Risse auf Lagerringe VI
Bild 1: (links) Verschieden wärmebehandelte (Martensitisch beziehungsweise Bainitisch) Wälzlager, die aufgrund von Axialrissen oder Ausbrüchen ausgefallen sind. Die makroskopischen Schäden (rechts) sind jeweils auf WEA/WEC unterhalb der Laufbahnoberfläche zurückzuführen.
Motivation
In Wälzlageranwendungen kommt es zurzeit zu Ausfällen weit vor der berechneten Ermüdungslebensdauer.Frühzeitige Lagerschäden treten häufig in Form von Axialrissen oder pockenartigen Ausbrüchen auf der Lauffläche der Lagerringe auf. Unterhalb der Laufbahnoberfläche kennzeichnen sich die Lagerausfälle durch Bereiche mit einem weiß anätzenden Erscheinungsbild und werden daher als „White Etching Areas“, kurz WEA, bezeichnet. Risse, die zur Schädigung des Lagers führen, verlaufen entlang dieser WEA und werden folglich „White Etching Cracks“, kurz WEC, genannt. Typische WEC-Schadensbilder von Großwälzlagern aus Windenergiegetrieben mit ausgedehntem Netzwerk von „White Etching Areas/Cracks“ sind in Bild 2 dargestellt. Obwohl in der Literatur vielfältige Erklärungsversuche für dieses Phänomen gegeben und kontrovers diskutiert werden, sind die Gründe für das Auftreten der WEA/WEC noch unklar. Insofern können die durch WEA/ WEC hervorgerufenen Wälzlagerschäden nicht mithilfe der Standardlagerlebensdauer- Berechnungsverfahren (siehe DINISO 281) prognostiziert beziehungsweise bei der Auslegung von Wälzlagern berücksichtigt werden.
Wirkungsvolle und nachhaltige Maßnahmen zur Vermeidung der Lagerfrühausfälle erfordern das tiefgreifende Verständnis der chemisch-physikalischen Mechanismen, die zur Schädigung führen. Bisher existiert jedoch keine allgemein akzeptierte Schadenshypothese, welche die Bildung von WEA/WEC erklärt. Die Hauptursachen für die Entstehung von WEA/WEC werden in der werkstofftechnischen Fachwelt kontrovers diskutiert, Dabei wird der Mechanismus bei der Bildung von WEA/WEC derzeit durch zwei grundlegende Hypothesen beschrieben: Entweder eilt die Rissbildung der Entstehung von gefügeveränderten Bereichen voraus oder die Rissinitiierung findet nach der Bildung der weiß anätzbaren Bereiche statt. Sämtlichen recherchierten Hypothesen ist gemein, dass Kontaktparameter, verstärkende Faktoren sowie Werkstoff- und Schmierstoffeigenschaften die Entstehung der Gefügeveränderungen beziehungsweise der Rissbildung beeinflussen. Hierzu zählen unter anderem Schlupf, Pressung, Temperatur, Wasserstoffeintrag, elektrischer Strom und Schmierstoffzusammensetzung.
Aufgrund der Vielzahl an Erklärungsansätzen sowie der verstärkenden Faktoren, die zu den oben genannten Wälzlagerfrühausfällen führen, liegt der Schlüssel zur Vermeidung des Schadens nicht nur in der Untersuchung der Schadensentstehungsmechanismen, sondern auch darin, die kritischen Parameter der verstärkenden Faktoren, die zu einem beschleunigten Ausfall führen, festzustellen.
Zielsetzung
- Begünstigung der Entstehung von WEA/WEC durch verschiedene Schmierstoffformulierungen zu verstehen und bewerten zu können
Weitere Teilziele des Projekts sind:
- Ableiten einer Screening-Methode zur Bewertung der Begünstigung der WEA/WEC-Entstehung einer Schmierstoffformulierung
- Identifizierung WEA/WEC-kritischer Schmierstoffformulierungen und Differenzierung, inwieweit diese eine WEA/WEC-Entstehung begünstigen oder beeinflussen
- Zusammenhänge zwischen Schmierstoffformulierung, Triboreaktions- und -mutationsschichtentstehung, Wasserstoffeintrag und WEA/WEC-Entstehung identifizieren und verstehen
- Identifizierung alternativer Additive der gleichen Additivgruppe zur Veränderung einer Schmierstoffformulierung hin zu keiner/einer geringeren Begünstigung der WEA/WEC-Entstehung
- Nachweis der Übertragbarkeit der Erkenntnisse zwischen verschiedenen Prüfständen für gleiche Bedingungen
Forschungs- und Projektpartner
- Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung, RWTH Aachen University, kurz iMSE
- Gemeinschaftslabor für Elektronmikroskopie, RWTH Aachen University, kurz GFE