Wenn Ingenieure der Technischen Beratung von einem Lager sagen, es sei „abgedichtet und auf Lebensdauer geschmiert“ oder „wartungsfrei“, dann gibt es da immer noch die rechnerische Lebensdauer des Lagers. Sie hängt ab von der Tragfähigkeit, der Radial- und Axialbelastung, der Drehzahl, den Verunreinigungen in Form von festen Schmutzteilchen oder Feuchtigkeit, der Betriebstemperatur, den Schwingungen und natürlich der Fettgebrauchsdauer. Viele dieser Faktoren beeinflussen sich gegenseitig. Übermäßige Belastungen führen zu Beschädigungen an den Kugeln und Laufbahnen, vorher jedoch steigt die Temperatur im Lager derart an, so dass sich die Fettgebrauchsdauer wesentlich verkürzt, was ebenfalls zum vorzeitigen Lagerausfall führt. Die Gebrauchsdauer des Schmierfetts ist einer der wichtigsten Faktoren für eine lange Lagergebrauchsdauer.

Weil der Fettgebrauchsdauer für die Lebensdauerberechnung in „wartungsfreien“ Anwendungen, insbesondere bei Y-Lagern, eine solch große Bedeutung zukommt, hat SKF die Faktoren untersucht, die durch ihre Wechselwirkung die Fettgebrauchsdauer beeinflussen. Besonders viel Wert wurde dabei auf Verbesserungen hinsichtlich der innerer Lagergeometrie, der Oberflächengüte der Kugeln und Laufbahnen, der Ausführung der Dichtungen und der Zusammensetzung des Fetts gelegt.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung sollen anhand einer Y-Lagereinheit und ihrer Bauteile vorgestellt werden.

Grundsätzliches über Y-Lager
Eigentlich sind Y-Lager nichts anderes als abgedichtete Rillenkugellager der Reihe 62 mit kugeliger Außenringmantelfläche und einem auf einer oder beiden Seiten verbreiterten Innenring (Abb. 1). Statt mit dem üblichen Festsitz werden Y-Lager mit Gewindestiften bzw. einem Exzenterring oder mit der für SKF patentierten ConCentra-Hülse auf der Welle festgesetzt. Die Lager sind standardmäßig mit der sogenannten „Superagriseal“-Dichtung ausgestattet, einer schleifenden Dichtung mit einer Dichtlippe aus Nitril-Kautschuk. Für schwierige Betriebsverhältnisse, wie sie z.B. in Geräten für Klima- und Lüftungstechnik vorliegen, können die Lager auch mit zusätzlichen Schleuderscheiben geliefert werden, die den Hauptdichtungen vorgeschaltet sind (Abb. 2). Die Dichtung hält das Schmierfett im Lager zurück und verhindert den Zutritt von Verunreinigungen in das Lagerinnern. Die zusätzlich vorgeschaltete Schleuderscheibe schützt die Dichtlippe gegen feste Verunreinigungen und verbessert wesentlich die Dichtwirkung.

Aber auch hinter diesen wirksamen Dichtungen hat sich einiges getan: die innere Konstruktion der SKF Y-Lager wurde verändert, wodurch die Wärmeentwicklung im Lager verringert werden konnte. Die veränderte innere Geometrie des Lagers und die Oberflächengüte der Berührungsflächen, auch am Polyamidkäfig, bewirken, dass der Schmierstoff die größtmögliche Schmierwirkung über eine lange Zeit entfalten kann.

So können Y-Lager von SKF den Fortschritt in der Schmierstofftechnik umsetzen und die Vorzüge einer werkseitigen Fettfüllung nutzen.

Weil Y-Lager abgedichtet und „auf Lebensdauer geschmiert“ sind, bieten sie unter anderem folgende Vorteile:

• Die Leistungsdaten des Fetts sind bekannt.
• Das Fett wird in definierter Umgebung eingefüllt und ist damit frei von Verunreinigungen.
• Die Fettfüllung ist optimal auf den freien Raum im Lager abgestimmt; eine Überfettung findet nicht statt.

Die aktuellen Diagramme zur Nachschmierung sind mehrere Jahrzehnte alt und basieren auf den damaligen Schmierfettleistungsdaten. Entsprechend geben sie sehr konservative Empfehlungen, die dadurch eine übermäßige Schmierstoffzufuhr und damit vorzeitigen Lagerausfall zur Folge haben können. Bei schwierigen Umgebungsbedingungen können konservative Schmierempfehlungen durchaus angemessen sein, aber die Erfahrung lehrt, dass Lager in weniger anspruchsvollen Anwendungen bezüglich Drehzahl, Temperatur und Belastung durchaus längere Zeit ohne Nachschmieren laufen können.

Viele Anwendungsfälle von Y-Lagern laufen bei Umgebungstemperatur, niedrigen bis mittleren Drehzahlen, relativ geringen Belastungen und meist in einem sauberen Umfeld. Nach den bisherigen Empfehlungen wird in solchen Fällen zu viel Fett ins Lager eingebracht, und bei zu starker Befettung kommt es bei Y-Lagern häuzum Ausfall der Dichtungen und zu hohen Betriebstemperaturen. SKF hat deshalb ein Verfahren zur Ermittlung der Fettgebrauchsdauer in Y-Lagern entwickelt und dabei gleichzeitig die Verbesserungen bei den Lagern, den Dichtungen und den Schmierfetten sowie die heutigen Wartungspraktiken berücksichtigt.

Das neue Verfahren
Mit dem neuen Verfahren können empfohlene Schmierfristen ermittelt werden, zu deren Zeitpunkt noch 90 % der Lager zuverlässig geschmiert sind; d. h. die ermittelten Schmierfristen entsprechen einer Schmierfett-Gebrauchsdauer von L₁₀. Sie gelten für abgedichtete und mit dem Standardfett befüllte SKF Y-Lager bis 100 mm Bohrungsdurchmesser. Das Verfahren basiert auf den Einflussfaktoren: Betriebstemperatur, Betriebsdrehzahl n und Lagergröße in Form des mittleren Lagerdurchmessers d_m (Diagramm 1). Auch berücksichtigt es die positiven Auswirkungen des Polyamidkäfigs und der hochwirksamen Abdichtungen mit vorgeschalteten Schleuderscheiben. Es zeigt auch, dass Fettgebrauchsdauern bis zu 100 000 Stunden erreicht werden können, vorausgesetzt, die Fettgebrauchsdauer wird nicht durch externe Einflussfaktoren beeinträchtigt. Die erreichbare Gebrauchsdauer sinkt bei vertikaler Anordnung, höheren Belastungen (C/P < 15), starken Schwingungen und in schwierigem, stark verschmutztem oder feuchtem Umfeld. Das Diagramm
Im Diagramm ist die Schmierfettlebensdauer in Betriebsstunden in Abhängigkeit vom Drehzahlkennwert n x d_m (Betriebsdrehzahl x mittlerer Lagerdurchmesser) und von der Betriebstemperatur aufgetragen. Die Kurven zeigen das Verhalten des Schmierfetts bei verschiedenen Betriebstemperaturen auf. Im Temperaturbereich +55 bis +100 °C nähert sich die Schmierfettlebensdauer der Nulllinie. Im Temperaturbereich von +40 bis +55 °C kann von einer gleich hohen Lebensdauererwartung ausgegangen werden. Bei um 15 °C höheren Betriebstemperaturen ist mit einer um 50 % reduzierten Schmierfettlebensdauer zu rechnen. Aber auch bei Betriebstemperaturen unter +40 °C über längere Betriebszeiträume ist mit zunehmend verkürzter Schmierfettgebrauchsdauer zu rechnen, da  die Ölabscheidung beeinträchtigt ist.

Die Angaben im Diagramm wurden auf ROF-Prüfständen im SKF Engineering & Research Centre in Nieuwegein in den Niederlanden bestätigt. Dabei waren die Testbedingungen den üblichen Betriebsbedingungen weitestgehend angepasst worden, um typische, im praktischen Betrieb vorkommende Ergebnisse zu erzielen.¨

Insgesamt lässt sich anhand des neuen Diagramms recht gut bestimmen, ob sich mit einem SKF Y-Lager ein bestimmter Lagerungsfall wartungsfrei gestalten lässt.