Was sind Wälzkörperdefekte? Kugel- und Rollenschäden • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was sind Wälzkörperdefekte? Kugel- und Rollenschäden • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was sind Wälzkörperdefekte? Kugel- und Rollenschäden

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Wälzkörperdefekte verstehen

Definition: Was sind Wälzkörperdefekte?

Wälzkörperdefekte sind Schäden, Mängel oder Unvollkommenheiten an den Kugeln oder Rollen von Wälzlagern. Zu diesen Defekten gehören Oberflächenabplatzungen, Risse, eingebettete Verunreinigungen, Materialeinschlüsse und geometrische Unvollkommenheiten. Wenn sich ein defekter Wälzkörper durch das Lager dreht, verursacht er Stöße auf den Innen- und Außenring und erzeugt Vibration am Ballspinfrequenz (BSF) mit charakteristischen Seitenbändern bei Käfigfrequenz (FTF) Abstand.

Wälzkörperdefekte kommen seltener vor als Laufringdefekte und sind für etwa 10–15 % der Lagerausfälle verantwortlich. Wenn sie jedoch auftreten, erzeugen sie charakteristische Vibrationssignaturen und können schnell zu einem vollständigen Lagerausfall führen.

Arten von Wälzkörperdefekten

1. Oberflächenabplatzungen

Der häufigste Wälzkörperdefekt:

  • Ursache: Rollkontaktermüdung führt zum Abplatzen von Material
  • Aussehen: Krater oder Vertiefung auf der Kugel-/Rollenoberfläche
  • Größe: Typischerweise anfangs 0,5–3 mm, kann größer werden
  • Auswirkungen: Hat Auswirkungen auf beide Rassen, wenn sie von einem Defekt betroffen sind
  • Frequenz: Erzeugt Vibrationen bei BSF und 2×BSF

2. Risse

  • Ursache: Überlastung, Aufprallschäden oder Ermüdung
  • Typen: Oberflächenrisse oder unterirdische Risse
  • Progression: Der Riss breitet sich aus, bis das Stück abbricht (abplatzt).
  • Erkennung: Schwer zu erkennen, bis Abplatzungen auftreten
  • Gefahr: Kann zu einem plötzlichen katastrophalen Versagen führen, wenn die Kugel zersplittert

3. Materialeinschlüsse

  • Ursache: Herstellungsfehler – Fremdmaterial oder Hohlräume im Lagerstahl
  • Wirkung: Erzeugt Stresskonzentration und führt zu vorzeitiger Ermüdung
  • Erkennung: Normalerweise erst erkennbar, wenn sich Abplatzungen um Einschlüsse herum bilden
  • Verhütung: Hochwertige Lagerwerkstoffe mit sauberem Stahl

4. Eingebettete Kontamination

  • Ursache: Harte Partikel (Schmutz, Metallspäne) werden in die Kugeloberfläche gedrückt
  • Wirkung: Erzeugt eine erhöhte Beule, die sich auf Rennen auswirkt
  • Progression: Eindrücke erhöhen die Spannung und können zu Abplatzungen führen
  • Erkennung: Erzeugt Stoßvibrationen bei BSF

5. Korrosions- und Feuchtigkeitsschäden

  • Aussehen: Rostflecken, Lochfraß, Oberflächenrauheit
  • Progression: Korrodierte Bereiche werden zu Ausgangspunkten für Ermüdung
  • Verhütung: Richtige Abdichtung, korrosionshemmende Schmiermittel

6. Brinelling und Dellenbildung

  • Ursache: Stoßbelastungen (Fallen, Stoß, Handhabungsschäden)
  • Aussehen: Dauerhafte Eindrücke auf der Balloberfläche
  • Wirkung: Dellen erzeugen Stöße und Spannungskonzentrationen
  • Verhütung: Sorgfältige Handhabung, fachgerechte Installation

Vibrationssignatur

Frequenz Inhalt

Wälzkörperdefekte erzeugen charakteristische Muster:

  • Primärfrequenz: BSF (Ballspinfrequenz), typischerweise 2-3× Laufgeschwindigkeit
  • Zweite Harmonische: 2×BSF oft stärker als die Grundwelle (der Defekt betrifft beide Laufbahnen pro Umdrehung)
  • Seitenbandabstand: FTF (Käfigfrequenz) Seitenbänder, NICHT 1× Seitenbänder
  • Muster: BSF ± FTF, BSF ± 2×FTF, wodurch ein “Lattenzaun” mit FTF-Abstand entsteht

Unterscheidungsmerkmale

Besonderheit Defekt am Außenring Defekt im Innenring Wälzkörperdefekt
Primärfrequenz BPFO (3-5×) BPFI (5-7×) BSF (2-3×)
Seitenbandabstand Keine oder minimale ±1× (Wellendrehzahl) ±FTF (Käfiggeschwindigkeit)
Amplitudenstabilität Relativ stabil Stabil Variabel (hängt von der Ballposition ab)
Auftreten Am häufigsten (~40%) Häufig (~35%) Am wenigsten verbreitet (~10-15%)

Amplitudenvariabilität

Ein charakteristisches Merkmal von Wälzkörperdefekten:

  • Die Amplitude variiert zwischen den Messungen, da die Belastung des defekten Elements variiert
  • Bei defektem Ball in der Lastzone: hohe Amplitude
  • Bei deformiertem Ball gegenüber der Belastungszone: geringere Amplitude
  • Diese Variabilität kann die Trendanalyse erschweren, ist aber ein diagnostischer Hinweis auf Balldefekte.

Verlauf und Folgen

Fehlerentwicklung

  1. Einleitung: Kleiner Oberflächenriss oder Einschluss
  2. Mikroabsplitterungen: Kleines Materialstück bricht ab
  3. Abplatzungen: Stöße an Defektkanten führen zur Ausbreitung von Schäden
  4. Mehrere Absplitterungen: Sekundärschäden durch Trümmer verursachen zusätzliche Defekte
  5. Ballfragmentierung: In schweren Fällen kann der gesamte Ball brechen und zersplittern
  6. Kompletter Fehler: Lager verliert an Tragfähigkeit

Sekundärschaden

  • Rassenschaden: Defekte Kugel beschädigt die Innen- und Außenflächen des Laufrings
  • Trümmerzirkulation: Abgeplatztes Material erzeugt Dreikörperabrieb
  • Käfigschaden: Unregelmäßigkeiten auf der Balloberfläche können die Käfigtaschen beschädigen
  • Schnelle Verschlechterung: Ist ein Ball beschädigt, folgen schnell weitere

Häufige Ursachen

Herstellungs- und Materialfehler

  • Innere Einschlüsse oder Hohlräume im Kugelmaterial
  • Unsachgemäße Wärmebehandlung
  • Oberflächenfehler
  • Geometrische Unvollkommenheiten (unrunde Kugeln)

Installationsschäden

  • Stöße bei der Handhabung (Herunterfallen, Schlagen)
  • Brinelling durch statische Überlastung oder Vibration im Stillstand
  • Verunreinigungen während der Installation, die Partikel einbetten

Betriebsbedingungen

  • Unzureichende Schmierung verursacht Oberflächenschäden
  • Überlastung beschleunigt die Ermüdung
  • Elektrischer Strom durch das Lager verursacht Lochfraß
  • Korrosive Umgebung greift die Balloberflächen an
  • Harte Partikelverunreinigungen verursachen Einkerbungen

Erkennung und Diagnose

Schwingungsanalyse

  • Berechnen Sie BSF und FTF für eingebautes Lager
  • Suche Hüllkurvenspektrum für BSF-Peak
  • Überprüfen Sie das FTF-Seitenbandmuster (wichtigstes Diagnosemerkmal).
  • Suchen Sie nach 2×BSF, das oft eine höhere Amplitude hat
  • Mehrere Messungen können Amplitudenvariabilität zeigen

Physische Inspektion

  • Lager zerlegen und jede Kugel/Rolle einzeln prüfen
  • Suchen Sie nach Absplitterungen, Rissen, eingebettetem Material, Korrosion
  • Fühlen Sie die Oberflächenrauheit (glatte vs. raue Bälle)
  • Prüfung auf geometrische Genauigkeit (Unrundheit)
  • Defekte zur Dokumentation fotografieren

Korrekturmaßnahmen

Sofortige Reaktion

  • Erhöhen Sie die Überwachungshäufigkeit je nach Schweregrad
  • Planen Sie den Lageraustausch
  • Untersuchen Sie die Grundursache, um ein erneutes Auftreten zu verhindern
  • Auf Sekundärschäden an den Laufringen prüfen

Ursachenanalyse

  • Lagerauswahl überprüfen (ausreichende Bewertung?)
  • Überprüfen Sie die Angemessenheit der Schmierung
  • Auf Kontaminationsquellen prüfen
  • Bewerten Sie die Installationspraktiken
  • Erwägen Sie eine verbesserte Lagerspezifikation, wenn ein vorzeitiger Ausfall

Wälzkörperdefekte sind zwar seltener als Laufringdefekte, erfordern aber für eine genaue Diagnose die Kenntnis ihrer charakteristischen BSF-Frequenzsignatur mit FTF-Seitenbändern. Eine frühzeitige Erkennung durch Hüllkurvenanalyse ermöglicht eine geplante Wartung, bevor der Defekt zu schweren Lagerschäden und einem möglichen Totalausfall führt.

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