Massstabilisierung bei Wälzlagern
Warum Temperatur mehr verändert als nur die Schmierung
Wälzlager sind hochpräzise Bauteile. Toleranzen, Lagerluft, Laufbahngeometrie und Vorspannung bewegen sich im Mikrometerbereich. Entsprechend sensibel reagieren sie auf thermische Einflüsse.
Während Schmierung und Dichtungen oft im Fokus stehen, wird ein entscheidender Faktor häufig unterschätzt: die Massstabilität des Lagerstahls.
Grenzen von Standard-Wälzlagerstahl
Standard-Wälzlagerstahl ist für eine dauerhafte Betriebstemperatur bis 120°C ausgelegt. Kurzzeitig sind auch Temperaturen bis etwa 150°C zulässig.
Innerhalb dieses Bereichs bleibt das Lager masslich stabil und erfüllt die geforderten Toleranzen.
Sobald diese Temperaturen überschritten werden, beginnen sich die Abmessungen des Lagers zu verändern. Ursache dafür sind metallurgische Effekte aus dem Herstellprozess des Stahls.
Wärmebehandlung und ihre Folgen
Um die hohen mechanischen Eigenschaften zu erreichen, wird Wälzlagerstahl gehärtet. Nach dem Härteprozess besitzt der Stahl eine sehr hohe Härte, jedoch eine geringe Zähigkeit. Deshalb wird er anschliessend bei etwa 180°C angelassen, um Zähigkeit zurückzugewinnen.
Dieser standardmässige Anlassprozess definiert gleichzeitig die maximale Einsatztemperatur des Stahls. Wird diese Grenze überschritten, bauen sich Gitterspannungen aus dem Härteprozess ab, was zu einem Schrumpfen des Bauteils führt.
Gleichzeitig wird vorhandener Restaustenit umgewandelt, was ein Wachstum verursacht.
Die reale Massänderung ist somit eine Überlagerung beider Effekte. Da Wälzlager sehr hohe Anforderungen an Toleranzen, Lagerluft, Laufbahngeometrie und Vorspannung stellen, müssen diese Massveränderungen zwingend verhindert werden.
Massstabilisierung als Lösung
Um Wälzlager für höhere Temperaturen auszulegen, wird der Stahl nach dem Härteprozess bei höheren Temperaturen angelassen. Dieser zusätzliche Anlassprozess baut Gitterspannungen gezielt ab und wandelt Restaustenit weitgehend um. Das Lager bleibt dadurch auch bei erhöhten Betriebstemperaturen masslich stabil.
Der Nachteil:
Mit steigender Anlasstemperatur sinkt die Härte des Stahls und damit auch die Tragfähigkeit des Lagers.
Massstabilisierung ist daher immer ein bewusster technischer Kompromiss zwischen Temperaturbeständigkeit und Belastbarkeit.
Temperaturklassen massstabilisierter Wälzlager nach DIN 623
| Zusatzzeichen | Wärmestabilisiert bis | Tragfähigkeit (Richtwert) |
| SN | 120°C | 100% |
| S0 | 150°C | 90 - 100% |
| S1 | 200°C | 75 - 90% |
| S2 | 250°C | 60 - 75% |
| S3 | 300°C | 50 - 60% |
| S4 | 350°C | 45 - 50% |
Fazit
Massstabilisierung ist kein Sonderfall, sondern eine zwingende Voraussetzung für Wälzlager in Hochtemperaturanwendungen.
Wer Temperaturen über 120°C berücksichtigt, muss die Massstabilität des Lagerstahls aktiv in die Auslegung einbeziehen.
Bei SKA® wird dieser Aspekt systematisch betrachtet. Ziel ist eine Lagerlösung, die unter realen Betriebsbedingungen masslich stabil bleibt und gleichzeitig die erforderliche Tragfähigkeit sicherstellt.
Mehr Details unter: www.ska.swiss/produkte/produktdetails/massstabilisierung