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Miba Gleitlager AG

Lagerschäden

Ultimate Performance and Durability

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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, Überlastungen, 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

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1. Fremdkörperriefen und Fremdkörpereinbettungen 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)

Fremdkörper

Lagermetall Stahlstützschale

4

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Bild 1

Bild 2

5

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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)

6

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c a

b

d

7

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2.2. Kantenträger in beiden Halbschalen an 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) a

8

b

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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

9

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2.4. Harte Anlaufspuren in der Lagermitte 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

10

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a

b

Bild 2

11

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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

■

12

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:

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■

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 Verschleiß in Lagermitte Erscheinungsbild: Starke umlaufende Kratzer in Lagermitte.

Ursachen: ■

Fehlende Verrundung des Ölbohrungsaustrittes bei der Kurbelwelle

falsch

richtig

15

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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 Streifen an den Lagerrändern Erscheinungsbild: Schmale, harte Verschleißspuren nahe den Lagerrändern. Zwischen den Lagerkanten und der Verschleißspur sind keine Anlaufspuren sichtbar. Verschleißspuren 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:

18

■

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

19

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6.2. Strömungskavitation nach Ölnutauslauf Erscheinungsbild: Unterschiedliche, meist pilz- oder baumkronenartige Auswaschungen nach Ölnutauslauf in Ölströmungsrichtung, zum Teil Anfressungen an den Rändern des Ölnutauslaufes.

Ursachen: ■

20

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

22

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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 weiterer Folge bis hin zur Stahlstützschale fortbilden (2) und zu pflastersteinartigen Ausbrüchen im Lagermetall führen (3).

1

2

3

24

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8. Mangelhafter Festsitz der 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 Grundbohrung, z.T. bevorzugt im Bereich der Teilflächen.

Ursachen: ■

Stark mangelhafte Vorspannung der Lagerschalen durch zu große Grundbohrung

■

26

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:

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■

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

29

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9.3. Fixierstift drückt Erscheinungsbild: Markierungen im Fixierloch und am Lagerrücken. An dieser Stelle in der Lauffläche hoher Verschleiß, eventuell Anreiber.

Ursachen: ■

Montagefehler

■

Fixierstift zu lang, zu weit vorstehend (z.B. Schmutz im Sackloch)

Lagerrücken

30

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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10. Schadensbaum Orientierungshilfe zur Ermittlung der Ursachen von Lagerschäden Ursachen

Merkmale

Überprüfen Betriebsbedingungen – besondere Lastfälle, Anwendungen Bruch angeschlossener Bauteile Kolbenfresser

Äußere

Kolbenbolzen

Umstände

Kolbenbüchse Motoraufbau, Schwingungen Ausfall Ölversorgung – Grund? Montage / Urschmutz (System) Ölanalyse, Additive, Alter Ein / Mehrbereichsöl Viskosität

Viskosität Wassergehalt Verschäumung Ölaufbereitung

Schmierstoff

Verunreinigungen

Lauffläche und Gehäuse, Übergänge, Lagersatzbegutachtung Standardtemperatur

Heißlauf

Temperatur bei speziellen Betriebsbedingungen

Kühlleistung Überhitzung Mischreibung

Temperaturmessung vor Ausfall Metallografisch am Bauteil

Anfahren / Auslauf / Vorschmierung Spezifische Erscheinung am Lager Spezifische Flächenlast

1

)

konstruktive

Verlagerungsbahn / Grenzwerte

Auslegung

(Eigen-) Schwingungen

1

)

Vergleichbare Motore Einbausituation Lager/Belastung

Gehäuse

Einbauversuch letzter Stand Vorhandene Geometriemessungen Einbausituation Zustand Lagerrücken Korrosion

Lager

Kavitation

2

)

Metallografie Zapfen/Welle Gehäuse Qualität

Zapfen/Welle Lager

1) 2)

32

3)

Kavitation

2

)

Metallografie Fertigungsaufzeichnungen Messungen von Geometrien, Rauheit, … Fertigungsaufzeichnungen Messungen von Geometrien, Rauheit, … Fertigungsaufzeichnungen Geometrien im Detail wie Aufspreizung, Überstand, Wanddicke, Lagerspiel,

Relevant bei der Konstruktion und Erprobung neuer Motoren Die einzelnen Kavitationsformen sind hier nicht im Detail betrachtet Wahrscheinlichkeit in einer Skala von 1 (sehr wahrscheinlich) bis 5 zur Beurteilung des Gesamtergebnisses und Einflusses auf die Leistungsfähigkeit der Lagerung

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n

(Checkliste) Geprüft (Ja/Nein)

Wahrscheinlichkeit

3)

Bemerkungen

Rückenanlage

33

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Notizen

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Notizen

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Notizen

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