Pitting in Lagern und Zahnrädern verstehen
Definition: Was ist Lochfraß?
Lochfraß Pitting ist die Bildung kleiner Hohlräume, Krater oder Vertiefungen auf der Oberfläche von Lagerringen, Wälzkörpern oder Zahnrädern. Pitting kann durch zwei verschiedene Mechanismen entstehen: (1) Ermüdungslochfraß durch Rollkontaktermüdung, die einen Oberflächenermüdungsschaden im Frühstadium darstellt, und (2) Lochfraß durch elektrochemischen Angriff, der durch Materialabtrag Hohlräume an der Oberfläche erzeugt. Bei Lagern wird Lochfraß oft als eine frühe oder leichte Form von Abplatzungen, während bei Zahnrädern Pitting als spezifischer Ausfallmodus anerkannt wird, der sich von Zahnbrüchen oder übermäßigem Verschleiß unterscheidet.
Lochfraß erzeugt Oberflächenrauheit und Spannungskonzentrationen, die Vibration und Lärm. Wenn dies nicht behoben wird, kann die Entstehung von Löchern zu größeren Abplatzungen und schließlich zum Ausfall von Komponenten führen.
Arten von Lochfraß
1. Ermüdungskorrosion (mechanisch)
Ergebnisse aus der Wälzkontaktermüdung:
Graufleckigkeit
- Größe: Sehr kleine Vertiefungen (10–50 Mikrometer Durchmesser)
- Aussehen: Mattgraue Oberflächenstruktur, mit bloßem Auge kaum sichtbar
- Standort: Konzentriert in Bereichen mit hoher Belastung
- Progression: Kann sich je nach Bedingungen zu Makropitting entwickeln oder stabilisieren
- Häufig in: Getriebe mit dünnen Schmierfilmen, Hochgeschwindigkeitslager
Makropitting (Anfängliches Pitting)
- Größe: 1–5 mm Durchmesser, 0,1–0,5 mm tief
- Aussehen: Deutlich sichtbare Krater oder Gruben
- Prozess: Unterirdischer Ermüdungsriss breitet sich bis zur Oberfläche aus
- Progression: Wächst normalerweise zu größeren Absplitterungen
- Zeitrahmen: Es kann Monate bis Jahre dauern, bis es zum Versagen kommt
2. Korrosionslochfraß (chemisch)
Ergebnisse aus elektrochemischen Prozessen:
- Ursache: Feuchtigkeit, Säuren oder Chemikalien in Kontakt mit Lageroberflächen
- Aussehen: Raue, rostfarbene Löcher, oft mit Korrosionsprodukten
- Verteilung: Kann über Oberflächen verteilt sein und nicht auf Lastzonen beschränkt sein
- Tiefe: Typischerweise flacher als anfängliche Ermüdungsgruben
- Spannungssteigerer: Korrosionslöcher dienen als Ausgangspunkt für Ermüdungsrisse
3. Elektrischer Lochfraß
- Ursache: Durch das Lager fließender elektrischer Strom erzeugt Lichtbögen
- Aussehen: Kleine, eng beieinander liegende Krater in regelmäßigen Mustern (Riffelung)
- Häufig in: Motoren mit VFD-Antrieben, unzureichende Wellenerdung
- Merkmal: Waschbrett- oder Wellenoptik
- Erkennung: Markantes Muster bei der Sichtprüfung
Nachweismethoden
Schwingungsanalyse
Pitting erzeugt charakteristische Schwingungssignaturen:
- Frühes Stadium: Geringe Zunahme hochfrequenter Vibrationen
- Fehlerhäufigkeiten: Aussehen von BPFO, BPFI, oder BSF je nach Standort
- Hüllkurvenanalyse: Am effektivsten zur Erkennung von Lochfraß im Frühstadium
- Progression: Amplitude und Oberwellenanzahl nehmen mit zunehmenden Pits zu
Visuelle Inspektion
- Erfordert Lagerdemontage oder Zugang per Endoskop
- Suchen Sie nach grauen, matten Bereichen (Mikropitting) oder sichtbaren Kratern (Makropitting).
- Zählen und skalieren Sie die Gruben, um den Schweregrad zu bestimmen
- Fotografie zur Dokumentation und Trendanalyse
Ölanalyse
- Metallpartikel in Ölproben weisen auf eine aktive Materialentfernung hin
- Die Ferrographie zeigt die für Lochfraß und Verschleiß charakteristische Partikelmorphologie
- Steigende Partikelkonzentration deutet auf fortschreitende Schädigung hin
Ultraschallprüfung
- Durch Lochfraß verursachte Oberflächenrauheit erhöht die Ultraschallemissionen
- Tragbare Ultraschalldetektoren für nicht-invasive Überwachung
- Wirksam zur Früherkennung, bevor die Vibrationssymptome verschwinden
Ursachen und Prävention
Vorbeugung von Ermüdungsfraß
- Ausreichende Lagerleistung: Wählen Sie ein Lager mit einer Lebensdauer von L10, die die erforderliche Betriebsdauer übersteigt
- Richtige Schmierung: Auf ausreichende Schichtdicke achten (λ-Verhältnis > 3)
- Sauberkeit: Minimieren Sie Verunreinigungen, die Stress verursachen
- Ausrichtung: Verhindern Sie Kantenbelastungen durch Fehlausrichtung
- Lastkontrolle: Überlastung vermeiden (Lagerlebensdauer ∝ 1/Last³)
Vorbeugung von Lochfraß
- Wirksame Versiegelung: Eindringen von Feuchtigkeit verhindern
- Richtiges Schmiermittel: Verwenden Sie Schmiermittel mit Korrosionsinhibitoren
- Korrosionsbeständige Materialien: Edelstahllager für feuchte Umgebungen
- Speicherschutz: Ersatzlager vor Feuchtigkeit schützen
- Kondensationsschutz: Vermeiden Sie Temperaturwechsel, die zu Kondensation führen
Vermeidung von Lochfraß
- Richtige Wellenerdung bei VFD-Motoranwendungen
- Isolierte Lager für ein Ende des Motors
- Keramik-Wälzkörper (nicht leitend)
- Eliminieren oder minimieren Sie Lagerströme
Lochfraß in Zahnrädern
Bei Getriebeanwendungen weist Pitting spezifische Merkmale auf:
Pitting in den Zahnrädern
- Tritt auf Zahnoberflächen in der Kontaktzone auf
- Konzentriert in der Nähe der Pitchlinie, wo Gleiten und Rollen zusammentreffen
- Erzeugt charakteristische Geräusche und Vibrationen bei der Zahnradeingriffsfrequenz
- Kann in moderaten Mengen für einige Anwendungen akzeptabel sein
- Übermäßige Lochfraßbildung führt zum Zahnbruch
Erkennung
- Erhöht Zahneingriffsfrequenz Vibration
- Seitenbänder bei Wellenfrequenzen
- Hörbare Geräuschänderungen
- Visuelle Kontrolle der Zahnflanken
Schweregradbewertung
Kriterien für die Schwere der Lagerkorrosion
- Beginn: Wenige verstreute Mikrogruben, < 5% der betroffenen Lastzone
- Licht: Sichtbare Lochfraßbildung, 5-25% des Lastzonenbereichs
- Mäßig: Umfangreiche Lochfraßbildung im Bereich 25-50%, beginnt zu verschmelzen
- Schwer: > 50%-Bereich, Vertiefungen verbinden sich zu Abplatzungen, sofortiger Austausch erforderlich
Entscheidungskriterien
- Betrieb fortsetzen: Beginnende bis leichte Lochfraßbildung mit Überwachung
- Planersatz: Mäßige Lochfraßbildung, Austausch innerhalb von 1–3 Monaten planen
- Dringender Ersatz: Starke Lochfraßbildung, bei der ersten Gelegenheit ersetzen
- Notabschaltung: Schnelles Fortschreiten, hohe Vibrationen oder Temperaturen
Lochfraß ist ein wichtiges Zwischenstadium der Lagerverschlechterung. Er ist schwerwiegender als allgemeiner Oberflächenverschleiß, kann aber bei frühzeitiger Erkennung möglicherweise beherrschbar sein. Durch Schwingungsüberwachung mit Hüllkurvenanalyse und ordnungsgemäße Wartungspraktiken kann Lochfraß frühzeitig erkannt werden. Dies ermöglicht eine planmäßige Wartung, bevor es zu katastrophalen Abplatzungen kommt.
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