Lebensdauer von Lagern: Wie lange können sie halten?

Wie hoch ist die Lebensdauer eines Lagers?

Zunächst muss klargestellt werden, dass die Frage "Wie lange kann ein Lager verwendet werden?" voraussetzt, dass das Lager bereits in Betrieb ist, und nach seiner Nutzungsdauer fragt.

Die Lagerzeit von unbenutzten Lagern wird hier nicht berücksichtigt.

Die Verwendungsdauer eines Lagers hängt auch von einer anderen Norm ab, d.h. in welchem Zustand gilt ein Lager als unbrauchbar?

Im Allgemeinen gilt ein Lager als ausgefallen, wenn es im Betrieb nicht mehr die vorgesehene Leistung erbringen kann. Lagerausfälle werden in zwei Situationen unterteilt:

• Zunächst verliert das Lager vollständig seine Funktion und kann sich nicht mehr drehen.
• Zweitens: Das Lager verliert teilweise seine Leistung, kann aber noch funktionieren. Es sind jedoch Anomalien in der Betriebsgenauigkeit, den Vibrationen usw. des Wellensystems aufgetreten.

Klare Erklärungen für die beiden oben genannten Lagerarten Ausfälle können in den entsprechenden Normen zur Lagerausfallanalyse nachgelesen werden. Es ist jedoch zu beachten, dass es von der konkreten Situation des Anwenders abhängt, ob ein "defektes" Lager als "unbrauchbar" gilt.

In der Regel gibt es mehrere Möglichkeiten, den Punkt zu definieren, an dem ein Lager "unbrauchbar" wird:

Basierend auf der Definition von Lager ErmüdungsbruchDie erste Ermüdungserscheinung ist das Auftreten von Abplatzungen am Wälzkörper oder an der Laufbahnoberfläche. Zu diesem Zeitpunkt hat das Lager Folgendes erlebt Ermüdungsbruch. Mit anderen Worten, wenn es diesen Zustand erreicht, ist das Lager "unbrauchbar".

Die Bestimmung, wann ein Lager "unbrauchbar" wird, kann auf verschiedene Weise erfolgen:

Nach der Definition des Ermüdungsversagens eines Lagers ist dies der Zeitpunkt, an dem der erste Ermüdungsbruch am Wälzkörper oder an der Laufbahnoberfläche auftritt. Zu diesem Zeitpunkt hat das Lager einen Ermüdungsbruch erlitten. Mit anderen Worten, das Lager wird in diesem Zustand "unbrauchbar".

Zweitens ändert sich der Betriebszustand des Lagers unter realen Arbeitsbedingungen beim Auftreten des ersten Ermüdungsabplatzers manchmal nicht wesentlich. Zum Beispiel kann es sein, dass die Lagerschwingungen nicht merklich zunehmen. Vor allem in den frühen Phasen des Ausfalls kann es schwierig sein, dies zu erkennen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur des Lagers im Allgemeinen normal. In den Augen vieler Anwender ist dieses Lager noch "brauchbar".

Drittens, wenn sich die oben beschriebene Situation weiter entwickelt, schreitet der Lagerschaden fort und führt schließlich zu einem Anstieg der Lagerschwingungen und der Temperatur. Zu diesem Zeitpunkt kann man anhand der Schwingungs- oder Temperaturnormen der entsprechenden Ausrüstung feststellen, ob das Lager "unbrauchbar" ist. Der Standard der "Unbrauchbarkeit" ergibt sich also aus den einschlägigen Normen. Bevor diese Norm erreicht ist, kann das Lager zwar bereits "krank" sein, aber es ist immer noch "brauchbar".

Viertens: In einigen Fällen, in denen die Anforderungen an die Wellengenauigkeit nicht hoch sind, gilt das Lager selbst in der oben beschriebenen Situation als brauchbar, solange es sich drehen kann. Als "unbrauchbar" gilt es erst an dem Tag, an dem es festsitzt und sich nicht mehr drehen kann.

Bevor die Frage untersucht wird, "wie lange ein Lager noch verwendet werden kann", muss daher festgelegt werden, was der Standard für "noch verwendbar" ist. Andernfalls wäre es unmöglich, über eine solche Verwendbarkeit zu diskutieren.

Die Faktoren, die die Benutzerfreundlichkeit eines Lagers beeinflussen

Wir haben bereits die verschiedenen Kriterien für die Feststellung, ob ein Lager noch brauchbar ist, erörtert und das Konzept des Lagerschadens eingeführt. Wenn wir über die Gebrauchstauglichkeit eines Lagers sprechen, müssen wir zunächst einen Standard festlegen und dann die Faktoren untersuchen, die sich innerhalb dieses Standards auf das Lager auswirken.

Im Allgemeinen ist die Berechnung der nominellen Lebensdauer eine gängige Nachweismethode für Lager. Für unsere Diskussion können wir die Definition aus dieser Berechnung verwenden, d.h. die Zeit bis zum Auftreten des ersten Ausfallpunktes im Lager.

Wie wir wissen, besteht ein Lager aus Komponenten wie Wälzkörpern, Käfigen, Laufringen, Dichtungen und Schmierfett. Wenn ein Teil eines Lagers ausfällt, gilt das gesamte Lager als ausgefallen oder "unbrauchbar".

Betrachtet man die verschiedenen Bestandteile eines Lagers, so ergibt sich folgendes Bild:

Rollende Elemente und Rennen:

Die Lebensdauer eines Lagers wird in der Regel durch seine Ermüdungslebensdauer definiert, die von der Belastung und der Drehzahl des Lagers abhängt. Die Lebensdauer der Wälzkörper und Laufringe eines Lagers wird also durch die Belastung und die Drehzahl des Lagers beeinflusst. Unterschiedliche Belastungen und Drehzahlen führen zu unterschiedlichen Lagerlebensdauern. Natürlich können Maschinenbauingenieure diese Faktoren bei der Berechnung der Lagerlebensdauer berücksichtigen.

Zur Veranschaulichung: Ein Lager, das mit der Hand gedreht wird (gleichbedeutend mit keiner Last und niedriger Geschwindigkeit), kann sich kaum abnutzen, was eine sehr lange Lebensdauer (fast unendlich) bedeutet. Dasselbe Lager kann jedoch bei großer Belastung und hoher Geschwindigkeit schnell ausfallen. Um die Ermüdungslebensdauer eines Lagers grob abzuschätzen, sollten daher Belastung und Geschwindigkeit berücksichtigt werden. Eine einfache Frage wie "Wie lange kann ein Lager halten?" kann keine Antwort geben.

Käfige:

Käfige sind innerhalb eines Lagers einer wechselnden Belastung ausgesetzt und würden unter normalen Bedingungen ebenfalls ermüden. Wenn sich die Betriebsbedingungen ändern, können auch die Käfige zusätzlich belastet werden.

Unter normalen Bedingungen ist die Belastung der Käfige jedoch deutlich geringer als die der Wälzkörper und Laufringe. Daher übersteigt in den meisten Fällen die Ermüdungslebensdauer der Käfige die des Lagers. (Ausnahmen gibt es bei abnormalen Betriebsbedingungen.) Außerdem können Käfige aus verschiedenen Materialien durch die Umgebungstemperatur beeinflusst werden, worauf wir hier nicht näher eingehen wollen.

Siegel:

Bei berührungslosen Dichtungen wie Staubschutzabdeckungen, die in der Regel keinen nennenswerten Belastungen ausgesetzt sind, kann ihre Ermüdungslebensdauer als nahezu unbegrenzt angesehen werden (außer unter anormalen Bedingungen). Berücksichtigt man jedoch die chemischen Reaktionen zwischen der Staubabdeckung und der äußeren Umgebung, wie z. B. Schadstoffe (z. B. langsame Oxidation), ist eine zusätzliche Bewertung erforderlich.

Bei berührenden Dichtungen, die in der Regel aus Gummi bestehen, wird ihre Lebensdauer durch den Verschleiß an der Dichtlippe und die chemischen Reaktionen zwischen dem Dichtungsmaterial selbst und der äußeren Umgebung, einschließlich Schadstoffen (wie langsame Oxidation), beeinflusst. Der Verschleiß an der Dichtungslippe hängt mit dem Druck der Lippe, der relativen Bewegungsgeschwindigkeit und der Verschleißfestigkeit des Dichtungsmaterials zusammen. Die Dichtungshersteller sollten über entsprechende Testdaten verfügen.

Schmierung:

Wälzlager werden in der Regel mit Fett geschmiert, dessen Lebensdauer entsprechend der allgemeinen Lebensdauer von Schmierstoffen geschätzt werden kann. Interessierte Leser können sich auf Bücher wie "Motor Lager Anwendung Technology" und "Motor Bearing Failure Diagnosis and Analysis" für Berechnungen.

Darüber hinaus unterliegt das Fett in nicht betriebsbereiten Lagern (in nicht laufendem Zustand) der Luftoxidation. Diese Informationen sind bei den jeweiligen Herstellern zu erfragen.

Wie lange können die Lager verwendet werden?

Nach der Erörterung der Normen für die Verwendung von Lagern und der Faktoren, die beeinflussen, wie lange ein Lager verwendet werden kann, ist es an der Zeit, den Ingenieuren, die auf die Ergebnisse gespannt sind, eine klare Antwort zu geben.

Es ist genauer zu sagen, dass dies eher eine Anforderung als eine Antwort ist. Denn wenn Motoringenieure Konstruktionen entwerfen und Lager auswählen, müssen sie auf der Grundlage dieser Lebensdauer kalkulieren. Andernfalls kann der Auswahlprozess nicht abgeschlossen werden.

Die Anforderungen an die Lebensdauer von Lagern in gewöhnlichen kleinen und mittelgroßen Industriemotoren sind im Allgemeinen in den Konstruktionshandbüchern und technischen Handbüchern der Lagerlieferanten zu finden.

Die empfohlenen Werte weichen zwar etwas voneinander ab, sind aber weitgehend ähnlich. In der Regel wird bei den Berechnungen eine Lebensdauer von 20.000 bis 40.000 Stunden zugrunde gelegt.

Beachten Sie, dass dieser Bereich keine Angaben zu Drehzahl, Belastung, Lagertyp usw. enthält. Es handelt sich also um eine Konstruktionsanforderung, und wenn die tatsächliche Lebensdauer eines Lagers diese Anforderung nicht erfüllen kann, müssen Gespräche mit den entsprechenden Herstellern geführt werden.

Selbst wenn es zu solchen Diskussionen kommt, bedeutet dies nicht, dass das Lager nicht konform ist, da viele Faktoren eine Rolle spielen.

Und schließlich gilt dieser Bereich nur für allgemeine Industriemotoren. Für spezielle Geräte können die Anforderungen variieren. Zum Beispiel für Haushaltsgeräte, Windkraftanlagen usw. Ingenieure können sich in diesen Fällen auf die einschlägigen Normen beziehen.