Entscheidung zwischen Fett- oder Ölschmierung

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing specificationBearing executionSealing, mounting and dismounting

Der erste Schritt im Schmierungsauswahlprozess ist die Entscheidung zwischen Fett und Öl. In den meisten Fällen ist Schmierfett die geeignete Wahl für offene Lager.

Flussdiagramm und Kriterien zur Auswahl des Schmierverfahrens
Das Flussdiagramm Diagramm 1 soll bei der Auswahl des Schmierverfahrens behilflich sein.

Die wichtigsten Gründe für die Wahl von Schmierfett sind:
  • Kosteneffizienz
  • Einfachheit: Da das Fett leichter in Lager und Gehäuse zurückgehalten wird, sind weniger aufwendige Dichtungsanordnungen erforderlich, als es bei Ölschmierung der Fall ist.
Die wichtigsten Gründe die gegen eine Fettschmierung sprechen, sind:
  • die Betriebsbedingungen erfordern inakzeptabel kurze Nachschmierfristen
  • Schmieröl muss für andere Zwecke verwendet werden (z.B. in Getrieben)
  • eine Wärmeabfuhr mittels Ölumlaufschmierung erforderlich ist
  • die Reinigung der Lagerung oder Entfernung des verbrauchten Schmierfetts ist umständlich oder kostspielig
Ermittlung der Schmierfristen bei Fettschmierung
Schmierfett altert mit der Zeit und hat daher eine begrenzte Gebrauchssdauer. Die Fettgebrauchsdauer hängt von den Betriebsbedingungen des Lagers und von der Schmierfettsorte ab. Wälzlager müssen daher nachgeschmiert werden, wenn:
  • die Fettgebrauchsdauer kürzer ist als die spezifizierte Lagergebrauchsdauer
  • das Schmierfett verunreinigt wird
Die Ermittlung von Schmierfristen ist unerlässlich. Sollten sich unzulässig kurze Fristen ergeben, ist Ölschmierung vorzusehen, falls kein automatisches Zentralschmiersystem zum Einsatz kommen kann  (→ Auswahl eines geeigneten Schmierfetts, Schmiersysteme).

Die Nachschmierung ist ausreichend häufig durchzuführen, um zu vermeiden, dass sich die Schmierfettalterung nachteilig auf die Lagergebrauchsdauer auswirkt. Daher geben die SKF Schmierfristen, tf, definiert als der Zeitraum, an dessen Ende nur eine 1%ige Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Lager aufgrund von Schmierfettalterung ausfällt. Dies entspricht der Schmierfett-Gebrauchsdauer L1 . L10 (Schmierfett-Gebrauchsdauer) repräsentiert eine 10%ige Ausfallwahrscheinlichkeit infolge von Schmierfettalterung. Die Schmierfett-Gebrauchsdauer ist hauptsächlich abhängig von:
  • Lagerart und -größe
  • Betriebsdrehzahl
  • Belastungsverhältnis C/P
  • Betriebstemperatur
  • Schmierfettsorte
In den meisten Anwendungsfällen ist die praktische Einsatzgrenze für Fettschmierung dann gegeben, wenn die Betriebstemperatur an einem der Lagerringe 100 °C übersteigt. Bei höheren Temperaturen sind spezielle Fette erforderlich oder die kontinuierliche Fettzufuhr mit automatischen (Zentral-)Schmiersystemen vorzusehen. Andernfalls ist die Schmierfett-Gebrauchsdauer gewöhnlich zu kurz.

Schmierfristen

Das Diagramm 2 dient der Ermittlung der Schmierfristen tf. Sie gilt in diesem Fall für Lager mit umlaufendem Innenring auf waagerecht angeordneter Welle unter normalen und sauberen Betriebsbedingungen und ergibt sich als Funktion von:
  • dem Drehzahlkennwert ndm multipliziert wird mit dem betreffenden Lagerfaktor bf Hierin sind
    • n = Betriebsdrehzahl [min-1]
    • dm = mittlerer Lagerdurchmesser [mm] = 0,5 (d + D)
    • bf = ein von der Lagerart und der Belastung abhängiger Lagerfaktor (Tabelle 1)
  • und dem Belastungsverhältnis C/P
Die ermittelten Schmierfristen tf sind Richtwerte in Betriebsstunden und gelten bei Schmierung mit einem hochwertigen Lithiumseifenfett auf Mineralölbasis bei einer Lagertemperatur von 70 °C . Durch den Einsatz von Hochleistungs-Schmierfetten können unter Umständen die Schmierfristen und/oder die Schmierfett-Gebrauchsdauer verlängert werden.

Für die aus Diagramm 2 ermittelten Schmierfristen sind unter Umständen betriebs- und lagerbedinge Anpassungen erforderlich, entsprechend Tabelle 2.

Wenn die Betriebsdrehzahlen 70% der empfohlenen Richtwerte für den Drehzahlkennwert ndm (Tabelle 1) übersteigen, sollte entsprechend den in Abschnitt Betriebstemperaturen und Betriebsdrehzahlen gemachten Angaben die Drehzahl geprüft werden. 

Von Schmierfristen über 30 000 Stunden wird grundsätzlich abgeraten, da bei derart langen Fristen eine Vorausbestimmung der Gebrauchsdauer für die meisten Schmierfette aufgrund der Schmierstoffalterung unmöglich ist.

Anpassung der Schmierfristen

Tabelle 2 enthält Angaben über erforderliche betriebs- und lagerbedingte Anpassungen hinsichtlich der ermittelten Schmierfrist. Darüber hinaus können die Schmierfristen mithilfe des SKF Bearing Calculator berechnet werden.

Bestimmung der Fettmenge für Erstbefüllung und Nachschmierung
Im Normalfall sollte ein Lager bei der Montage ganz mit Fett gefüllt werden und der freie Raum daneben nur zum Teil. SKF empfiehlt, den jeweiligen freien Raum beidseits des Lagers mindestens entsprechend dem freien Raum im Lager auszuführen. Bei Lagern mit Metallkäfig kann der freie Raum im Lager angenähert ermittelt werden aus:



Hierin sind:
Freiraum im Lager [cm3] (Gewicht von Standardfett: Freiraum multipliziert mit 0,9 [g]; Gewicht von fluoriertem Schmierfett: Freiraum multipliziert mit ungefähr 2 [g])  
B
Breite des Lagers [mm]
Außendurchmesser des Lagers [mm]
Bohrungsdurchmesser des Lagers [mm]
Masse des Lagers [kg]


Bei Lagern mit nicht-metallischen Käfigen führt die Formel zu einem leicht überhöhten Schätzwert.

In Abhängigkeit vom gewählten Schmierverfahren empfiehlt SKF bei:
  • Nachschmierung von der Seite des Lagers (Bild 1)
    • eine Erstbefüllung von 40 % des Freiraums an der Lagerstelle
    • eine Fettmenge entsprechend: Gp = 0,005 D B
  • Nachschmierung über Schmierlöcher im Innen- oder Außenring (Bild 2)
    • eine Erstbefüllung von 20 % des Freiraums an der Lagerstelle
    • eine Fettmenge entsprechend: Gp = 0,002 D B
Hierin sind
Gp die erforderliche Fettmenge [g]
Außendurchmesser des Lagers [mm]
B
Gesamtbreite des Lagers [mm], bei Kegelrollenlagern die Breite T und bei Axiallagern die Höhe H


Während der Einlaufphase wird überschüssiges Fett aus dem Lager verdrängt und gleichmäßig in der Lagerung verteilt bis an dessen Ende sich eine niedrigere Beharrungstemperatur einstellt.

Bei Lagerungen, die nur mit sehr niedrigen Drehzahlen umlaufen und bei denen guter Schutz vor Korrosion und Verunreinigung gefordert wird, empfiehlt SKF, den Freiraum an der Lagerstelle zu 70–100 % mit Fett zu befüllen.

Nachschmierverfahren
Das Nachschmierverfahren ist abzustimmen auf den Anwendungsfall und die Schmierfrist tf. SKF empfiehlt eines der nachstehenden Verfahren:
  • Manuelle Schmierung bei der Ergänzung der Fettfüllung ist ein gebräuchliches Verfahren. Es erlaubt einen ununterbrochenen Betrieb und ermöglicht im Vergleich mit kontinuierlicher Fettzufuhr niedrigere Betriebstemperaturen.

  • Automatische (Zentral-) Schmiersysteme kommen zum Einsatz wenn Leistungsprobleme infolge von Über- oder Unterversorgung des Lagers vermieden werden sollen. Sie kommen aber auch zum Einsatz, wenn mehrere Schmierstellen zu versorgen sind oder die Schmierstellen schlecht zugänglich sind bzw. sich in ferngesteuerten Anlagen befinden, für die kein Wartungspersonal vor Ort zur Verfügung stehen (Diagramm 3).

  • Kontinuierliche Fettzufuhr wird angewendet, wenn die zu erwartenden Schmierfristen sehr kurz sind, z.B. wegen der nachteiligen Auswirkungen von starker Verunreinigung auf den Schmierzustand des Lagers. Dieses Schmierverfahren wird normalerweise nur für Lagerungen im unteren Drehzahlbereich empfohlen, d.h. die Drehzahlkennwerte ndm bei Kugellagern < 150 000 und bei Rollenlagern < 75 000 sind. In diesen Fällen darf, in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und Abdichtung, für den Freiraum an der Lagerstelle ein Füllgrad von 70 bis100 % vorgesehen werden. Die erforderliche Nachschmiermenge ergibt sich aus der Gleichung für die periodisch zuzuführende Fettmenge Gp (→ Bestimmung der Fettmenge für Erstbefüllung und Nachschmierung) und muss über die Dauer der Schmierfrist verteilt kontinuierlich zugeführt werden.

Um das verbrauchte Fett wirksam aus der Lagerung verdrängen zu können, sind entpsrechende Vorkehrungen zu treffen. Wenn verbrauchtes Fett aus dem Gehäuse abgeführt werden soll, müssen dies die Berührungsdichtungen zulassen (Art der Dichtung und Ausrichtung der Dichtlippe sind u.a. zu berücksichtigen). In diesen Fall ist dafür zu sorgen, dass die Gehäuse mit einer Fettaustrittsöffnung versehen sind; Ablassleitungen sind nicht zulässig, da sie den Fettaustritt behindern können. Diese Fettaustrittsöffnung sollte jedoch verschlossen werden, wenn z. B. die Lagerung mit Hochdruck gereinigt wird.

Bei Lagerungen mit mehreren Lagern ist es allgemeine Praxis, die kürzeste der ermittelten Schmierfristen für alle Lager anzuwenden.

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