen derWälzpartner zu Mikrobewegungenführen

Abhilfe:– Schwingungen beseitigen/dämpfen– Gefährdete Maschinen nicht stillste-

hen, sondern laufen lassen; Transportsicherungen verwenden, diedie Lager entweder entlasten oder vor-spannen.

– Geeigneten Schmierstoff verwenden(Additivierung).

– Bei umlaufenden Lasten größeres Ra-dialspiel wählen.

FAG 36


56: An einem Zylinderrollenlager-Innenring haben sich auf der Laufbahn imWälzkörperabstand Stillstandsmarkierungen gebildet.

57: Stillstandsmarkierungen am Kugellager

3.3.2.4 Wälzkörpereindrücke

Merkmale:Eindrücke im Wälzkörperabstand in

den Laufbahnen nicht zerlegbarer Lager,Bild 58. Manchmal davon ausgehendErmüdung, siehe auch „Ermüdung in-folge statischer Überbelastung“ im Ab-schnitt 3.3.2.1.

Die Eindrücke können auch bei derDemontage entstanden sein: Auf Über-rollmerkmale achten (glänzende Rän-der), Einbaurichtung feststellen.

Ursachen:– Statische Überbelastung/Stöße– Montage- oder Demontagekräfte sind

über die Wälzkörper geleitet worden(falsche Montagefolge, ungeeigneteHilfsmittel)

Abhilfe:Zuerst den festgepaßten Ring mon-

tieren. Bei Festsitz beider Ringe diese ge-meinsam mit einer Scheibe einpressen.

37 FAG


58: Kugeleindrücke in den Schultern ei-nes Rillenkugellagers. Das Monta-gewerkzeug wurde am lose gepaß-ten Ring angesetzt, und damit sinddie Kräfte über die Kugeln geleitetworden.

3.3.2.5 Krater und Riffeln infolgeStromdurchgang

• Krater

Merkmale:Schmelzkrater an den Kontaktstellen

der Wälzpartner in den Laufbahnen,manchmal mehrere Krater hintereinan-der oder ganze Perlenketten auf demUmfang. Die Oberfläche in den Kraternist z. T. wie Schweißraupen ausgebildet,Bild 59.

Ursache:Stromübergänge, z. B. beim

Schweißen oder durch Versagen von Er-dungskontakten

Abhilfe:Bei Elektroschweißungen Strom

nicht durchs Lager führen (Erdung).

• Riffeln

Merkmale:Achsparallele braunverfärbte Markie-

rungen auf großen Teilen der Laufbahnbis hin zum gesamten Laufbahnumfang,Bild 60

Ursache:Stetig fließender Wechsel- oder

Gleichstrom, Markierungen bereits beigeringer Strombelastung möglich

Abhilfe:– Ströme nicht durch das Lager fließen

lassen (Erdung, Isolation).– Stromisolierte Lager verwenden.

FAG 38


59: Stromüberschläge haben bei einem Zylinderrollenlager zur Kraterbildung inder Laufbahn geführt.

60: Die Riffelbildung in der Außen-ringlaufbahn eines Rillenkugella-gers wurde durch stetigen Strom-durchgang erzeugt.

3.3.2.6 Wälzkörper-Kantenlauf

Merkmale:Bei Kugeln bogenförmige Einkerbun-

gen auf der Oberfläche bis hin zu ganzen„Wollknäueln“ von Einkerbungen, Kan-ten gerundet, da plastisch verformt, Bild61, 62. Bei Rollen umlaufende Kerbennahe den Stirnflächen. Nicht zu ver-wechseln mit Riefen durch Fremdkör-per, siehe Abschnitt 3.3.4.2 „Riefen aufWälzkörpermantelflächen“.

Ursachen:– Übermäßige (Axial-) Last– Zu hohe Momentenbelastung– Betriebsspiel zu groß– Verkippung

Abhilfe:– Überlasten vermeiden– Tragfähigeres Lager verwenden– Betriebsspiel einengen– Verkippung vermeiden

39 FAG


61: Kugel mit extremen Kantenlaufspuren, entstanden durchlangzeitig konstante Last

62: Kugel mit „Wollknäueln“ von Einkerbungen, entstandendurch langzeitig veränderliche Last

3.3.3 Ringbrüche

3.3.3.1 Dauerbrüche infolge Lauf-bahnermüdung

Merkmale:Meist großflächige Ermüdungsschä-

den in der Laufbahn; häufig Stufen(Rastlinien) in der Bruchfläche, Bild 63

Ursache:Weit fortgeschrittener Ermüdungs-

schaden

Abhilfe:Siehe Abschnitt 3.3.2.1 „Ausbrüche“

3.3.3.2 Axiale An- oder Durchrisse vonInnenringen

Merkmale:Ring in Axialrichtung ganz oder teil-

weise gerissen. Bruchkanten leicht abge-rundet: Zeichen, daß der Bruch im Be-trieb entstanden ist und überrollt wurde.Bei scharfkantigen Rißflanken ist derBruch beim Ausbau entstanden. Bei län-gerer Betriebszeit mit einem Riß könnendessen Kanten auch z. T. abgebrochensein, Bild 64.

Ursachen:– Schlupf des Lagers– Ausbrüche in der Laufbahn– Drehen des Innenrings auf der Welle– Ungeeignete Schmierung– Zu feste Passung auf der Welle– Wellennut– Unrundheiten– Anstreifen von Umgebungsteilen

Abhilfe:– Schmierung verbessern (Additivie-

rung, Ölmenge erhöhen)– Abhilfe für Laufbahnschäden finden– Geeignete Passung wählen

– Anstreifen von Umgebungsteilen ver-meiden

– Bessere Sitzverhältnisse schaffen– Spezielle Wärmebehandlung der Ringe

FAG 40


63: Bruch des Außenrings eines Rillenkugellagers in Axialrichtung infolge von Er-müdung

64: Axialer Durchriß eines Pendelrollenlager-Innenrings

3.3.3.3 Außenringbrüche in Umfangs-richtung

Merkmale:Meist verläuft der Riß weitgehend

gleichmäßig in Umfangsrichtung. Häu-fig entstehen mehrere Bruchstücke. Die-se Brüche treten bei Axialbelastung inder Regel etwas außerhalb der Laufbahn-mitte auf. Oft sind Ermüdungsschäden

die Auslöser. Die Außenringmantel-fläche zeigt in der Regel ein ungleich-mäßiges Tragbild, Bild 65.

Ursache:Schlechte Unterstützung des Ringes

im Gehäuse

Abhilfe:Einbau konstruktiv verbessern.

41 FAG


65: Riß eines Außenrings in Umfangsrichtung

3.3.4 Aufreißungen und Anschmierun-gen an den Kontaktflächen

Neben lokalen Ausbrüchen, Rissenoder sonstigen Vertiefungen in den Lauf-bahnen oder Wälzkörperoberflächenkommt es häufig auch zu großflächigenOberflächenschäden infolge von Gleiter-scheinungen im Lager, die zu Verschleißführen. Das Ausmaß dieser Schädenwird außer von den Abrollverhältnissenganz wesentlich von der Intensität undder Sauberkeit der Schmierung beein-flußt.

3.3.4.1 Verschleißschäden bei mangel-hafter Schmierung

Merkmale:Die Kontaktflächen sind matt und

aufgerauht, Bild 28 und 66. DerSchmierstoff verfärbt sich durch den Ab-rieb dunkel, bei Messingkäfigen auchgelb. Das Fett wird durch den Abriebhäufig auch verfestigt. In vielen Fällenführt aber auch Feuchtigkeit zu einerwässerigen Konsistenz des Schmierstoffs.Die Vorspannung wird abgebaut oder eskommt zu vergrößerter Lagerluft. WennFremdkörper ursächlich für den Ver-schleiß sind, werden insbesondere dieWälzkörperoberflächen stark riefig, Bild67. Unter ungünstigen Bedingungenkönnen Rollenlagerlaufbahnen über ihreBreite ungleichmäßig verschleißen; dieLaufbahnen haben dann in Umfangs-richtung ein streifiges Aussehen, Bilder68 und 69. In der Folge kommt es beidieser Verschleißform zu Ermüdungs-schäden, siehe „Ermüdung infolge Ver-schleiß“ im Abschnitt 3.3.2.1.

Ursachen:– Nichttragender Schmierfilm– Verunreinigungen im Schmierstoff

(feine, harte Partikel, z. B. Staub, oderauch Wasser)

– Bei ungleichmäßigem Verschleiß anKegelrollenlagern auch unzureichendeAnstellung der Lagerung

FAG 42


66: Verschlissene, aufgerauhte Laufbahn

67: Verschleißspuren sind zuerst meist an den Oberflächen der Wälzkörper zu er-kennen.

Abhilfe:– Tragfähigeren Schmierstoff, z. B. mit

höherer Viskosität oder EP-Zusätzenverwenden

– Verkürzung der Schmierstoffwechsel-fristen

– Abdichtung verbessern– Schmierstoff filtern– Auf richtige Anstellung der Lagerung

achten

43 FAG


68: Streifenbildung infolge bereichsweisen Verschleißes.a: Rolle

69: Tastschrieb zu Bild 68a

b: Laufbahn

3.3.4.2 Riefen auf Wälzkörpermantel-flächen

Merkmale:Umlaufende Kerben in den Kontakt-

flächen von Wälzkörpern. Bei Rollen alsparallele Ringe, Bild 70 und 71, bei Ku-geln meist wollknäuelartig, Bild 72.Nicht zu verwechseln mit Kantenlauf-spuren (siehe Abschnitt 3.3.2.6). Kan-tenlauf erzeugt Spuren mit sanften Rän-dern durch plastische Verformung; Rie-fen sind scharfkantig. Häufig sind in denKäfigtaschen harte Partikel, die die Rie-fen verursachen, eingedrückt, Bild 73.

Ursache:Verschmutzter Schmierstoff; harte

Partikel setzen sich in den Käfigtaschenfest und wirken dort wie die Körner ineiner Schleifscheibe.

Abhilfe:– Auf saubere Montage achten– Abdichtung verbessern– Schmierstoff filtern

FAG 44


72: Riefen auf Kugeloberfläche in Woll-knäuelform

73: Fremdmaterialeinbettungen im Kä-figsteg eines Zylinderrollenlagers

70: Einzelne tiefe Riefen auf Rollen infolge von Fremdkörpern im Käfig

71: Tastschrieb zu Bild 70

3.3.4.3 Schlupfspuren

Merkmale:Gleiten der Wälzkörper, insbesondere

bei großen, schweren Rollen, z. B. invollrolligen Lagern. Aufrauhungen derLaufbahnen oder Wälzkörper. Häufigauch Materialaufreißungen und An-schmierungen. Meist nicht gleichmäßigauf der Oberfläche, sondern fleckig, Bild74 und 75. Häufig auch in Verbindungmit Mikropittings, siehe „Ermüdung in-folge schlechter Schmierung“ im Ab-schnitt 3.3.2.1.

Ursachen:– Bei zu geringer Belastung und Man-

gelschmierung Gleiten der Wälzkör-per auf den Laufbahnen. Manchmalauch zu kurze Lastzonen, dadurch Ab-bremsen der Wälzkörper in der unbe-lasteten Zone in den Käfigtaschenund anschließendes Wiederbeschleu-nigen beim Einlauf in die Lastzone.

– Schnelle Drehzahländerungen

Abhilfe:– Lager mit geringerer Tragfähigkeit

verwenden– Lager vorspannen, z. B. mit Federn– Lagerspiel verringern– Für ausreichende Belastung auch im

Probebetrieb sorgen– Verbesserung der Schmierung

45 FAG


74: Schlupfspuren auf Zylinderrollen

75: Schlupfschäden auf dem Innenring eines Zylinderrollenlagers

3.3.4.4 Schürfmarken

Merkmale:Achsparallele Materialverschiebungen

im Wälzkörperabstand auf Laufbahnenund Wälzkörpern zerlegbarer Zylinder-oder Kegelrollenlager. Manchmal auchmehrere Sätze solcher Marken, um eini-ge Grad auf dem Umfang zueinanderversetzt. Häufig nicht auf dem ganzenUmfang, sondern nur auf ca. 1/3 desUmfangs, Bild 76.

Ursache:Bei der Montage liegen der einzelne

Ring und der Ring mit dem Wälzkör -persatz nicht konzentrisch zueinander

bzw. sind zueinander verkippt und wer-den unter Zwang zusammengeschoben.Besonders kritisch ist dies bei großen be-wegten Massen (schwere Welle wird mitLagerinnenring und Wälzkörpern in denschon ins Gehäuse eingepreßten Außen-ring eingeschoben).

Abhilfe:– Geeignete Montagehilfsmittel ver-

wenden– Fluchtungsfehler vermeiden– Teile möglichst bei gleichzeitig leich-

ter Drehbewegung zusammenführen

FAG 46


76: Schürfmarken in der Laufbahn eines Zylinderrollenlagerinnenrings entstehenbeim verkanteten Einführen in den Wälzkörpersatz.

3.3.5 Heißlaufschäden

Merkmale:Starke Verfärbung der Lagerteile.*)

Große plastische Verformungen derLaufbahnen bzw. der Wälzkörper. Plötz-licher Temperaturanstieg. HäufigBlockieren der Lagerung, Bild 77. Härteweit unter 58 HRC.

Ursachen:Aus dem Schadensbild infolge Eigen -

erwärmung heißgelaufener Lager sinddie Ursachen meist nicht mehr zu erken-nen. Möglich wären:– Lagerluft im Betriebszustand zu ge-

ring, insbesondere bei schnellaufen-den Lagern

– Mangelschmierung– Radialverspannung durch Fremder-

wärmung– Überschmierung– Laufhemmung durch Käfigbruch

Abhilfe:– Lagerluft vergrößern– Bei Fremderwärmung auf hinreichend

langsames Aufheizen bzw. Abkühlenachten bzw. gleichmäßige Erwärmung des ganzenLagers

– Schmierstoffstau vermeiden– Schmierung verbessern

47 FAG


77: Beim Blockieren eines heißgelaufenen Zylinderrollenlagers haben sich die Rol-len tief in die Laufbahn eingedrückt.

*) Hinweis zur Verfärbung:In Verbindung mit Heißlaufschäden

entstehen Anlaßfarben. Je nach Höheder Temperatur und deren Einwirkzeitbeobachtet man unterschiedliche Braun-und Blautöne. Diese sind sehr ähnlich zuden wesentlich häufiger auftretendenÖlverfärbungen (siehe Abschnitt3.3.1.1), so daß aus der Verfärbung allein auf keinen Fall auf eine überhöhteBetriebstemperatur geschlossen werdenkann. Evtl. dient die Ausbreitung derVerfärbung zur Unterscheidung zwi-schen Anlaßfarben und Ölverfärbung:Während die Ölverfärbungen häufig nuran den Wälzkörpern und im unmittel -baren Laufspurbereich auftreten, be-decken Anlaßfarben meist einen Groß-teil der freien Lageroberflächen. Eineneindeutigen Nachweis, daß extrem hoheBetriebstemperaturen vorgelegen haben,liefert jedoch nur eine Härteprüfung.

3.4 Beurteilung von Bord -kontakten

Bild 78 zeigt eine gut eingelaufeneBordfläche.

3.4.1 Schäden an Bord- und Rollen-stirnflächen bei Rollenlagern

3.4.1.1 Verschürfungen durch Fremd-körper

Merkmale:Bogenförmige Kratzer in der Bord-

fläche bzw. Rollenstirn (besonders häu-fig bei Kegelrollenlagern), Bilder 79 und80. Sie reichen unterschiedlich tief in dieBordfläche hinein, je nachdem, auf wel-

chem Wälzkörperradius der Fremdkör-per eingeklemmt wurde.

Ursache:Harte Fremdkörper im Schmierstoff,

die in den Kontakt Rollenstirn/Bordeingezogen werden.

Abhilfe:Schmierstoffsauberkeit verbessern.

FAG 48

Beurteilung von Lauf- und Schadensmerkmalen am ausgebauten LagerBordkontakte

80: Verschürfungen an der Stirnflächeeiner Kegelrolle

79: Bordflächenverschürfungen durchFremdkörper

78: Normal eingelaufene Bordberühr-spur bei einem Kegelrollenlager

3.4.1.2 Freßerscheinungen im Bord -kontakt

Merkmale:Bereichsweise oder großflächige Ver-

schweißungen und Aufreißungen in denBord- bzw. Rollenstirnflächen, Bilder 81und 82. Mitunter auch Schmierstoffver-kokungen in diesem Bereich. Häufig inVerbindung mit sehr hoher Belastung.

Ursachen:– Mangelschmierung bei hohen Bela-

stungen und hohen Drehzahlen(Menge oder Betriebsviskosität desSchmierstoffs zu gering)

– Mangelschmierung bei hohen Bela-stungen und niedrigen Drehzahlen,wenn kein hydrodynamischerSchmierfilm zwischen Rollenstirn undBord entsteht

– Zu starke Anstellung einer Kegelrol-lenlagerung

– Verspannung durch Wärmedehnung– Schränken der Rollen, z. B. bei Ver-

schleiß der Laufbahnen, Verkippungder Ringe oder unzureichender An-stellung, Bild 81

– Zu hohe Axiallast auf Zylinderrollen-lager

– Zu starke axiale Verspannung der In-nenringe gegen nicht plane Umbau-teile

Abhilfe:– Schmierung verbessern (Viskosität an-

heben, EP-Zusätze, Schmierstoffmen-ge erhöhen)

– Für richtige Anstellung der Lagerungsorgen

49 FAG


81: Schränkende Rollen haben beim Eingriff in die Bordkanten Freßverschleiß amBord erzeugt.

82: An Rollenstirn und Bord kann bei mangelnder Schmierstoffversorgung undhohen Belastungen Freßverschleiß auftreten.

3.4.1.3 Verschleiß im Bordkontakt

Merkmale:Schlechte Schmierungsbedingungen

zeigen sich bei Rollenlagern zuerst imGleitkontakt Rollenstirn/Bord. Inschweren Fällen kommt es zu den obenbeschriebenen Freßerscheinungen. In je-dem Fall erhält man jedoch einen Ver-schleiß der Kontaktflächen. Dies zeigtsich besonders deutlich in Querform-schrieben der Bord- oder Rollenstirn-flächen, Bild 83. Häufig bilden sichauch Zapfen an den Rollenstirnflächen,Bild 84. Es kommt bei Kegelrollenlagernzu Vorspannungsabbau bzw. erweiterterAxialluft. Dies führt z. B. in Getriebenbei Lastrichtungsumkehr zu erhöhtemLaufgeräusch. Der Verschleißbetrag imBordkontakt geht bei Kegelrollenlagernaufgrund der geometrischen Bedingun-gen jedoch nur zu ca. 1/3 in das Axial-spiel ein. Bordverschleiß ist auch ein In-diz für Laufbahn- oder Rollenmantelver-schleiß.

Ursachen:– Unzureichende Schmierung (Sorte,

Menge)– Schmierstoff verunreinigt

Abhilfe:– Für gute Sauberkeit sorgen– Geeigneten Schmierstoff auswählen

(Viskosität, EP-Zusätze) und ausrei-chende Versorgung gewährleisten

FAG 50


83: Querformschrieb einer verschlisse-nen Kegelrollenstirn

84: Zapfenbildung an Kegelrollen

3.4.1.4 Bordbrüche

Merkmale:Stützborde sind ganz oder teilweise

ausgebrochen oder angerissen, Bild 85.

Ursachen:– Axiale Belastung unzulässig hoch– Bord nicht ausreichend unterstützt,

Bild 20– Axiale Stoßbelastung

– Folgeschaden von Käfig- oder Wälz-körperbruch

– Montageschaden

Abhilfe:– Konstruktiv für gute Bordanlage sor-

gen�

wälzlagerschäden - schaeffler · 2019. 5. 24. · vorwort wälzlager sind maschinenelemente mit...

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