Förstå lagerskador – Orsaker, felläge och förebyggande

Rulllager är robusta och pålitliga komponenter inom maskinteknik och anpassad maskinkonstruktion. Under vissa förhållanden kan dock lagerskador på dessa allmänt använda maskinelement uppstå, vanligtvis till följd av avvikande beteende under drift. I värsta fall kan lagerskador resultera i ett fullständigt fel på rulllager, vilket kan resultera i oönskade driftstopp. Därför är det viktigt att upptäcka de första tecknen på skador på rulllager tidigt och att åtgärda orsaken. I den här artikeln diskuterar vi symtomen på lagerskador, dess orsaker och typiska fellägen.

Hur uppstår lagerskador?

Lagerskador kan orsakas av en rad olika orsaker, varav vissa beror på slitage och felaktig montering. Lagerskador uppstår dock ofta på grund av felaktig design under konstruktionsfasen, vilket kan leda till överbelastning av lagret. Förutom felaktig installation och överbelastning är föroreningar och otillräcklig eller till och med saknad smörjning typiska orsaker till att lagren går sönder.

I vilket fall som helst krävs en fördjupad granskning av orsakerna vid lagerskador för att säkerställa applikationens livslängd och säkerhet. De skadade lagren ska inte inspekteras helt isolerade. Omgivande komponenter kan påverkas negativt av lagrets störda driftbeteende eller kan till och med betraktas som en potentiell orsak till lagerskadan.

Vilka symtom kan användas för att identifiera lagerskador?

Lagerskador kan vanligtvis kännas igen genom att driftbeteendet gradvis förändras. Beroende på driftmiljö och tillämpning kan lagerskador märkas i form av olika symtom.

Mycket ofta kan lagerskador upptäckas genom ovanligt driftljud. Visslande, gnisslande eller ojämna ljud är en tydlig indikation på skador. Lagerljud orsakas ofta av otillräcklig eller olämplig smörjning. Men överdrivna belastningar och fel vid lagerinstallation kan också vara en orsak till oljud i lager.

Om lagren är åtkomliga eller synliga från utsidan kan skador också upptäckas genom ojämn lagerdrift. Ojämn eller felaktig drift kan orsakas av stötar, vibrationer, men också av smuts. Ett annat symptom på lagerskador är höga temperaturer. För höga temperaturer i lagret kan i allmänhet hänföras till ökad friktion. Men en alltför låg eller hög mängd smörjmedel, överbelastning eller installationsfel kan också öka lagertemperaturen.

I princip bör lager inspekteras för dessa symtom under rutininspektioner för att undvika skador på rullager och för att förebyggande motverka eventuella driftstopp i applikationen.

Vilka är de vanligaste fellägena?

Varje typ av skada har sina egna karakteristiska egenskaper och fellägen. Baserat på fellägena kan slutsatser dras om orsakerna till defekten och lämpliga motåtgärder kan initieras. Typiska lagerskador inkluderar exempelvis slitage, korrosion, fördjupningar, polering och strömflöde. Skadade eller trasiga lager har ofta en kombination av olika skador.

Nedan undersöks några av de vanligaste fellägena, deras egenskaper och möjliga orsaker mer detaljerat och visas med exempel.

Lagerskador på grund av slitage

Slitage inkluderar ytskador orsakade av glidfriktion på bl.a. rullkroppar, tappytor eller ändytor. När det gäller rullager finns det knappast något märkbart slitage under normala omständigheter. Slitage kan dock uppstå om lagret kommer i kontakt med främmande partiklar eller om smörjningen är otillräcklig. Vibrationer på stationära lager kan också orsaka slitage.

Små partiklar som metallnötning kan orsaka slitage på banor, rullande kroppar och lagerburar, vilket i sin tur gör att ytorna ser matta ut. Granuleringen och typen av partiklar bestämmer graden av mattning. Till exempel kan en grönaktig missfärgning av lagerfettet indikera nötning på mässingsburen. Ytterligare tecken på slitage kan vara små fördjupningar på banorna. Detta beror bland annat på bristande renlighet vid installation, ineffektiva tätningar eller förorenade smörjmedel.

Om det finns för lite smörjmedel eller om det senare förlorar sin smörjförmåga kan en tillräckligt livskraftig smörjmedelsfilm inte bildas. Detta leder till metall-mot-metall-kontakt mellan rullande kroppar och banor. När smörjmedlet är helt förbrukat stiger temperaturen avsevärt. Som ett resultat förlorar det härdade valslagerstålet sin hårdhet och ytorna missfärgas. I extrema fall kan temperaturen stiga så högt att lagret skär. Om smörjfilmen saknas och detta leder till metall-mot-metall-kontakt mellan rullande kroppar och spår kan vibrationer orsaka små rörelser mellan rullande kroppar och banringar. Detta kan i sin tur leda till att små partiklar bryter av ytorna. Med tiden skapar detta fördjupningar där rost ofta utvecklas på grund av oxidationen av de lösgjorda partiklarna.

Lagerskador på grund av fördjupningar i banor

Fördjupningar eller gropbildning i lagerytorna sker när höga belastningar anbringas på ett stationärt lager eller när främmande föremål kommer in i lagret. Överbelastning på grund av felaktig installation kan dock också orsaka fördjupningar.

Om främmande partiklar tränger in i lagret och rullas in i banorna av rullande kroppar, kan fördjupningar uppstå. Främmande föremål och andra smutspartiklar kan finnas kvar i lagret på grund av otillräcklig första rengöring eller brist på rengöring efter arbetsprocesser. Om lagren är under belastning och vibrationer under en längre tid kan så kallade tomgångsmarkeringar bildas. Typiska för tomgångsmarkeringar är de enhetliga intrycken som fördelas över löpbanan på rullande kroppars avstånd. Toppbelastningar på grund av stötar eller statisk överbelastning kan också leda till fördjupningar i banor som också manifesteras som fördjupningar på rullande kroppars avstånd. Fellägena beror ofta på överdriven kraft på en av banringarna under montering och demontering.

Eftersom konturerna av fördjupningarna utsätts för en hel del stress varje gång övergången sker efter att främmande kroppar pressas in, kan så kallade utbrytningar uppstå. Dessa kan sprida sig över hela banan på ett V-format sätt i rullande riktning. Ju starkare definitionen av avtryckskonturen (t.ex. för hårda mineraler) och ju högre belastning, desto högre är sannolikheten för ytterligare utbrytningar och lagerhaveri.

Lagerskador på grund av korrosion

Korrosion är ett av de allvarligaste lagerfelslägena. Det uppstår under driftsförhållanden där fukt eller aggressiva medier kommer i kontakt med lagret och smörjmedlet inte längre kan skydda lagerytorna.

Korrosion på grund av fukt (rost) bildas ojämnt fördelad över lagret i form av brunfärgade rostmärken. Förlängd stilleståndstid resulterar också ofta i rostdefekter på rullande elements avstånd. Korrosionsskador på grund av fukt uppstår på grund av felaktig förvaring, kondens på grund av temperaturfluktuationer, men också på grund av otillräcklig tätning och defekta täckskivor.

Förutom fukt kan aggressiva medier också orsaka korrosionsskador på lagren. Därför är det viktigt att ta hänsyn till de driftsmaterial som kommer i kontakt med lagret under konstruktionen och att endast utföra underhåll med godkända rengöringsmedel. Färgen på defekterna är vanligtvis olika och orsakas av tätningsfel eller kontakt med aggressiva kemikalier eller olämpliga smörjmedel.

Andra typer av lagerskador

På rulllager i strömförande miljöer (t.ex. i elmotorer eller under svetsning) kan strömflöde genom lagret leda till skador på termiskt material. Sådana fellägen manifesteras vanligtvis som kratrar eller spår på lagret och bildas vid de rullande parens kontaktpunkter. Denna form av lagerskador kan sträcka sig över hela lagerytan.

Lagerskador på grund av felaktig smörjning är ett vanligt problem som avsevärt kan försämra lagrets prestanda och livslängd. För mycket smörjmedel kan vara lika skadligt som för lite. Överfyllning leder till ökat motstånd i lagret, vilket i sin tur leder till överdriven värmealstring. Denna värme kan försämra smörjmedlets smörjförmåga och orsaka försämring av lagerkomponenterna. Däremot leder brist på smörjmedel till ökad friktion mellan lagrets rörliga delar. Detta resulterar i överdrivet slitage, ökad värmegenerering och i slutändan i förtida lagerhaveri. Vatten, damm och andra föroreningar kan förorena smörjmedel och minska deras smörjförmåga. Dessutom förlorar smörjmedel sin effektivitet över tid. Gamla smörjmedel kan förlora sina smörjegenskaper, vilket kan leda till ökat slitage och lagerhaveri.

Stress i monteringsriktningen påverkar löpbanan i den mån icke-enhetligt slitage blir uppenbart. Typen av stress som förekommer är avgörande här. Radiell belastning på ett kullager, såsom ett lagergap som är för snävt dimensionerat, kan manifestera sig genom att visa omkretsspår på båda ringarna i lagret. Fellägen på kullager på grund av ovala påfrestningar är å andra sidan märkbara från ett högre slitage på motsatta löpytor, medan delarna däremellan har ett betydligt lägre slitage. Ett exempel på detta skulle vara en yttre ring stressad av radiella kompressionsbelastningar. Orsakerna till stress kan ofta hittas i deformationen av lager eller omgivande komponenter. Ett olämpligt val av ett lager med avseende på applikationens verkande krafter kan också vara orsaken till stressen.

Hur kan man förhindra lagerskador?

I allmänhet når noggrant utvalda rulllager sin förväntade livslängd. Icke desto mindre leder ofta fel som kan undvikas till för tidigt slitage av dessa lager. Dessa prematura defekter beror vanligtvis inte på materialutmattning, men beror på ett antal defekter:

• Monteringsfel
• Felaktig hantering
• Otillräcklig smörjning
• Inträngande av främmande partiklar
• Kraftig värmeutveckling.

För att vidta effektiva åtgärder mot sådana fel krävs en grundlig undersökning av felläget, typen av fel och de potentiella orsakerna. Detta kräver korrekt kunskap om alla relevanta förhållanden före och efter felet, inklusive specifik tillämpning, driftförhållanden och miljö. Framgångsrika motåtgärder kan till stor del förhindra liknande problem i framtiden.

Därför bör potentiella risker för lagerskador och fel redan beaktas vid val av lager och fastställande av specifikationer. I tveksamma fall bör till exempel lager som inte kan servas (permanent smorda) föredras framför smörjningsbara lager. Dessutom ska lagermaterialet och smörjmedlet motsvara lagerkapaciteten, statiska och dynamiska belastningar, förväntade temperaturer och omgivande media i kontakt med lagret.

MISUMI erbjuder ett omfattande urval av högkvalitativa, individuellt konfigurerbara rulllager. Dessutom ska lagertillverkarens och smörjmedelsleverantörens specifikationer alltid följas. Korrekt montering och regelbunden inspektion och regelbundet underhåll hjälper dig att upprätthålla rullager under lång livslängd och en hög säkerhetsnivå i din tillämpning.

I modern produktionshantering kan övervakning av lagerplatser också göras genom bullerövervakning (mikrofon), frekvensanalys eller vibrationsanalys. Funktionsprincipen bygger på fastställandet av alltför stora ljudemissioner eller på undersökningen av kullagerspecifika skadefrekvenser som indikerar skador på de berörda lagren. Dessa system är tillgängliga för utövare och är direkt integrerade i produktionskontrollen. Det är dock också möjligt att använda lämpliga tester oberoende av produktionskontroll som en del av underhåll eller förebyggande underhåll. MISUMI erbjuder följande mätinstrument för övervakning: Vibrationsmätare och industristroboskop (övervakar vibrationer under drift).