Miba Gle i t lager AG
Ultimate Performance and Durability
Lagerschäden
UMSCHLAG 05.12.2000 15:29 Uhr Seite 5
Vorwort
Bei der Betrachtung von Lagerschäden sind folgende
Gesichtspunkte wichtig:
Art des Schadens
Erscheinungsform
Ursache
Entstehungsmechanismus
Folgen
Die Zuordnung verschwimmt oft zwischen zwei Begriffen und wird erst
durch die Gesamtbetrachtung klar. Das Ziel einer Schadensbetrachtung
muss immer die Ursachenfindung sein. Vielfach ist ohne Kenntnis der
Vorgeschichte (Betriebsverhältnisse, Wartung, Ölversorgung, Überlas-
tungen, Schäden an anderen Teilen, Laufzeit usw.) die Ursache des
Schadens nicht zu entscheiden. Der Gleitlagerhersteller ist also auch bei
der Ermittlung der Schadensursache an Lagern auf die Zusammenarbeit
mit dem Motorenhersteller und objektive Berichte der Motorenbenutzer
angewiesen. Zur eindeutigen Diagnose eines Lagerschadens ist sehr
viel Erfahrung erforderlich.
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Inhalt
1. Fremdkörperriefen und
1. Fremdkörpereinbettungen 4
2. Flucht- und Formfehler 6
2.1. Einseitiger Kantenträger 6
2.2. Kantenträger in beiden Halbschalen an
2.2. gegenüberliegenden Lagerrändern 8
2.3. Beidseitiger Kantenträger 9
2.4. Harte Anlaufspuren in der Lagermitte 10
3. Unrunde Grundbohrung 12
3.1. Hochovale Grundbohrung 12
3.2. Querovale Grundbohrung 13
4. Verschleiß 14
4.1. Großflächiger Verschleiß 14
4.2. Streifenartiger Verschleiß in Lagermitte 15
4.3. Kammverschleiß 16
4.4. Schmale verschleißfreie Streifen
4.4. an den Lagerrändern 17
5. Korrosion 18
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6. Kavitation 19
6.1. Strömungskavitation am Öleinlauf 19
6.2. Strömungskavitation nach Ölnutauslauf 20
6.3. Absteuerkavitation 21
6.4. Schwingungskavitation 22
7. Dauerbruch 23
7.1. Dauerbruch der Laufschicht 23
7.2. Dauerbruch des Lagermetalls 24
8. Mangelhafter Festsitz der Schalen 25
8.1. Reibrost am Lagerrücken 25
8.2. Kaltschweißstellen am Lagerrücken 26
8.3. Stützschalenbruch 27
9. Montagefehler 28
9.1. Versetzte Grundbohrung (Deckelversatz) 28
9.2. Einbaufehler – Ölbohrung 29
9.3. Fixierstift drückt 30
9.4. Einbaufehler Fixiernase 31
10. Schadensbaum 32
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4
1. Fremdkörperriefen undFremdkörpereinbettungen
Erscheinungsbild:
■ Riefen in Umfangsrichtung (Bild 1)
■ Vernarbte Oberfläche durch Einbettung (Bild 2)
Ursachen:
■ Verschmutztes Schmieröl
■ Mangelhafte Reinigung der Motorteile bei der Montage (Ölbohrungen –
Kurbelwelle – Gehäuse Pleuelstange – Lagerstelle)
■ Unzureichendes Service am Schmiersystem (Filterwechsel, Ölwechsel)
Lagermetall
Stahlstützschale
Fremdkörper
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5
Bild 1
Bild 2
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6
2. Flucht- und Formfehler
Erscheinungsbild allgemein:
Harte Anlaufspuren, starker örtlicher Verschleiß, eventuell schon Risse in der
Laufschicht.
2.1. Einseitiger Kantenträger
Erscheinungsbild:
Harte Anlaufspuren (starker Verschleiß) auf einer Lagerseite, unter Umständen in
beiden Halbschalen.
Ursachen:
■ Konisch geschliffener Zapfen (a)
■ Konische Gehäusebohrung (b)
■ Ausrundungsradius zwischen Lagerzapfen und Kurbelwellenwange (c)
oder Axialspiel zu groß
■ Kurbelwelle nicht gewuchtet, daher übermäßige Verformung im Betrieb
(„Schwänzeln“, d)
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7
a
b
c
d
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8
2.2. Kantenträger in beiden Halbschalenan gegenüberliegenden Lagerrändern
Erscheinungsbild:
Wie bei einseitigem Kantenträger, jedoch
an den gegenüberliegenden Lagerrändern
beider Halbschalen. In leichteren Fällen
nur in einer Halbschale, dann von 2.1.
nicht zu unterscheiden.
Ursachen:
■ Fluchtfehler von Zapfen
und/oder Gehäuse (a)
■ Verformung des Kurbelgehäuses
■ Krumme bzw. verwundene
Pleuelstange (b)
b
a
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9
2.3. Beidseitiger Kantenträger
Erscheinungsbild:
Harter Anlauf bzw. Verschleiß an den Lagerrändern, in schweren Fällen auch in
beiden Halbschalen.
Ursachen:
■ Zapfen hohl geschliffen (a)
■ Gehäusebohrung hohl (b)
■ Ausrundungsradien zwischen Lagerzapfen (c) und Kurbelwangen zu groß
■ Zu großes axiales Spiel der Kurbelwelle „Taumeln“ der Stange
a b c
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10
2.4. Harte Anlaufspuren in derLagermitte
Erscheinungsbild:
■ Örtlich hoher Verschleiß in der Lagermitte, wobei es durch Überlastung der
Laufschicht auch bereits zu Wärmerissen und Dauerbrüchen gekommen sein
kann (Bild 1)
■ Örtliche Werkstoffverschiebung (Bild 2)
Ursachen:
■ Zapfen ballig (a), Gehäusebohrung ballig (b)
■ Ölmangel
Bild 1
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11
Bild 2
a b
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3. Unrunde Grundbohrung
3.1. Hochovale Grundbohrung
Erscheinungsbild:
Verschleiß bis Anreiber im Bereich der Stoßflächen, eventuell auch mit Auftreten
von Laufschichtbrüchen (Borkenkäfer).
Ursachen:
■ Ovale Verformung der Grundbohrung durch thermische und mechanische
Belastung
■ Falscher Schraubenanzug (zu hoch) beim Bohren der Grundbohrung
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3.2. Querovale Grundbohrung
Erscheinungsbild:
Gegenüber normalem Tragbild verengte, harte Tragspuren oder Verschleißzonen,
u.U. bis Anreiber, im Scheitel der belasteten, in schweren Fällen auch in der
weniger belasteten Schale.
Ursachen:
■ Ovale Gehäusebohrung durch Setzen der Pleuel bzw. Gehäusestoßflächen
■ Falscher Schraubenanzug (zu gering) beim Bohren der Grundbohrung
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4. Verschleiß
4.1. Großflächiger Verschleiß
Erscheinungsbild:
Großflächige Abtragung der Lagerlaufschicht vor allem in der
hauptbelasteten Zone.
Ursachen:
■ Normaler Verschleiß durch lange Laufzeit
■ Durch Ölmangel entstehende Mischreibung zwischen Zapfen und Lagerschale
■ Lagerzapfen zu große Rauhigkeit
■ Welliger Lagerzapfen
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4.2. Streifenartiger Verschleißin Lagermitte
Erscheinungsbild:
Starke umlaufende Kratzer in Lagermitte.
Ursachen:
■ Fehlende Verrundung des Ölbohrungsaustrittes bei der Kurbelwelle
falsch richtig
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4.3. Kammverschleiß
Erscheinungsbild:
Starker, streifenartiger Verschleiß in Fortsetzung der Ölnut. In schweren Fällen
bereits Laufschichtdauerbrüche.
Ursachen:
■ Die Unterseite des Zapfens verschleißt im Bereich der Ölnut des Lagers
nicht. In der Mitte des Zapfens entsteht daher eine Erhöhung. Diese
verursacht in der belasteten Zone des Lagers einen Streifen erhöhten
Verschleißes.
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4.4. Schmale verschleißfreie Streifenan den Lagerrändern
Erscheinungsbild:
Schmale, harte Verschleißspuren nahe den Lagerrändern. Zwischen den Lager-
kanten und der Verschleißspur sind keine Anlaufspuren sichtbar. Verschleiß-
spuren können einseitig (a) oder beidseitig (b) auftreten.
Ursachen:
■ Falsch geschliffene Kurbelwelle
a b
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5. Korrosion
Erscheinungsbild:
Rauhe (angefressene), poröse oder samtige Lauffläche (meist dunkel verfärbt)
oder auch Abtragung der Laufschicht mit Übergangszonen unterschiedlicher
Färbung. Fallweise Totalabtragung der Laufschicht. In Extremfällen Angriff der
Bleibronze.
Ursachen:
■ Verwendung von unzulässigen, aggressiven Ölzusätzen
■ Verunreinigung des Schmieröls durch Alkalien (z.B. Frostschutz) oder Säuren
■ Starkes Überschreiten der Ölwechselzeiten (Ölalterung)
■ Aggressive Produkte aus der Verbrennung, besonders bei Schwerölbetrieb
■ Hoher Wassergehalt des Öles („Wassereinbruch“)
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6. Kavitation
Generelle Ursache:
In Unterdruckgebieten der Ölströmung entstehen kleine Öldampfbläschen. Diese
fallen ein („implodieren“), wenn sie in Gebiete höheren Druckes kommen.
Gefördert wird Kavitation durch niedrigsiedende Beimengungen im Öl (z.B.
Kraftstoff) und hohe Schmiermitteltemperaturen.
6.1. Strömungskavitation am Öleinlauf
Erscheinungsbild:
Scharf begrenzte, meist lanzettartige Auswaschungen an der Ölnut.
Ursachen:
■ Entstehung von Unterdruckgebieten im Einströmungsbereich
■ Umkehrströmung im Laufflächenbereich neben der Nut im Gebiet, wo
Zapfendrehrichtung und Ölströmung in der Nut entgegengesetzt sind
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6.2. Strömungskavitation nachÖlnutauslauf
Erscheinungsbild:
Unterschiedliche, meist pilz- oder baumkronenartige Auswaschungen nach
Ölnutauslauf in Ölströmungsrichtung, zum Teil Anfressungen an den Rändern
des Ölnutauslaufes.
Ursachen:
■ Ungünstige Ölströmung am Ölnutübergang zur Lauffläche
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6.3. Absteuerkavitation
Erscheinungsbild:
Nieren- bis sichelförmige Abtragungen der Laufschicht deutlich entfernt von
Ölnutauslauf in Laufrichtung. Vorwiegend bei Hauptlagern.
Ursachen:
■ Druckschwingung in der Ölbohrung der Kurbelwelle durch Strömungsumkehr
Detailfoto
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6.4. Schwingungskavitation
Erscheinungsbild:
Punktförmige, angehäuft auftretende Auswaschungen meist an Pleuellagern
(Bild 1). Bei Hauptlagern vorwiegend lanzettförmige Abtragungen
(Lanzettkavitation) der Laufschicht an den Oberschalen (Bild 2).
Ursachen:
■ Verformungs- bzw. Biegeschwingungen des Lagerstuhles (meist Pleuelauge),
dadurch Unterdruck im Ölfilm
■ Zu hohes Lagerspiel
■ Verlagerungsbahncharakteristik (schnelle, radiale Verlagerung des Zapfens)
Bild 1
Bild 2
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7. Dauerbruch
7.1. Dauerbruch der Laufschicht
Erscheinungsbild:
Risse und/oder borkenkäferartige Ausbrüche der Laufschicht.
Ursachen:
■ Örtliche Überbelastungen durch zu hohe Lagerkräfte
■ Örtliche Pressungen (z.B. Kantenträger)
■ Meistens im Verein mit örtlichen Überhitzungen
Detailfoto
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7.2. Dauerbruch des Lagermetalls
Erscheinungsbild:
Risse und/oder pflastersteinartige Ausbrüche im Lagermetall
Ursachen:
■ Örtliche Überbelastung durch zu hohe Lagerkräfte
■ Örtliche Pressungen (z.B. Kantenträger)
■ Unter Umständen im Verein mit örtlichen Überhitzungen
Entstehung durch zunächst feine Risse in der Lageroberfläche (1), die sich in wei-
terer Folge bis hin zur Stahlstützschale fortbilden (2) und zu pflastersteinartigen
Ausbrüchen im Lagermetall führen (3).
1
2
3
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8. Mangelhafter Festsitzder Schalen
8.1. Reibrost am Lagerrücken
Erscheinungsbild:
Dunkle, leicht rauhe Flecken am Lagerrücken und in der Grundbohrung, Stahl
bereits angegriffen.
Ursachen:
■ Mangelhafte Vorspannung der Lagerschalen durch zu große
Grundbohrungen
■ Schrauben nicht nach Vorschrift angezogen (zu gering)
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8.2. Kaltschweißstellen am Lagerrücken
Erscheinungsbild:
Ausfressungen (Pittings) und Auftragungen am Schalenrücken und in der Grund-
bohrung, z.T. bevorzugt im Bereich der Teilflächen.
Ursachen:
■ Stark mangelhafte Vorspannung der Lagerschalen durch zu große
Grundbohrung
■ Schrauben nicht nach Vorschrift angezogen (viel zu gering)
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8.3. Stützschalenbruch
Erscheinungsbild:
Zackig gebrochene Stützschale, meist Rastzonen in der Bruchfläche sichtbar, oft
schon zerschlagene Bruchfläche.
Ursachen:
■ Reibrost und/oder Kaltschweißstellen führen zu erhöhter Kerbwirkung
■ Lockere Schalen
■ Hohlliegende Stellen
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9. Montagefehler
9.1. Versetzte Grundbohrung(Deckelversatz)
Erscheinungsbild:
Verschleiß bis Anreiber an den jeweils diagonal gegenüberliegenden
Stoßflächen.
Ursachen:
■ Falscher Deckel
■ Beschädigte Deckelfixierungen
■ Um 180 Grad verdrehter Deckel
■ Nichtbeachtung der Anzugsreihenfolge der Schrauben
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9.2. Einbaufehler – Ölbohrung
Erscheinungsbild:
Lagerfresser und abmarkierte Ölbohrung des Gehäuses am Lagerrücken.
Ursachen:
■ Unachtsamkeit beim Einbau der Lager: Ölzufuhrbohrung abgedeckt
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9.3. Fixierstift drückt
Erscheinungsbild:
Markierungen im Fixierloch und am Lagerrücken. An dieser Stelle in der Lauf-
fläche hoher Verschleiß, eventuell Anreiber.
Ursachen:
■ Montagefehler
■ Fixierstift zu lang, zu weit vorstehend (z.B. Schmutz im Sackloch)
Lagerrücken Lauffläche
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9.4. Einbaufehler Fixiernase
Erscheinungsbild:
Beschädigte Fixiernase, harter Anlauf bis Anreiber an dieser Stelle
in der Lauffläche.
Ursachen:
■ Montagefehler: Nase nicht voll in Nasennut
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Orientierungshilfe zur Ermittlung der Ursachen von Lagerschäden
1) Relevant bei der Konstruktion und Erprobung neuer Motoren2) Die einzelnen Kavitationsformen sind hier nicht im Detail betrachtet3) Wahrscheinlichkeit in einer Skala von 1 (sehr wahrscheinlich) bis 5 zur Beurteilung des Gesamtergebnisses
und Einflusses auf die Leistungsfähigkeit der Lagerung
Ursachen
Äußere
Umstände
Schmierstoff
Lager/Belastung
Qualität
Merkmale
Viskosität
Verunreinigungen
Kühlleistung
Mischreibung
konstruktive
Auslegung
Einbausituation
Gehäuse
Lager
Zapfen/Welle
Gehäuse
Zapfen/Welle
Lager
Überprüfen
Betriebsbedingungen – besondere Lastfälle, Anwendungen
Bruch angeschlossener Bauteile
Kolbenfresser
Kolbenbolzen
Kolbenbüchse
Motoraufbau, Schwingungen
Ausfall Ölversorgung – Grund?
Montage / Urschmutz (System)
Ölanalyse, Additive, Alter
Ein / Mehrbereichsöl
Viskosität
Wassergehalt
Verschäumung
Ölaufbereitung
Lauffläche und Gehäuse, Übergänge, Lagersatzbegutachtung
HeißlaufStandardtemperatur
Temperatur bei speziellen Betriebsbedingungen
ÜberhitzungTemperaturmessung vor Ausfall
Metallografisch am Bauteil
Anfahren / Auslauf / Vorschmierung
Spezifische Erscheinung am Lager
Spezifische Flächenlast 1)
Verlagerungsbahn / Grenzwerte 1)
(Eigen-) Schwingungen
Vergleichbare Motore
Einbauversuch letzter Stand
Vorhandene Geometriemessungen
Einbausituation
Zustand Lagerrücken
Korrosion
Kavitation 2)
Metallografie
Kavitation 2)
Metallografie
Fertigungsaufzeichnungen
Messungen von Geometrien, Rauheit, …
Fertigungsaufzeichnungen
Messungen von Geometrien, Rauheit, …
Fertigungsaufzeichnungen
Geometrien im Detail wie Aufspreizung, Überstand, Wanddicke, Lagerspiel,
10. Schadensbaum
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n (Checkliste)
Rückenanlage
Geprüft
(Ja/Nein)Wahrscheinlichkeit 3) Bemerkungen
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Notizen
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Notizen
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Notizen
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Austria
Bearing Group / Headquarters:
Miba Gleitlager AGDr. Mitterbauer Strasse 3A-4663 LaakirchenTel.: +43/7613/2541Fax: +43/7613/2095e-mail: [email protected]://www.miba-at.com
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