Quelltext der Seite False Brinelling

[[Datei:FB-geschaedigtes Lager.jpg|mini|Durch False-Brinelling geschädigtes Lager]]
'''False Brinelling''', auf Deutsch auch „Stillstandsmarkierung“, „Riffelbildung“ oder „Muldenbildung“ genannt, ist eine [[Verschleiß]]erscheinung bei [[Wälzlager]]n, die durch Mikrooszillationen hervorgerufen wird. Durch Schwingungen oder elastische Verformungen werden in die Kontaktflächen zwischen [[Wälzkörper]] und Lauffläche Mikrobewegungen eingeleitet. Diese können bereits nach wenigen tausend Lastwechseln zu Schäden führen. Der weitere Betrieb kann zur Überrollung der Verschleißmarken führen und frühzeitige Ausfälle des Lagers begünstigen.<ref name=":0">{{Internetquelle |autor=Christian Shadow |url=http://www.shaker.eu/en/content/catalogue/index.asp?lang=en&ID=8&ISBN=978-3-8440-4858-2 |titel=Stillstehende fettgeschmierte Wälzlager unter dynamischer Beanspruchung |hrsg=Shaker Verlag |abruf=2017-06-27}}</ref> Die Mikrobewegungen werden beispielsweise durch Maschinen- und Aggregatschwingungen, aber auch durch fahrdynamische Effekte straßen- und schienengebundener Transportmittel initiiert. Stark von dieser Schadensform sind [[Rotorblattlager|Blattlager]] in [[Windkraftanlage]]n betroffen.<ref>{{Internetquelle |autor=Fabian Schwack, Gerhard Poll |url=https://www.windtech-international.com/editorial-features/service-life-of-blade-bearings |titel=Problems Faced in Service Life Estimation of Blade Bearings |hrsg=WindTech-International |datum=2016-10 |sprache=en |abruf=2017-05-02}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=F. Schwack, M. Stammler, G. Poll, A. Reuter |Titel=Comparison of Life Calculations for Oscillating Bearings Considering Individual Pitch Control in Wind Turbines |Sammelwerk=Journal of Physics: Conference Series |Band=753 |Nummer=11 |Datum=2016-01-01 |ISSN=1742-6596 |Seiten=112013 |Online=http://stacks.iop.org/1742-6596/753/i=11/a=112013 |Abruf=2017-05-02 |DOI=10.1088/1742-6596/753/11/112013}}</ref> Allgemein treten kritische Betriebszustände aber auch bei Lagerungen auf, die durch Nebenaggregate, Verbrennungsmotoren, Hydraulikaggregate oder ähnliches zu Schwingungen angeregt werden (z.&nbsp;B. Baumaschinen, Pumpen, Radlager usw.).<ref>{{Internetquelle |autor=Markus Grebe |url=http://expertverlag.de/index.php?bn=3351 |titel=False-Brinelling und Stillstandsmarkierungen bei Wälzlagern |hrsg=ExpertVerlag |abruf=2017-10-10}}</ref>

[[Datei:False brinelling schwack.png|mini|Mikroskopie einer false brinelling geschädigten Lagerlaufbahn<ref>{{Literatur |Autor=Fabian Schwack |Hrsg=Society of Tribology and Lubrication |Titel=Time-dependent analyses of wear in oscillating bearing applications |Sammelwerk=72nd STLE Annual Meeting |Band= |Nummer= |Auflage= |Ort=Atlanta |Datum=2017-05-21 |ISBN= |Seiten= |Online=https://www.researchgate.net/publication/316543220_Time-dependent_analyses_of_wear_in_oscillating_bearing_applications}}</ref> |384x384px]]

== Stand der Technik ==

Es ist bekannt, dass fettgeschmierte Lagerungen gegenüber Stillstandsmarkierungen anfälliger sind als ölgeschmierte, was die Schlussfolgerung nahelegt, dass das Nachfließverhalten einen großen Einfluss auf die Entstehung hat.<ref>{{Internetquelle |autor=Taiskue Maruyama, Tsuyoshi Saitoh, Atsushi Yokouchi |url=http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10402004.2016.1180469 |titel=Differences in Mechanisms for Fretting Wear Reduction between Oil and Grease Lubrication |abruf=2017-06-27}}</ref> Darüber hinaus wurde auch der Einfluss verschiedener Parameter, wie unter anderem die Größe der Schwenkamplitude,<ref>{{Internetquelle |autor=Matthias Stammler, Andreas Reuter |url=https://www.researchgate.net/publication/304789817_Blade_bearings_Damage_mechanisms_and_test_strategies |titel=Blade bearings: Damage mechanisms and test strategies (PDF Download Available) |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref> die Schwenkfrequenz,<ref>{{Internetquelle |autor=M. Grebe, P. Feinle, B. Blaskovits |url=https://www.tib.eu/de/suchen/id/tema:TEMA20080104328/Einfluss-verschiedener-Faktoren-auf-die-Entstehung/ |titel=Einfluss verschiedener Faktoren auf die Entstehung von Stillstandsmarkierungen – Technische Informationsbibliothek (TIB) |sprache=de |abruf=2017-06-27}}</ref> die Anzahl der Schwenkzyklen<ref>{{Internetquelle |autor=Fabian Schwack, Artjom Byckov, Norbert Bader, Gerhard Poll |url=https://www.researchgate.net/publication/316543220_Time-dependent_analyses_of_wear_in_oscillating_bearing_applications |titel=Time-dependent analyses of wear in oscillating bearing applications (PDF Download Available) |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref> sowie die Belastungssituation<ref>{{Literatur |Autor=M. H. Zhu, Z. R. Zhou |Titel=On the mechanisms of various fretting wear modes |Sammelwerk=Tribology International |Band=44 |Nummer=11 |Datum=2011-10-01 |Seiten=1378–1388 |Online=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301679X1100051X |Abruf=2017-06-27 |DOI=10.1016/j.triboint.2011.02.010}}</ref> erforscht.

Die Unterscheidung zwischen False Brinelling und [[Fretting]] Corrosion (Reibverschleiß) gestaltet sich schwierig.<ref>{{Internetquelle |autor=Robert Errichello |url=https://www.researchgate.net/publication/286233368_Another_perspective_False_brinelling_and_fretting_corrosion |titel=Another perspective: False brinelling and fretting corrosion (PDF Download Available) |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Douglas Godfrey |url=https://de.scribd.com/document/122449861/Fretting-Corrosion-or-False-Brinelling |titel=Fretting Corrosion or False Brinelling {{!}} Wear {{!}} Surface Science |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref> Im Wesentlichen tritt False Brinelling auf, wenn sich Schmierstoff im Kontaktbereich befindet, Fretting Corrosion tritt unter trockenen Kontaktbedingungen auf. Der Schmierungszustand wird stark von den Kontakt- und Betriebsbedingungen<ref>{{Literatur |Autor=D. Tonazzi, E. Houara Komba, F. Massi, G. Le Jeune, J. B. Coudert |Titel=Numerical analysis of contact stress and strain distributions for greased and ungreased high loaded oscillating bearings |Sammelwerk=Wear |Reihe=21st International Conference on Wear of Materials |Band=376–377, Part B |Datum=2017-04-15 |Seiten=1164–1175 |Online=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164816308729 |Abruf=2017-06-27 |DOI=10.1016/j.wear.2016.11.037}}</ref> und der Anzahl der Schwenkzyklen beeinflusst<ref>{{Internetquelle |autor=Fabian Schwack, Artjom Byckov, Norbert Bader, Gerhard Poll |url=https://www.researchgate.net/publication/316543220_Time-dependent_analyses_of_wear_in_oscillating_bearing_applications |titel=Time-dependent analyses of wear in oscillating bearing applications (PDF Download Available) |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Fabian Schwack, Felix Prigge, Gerhard Poll |url=https://www.researchgate.net/publication/317004158_Frictional_Work_in_Oscillating_Bearings_-_Simulation_of_an_Angular_Contact_Ball_Bearing_under_Dry_Conditions_and_Small_Amplitudes |titel=Frictional Work in Oscillating Bearings – Simulation of an Angular Contact Ball Bearing under Dry Conditions and Small Amplitudes |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref>.

== Begriffsdefinition ==

Der Begriff ''False Brinelling'' leitet sich von der [[Härteprüfung#Härteprüfung nach Brinell|Härteprüfung nach Brinell]] ab, die vom schwedischen Ingenieur [[Johan August Brinell]] im Jahre 1900 entwickelt und auf der [[Weltausstellung Paris 1900|Weltausstellung in Paris]] präsentiert wurde. Unter „Brinelling“ versteht man also eine über die Elastizitätsgrenze hinausgehende Überbelastung des Wälzkontaktes. Diese kann beispielsweise bei einer einmaligen Stoß- oder Schlagbelastung entstehen.

Der Begriff des „False Brinellings“ wurde aufgrund der häufig falschen Deutung von muldenartigen Vertiefungen in den Laufflächen von Wälzlagern geprägt. Das Instandhaltungspersonal hat solche Vertiefungen häufig auf eine rein mechanische Überbelastung zurückgeführt, obwohl es sich um eine tribologisch induzierte Schädigung handelt. Im großen Stil traten False-Brinelling-Schäden erstmals beim Schifftransport von [[Personenkraftwagen|PKW]] nach Amerika auf. Neue Fahrzeuge zeigten bereits beim Entladen vom Schiff Radlagerschäden. Die zyklische Schwingungsanregung durch die langsam laufenden [[Dieselmotor]]en und die relativ schlechte Dämpfung auf den Transportdecks hatte ausgereicht, um bleibende Schädigungen in den Laufflächen der Radlager zu erzeugen.<ref>{{Literatur |Autor=J.O. Almen |Titel=Lubricants and false brinelling of ball and roller bearings |Sammelwerk=Mechanical Engineering |Band=59 |Nummer=6 |Seiten=415-422}}</ref>

Eine typische Schädigung (Kalotte) eines [[Kugellager]]s lässt sich in drei Bereiche aufteilen: In der Mitte der Markierung ist ein Bereich, der trotz der Mikrobewegungen infolge der hohen Belastung und Haftreibung keinerlei Relativbewegung erfährt und somit auch nicht geschädigt wird. An diesen Bereich schließt sich scharf abgegrenzt der stark geschädigte Bereich an, in dem es zu Gleitbewegungen unter relativ hoher Pressung zwischen den Reibpartnern kommt. Ein dritter, ebenfalls klar abgegrenzter Bereich kann als Einflusszone bezeichnet werden. In diesem Bereich kommt es auch zu Gleitbewegungen. Die Pressungen sind aber so gering, dass keine signifikante Schädigung auftritt. [[Datei:Typische False Brinelling Markierung mit Bereichen.jpg|mini|370px|False-Brinelling Markierung mit Haft- und Mikrogleitzone]]

== Ursachen für die Entstehung der Stillstandmarkierungen ==

Als mögliche Ursachen für die Entstehung der Stillstandsmarkierungen kommen verschiedene Mechanismen in Frage:

Zum einen schieben die Mikrobewegungen unter hoher Last den Schmierstoff regelrecht aus der Reibstelle heraus; es kommt zu [[Schmierung|Mangelschmierung]]. Daneben regen diese Mikrobewegungen die Oberflächen (speziell die kontaktierenden Mikrokontakte an den Rauheitsspitzen) energetisch an.<ref>{{Internetquelle |autor=Fabian Schwack, Felix Prigge, Gerhard Poll |url=https://www.researchgate.net/publication/317004158_Frictional_Work_in_Oscillating_Bearings_-_Simulation_of_an_Angular_Contact_Ball_Bearing_under_Dry_Conditions_and_Small_Amplitudes |titel=Frictional Work in Oscillating Bearings – Simulation of an Angular Contact Ball Bearing under Dry Conditions and Small Amplitudes |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref> Dies führt zu chemischen Reaktionen bis in einige [[Nanometer]] Tiefe. Dieser Teil der Schädigung korreliert mit dem Wissen zur tribochemischer Reaktion ([[Passungsrost]]).

In der Folge der genannten Schädigungsmechanismen kommt es zur Bildung von Verschleißpartikeln und Reaktionsprodukten, die aufgrund der fehlenden „echten“ Relativbewegung kaum aus der Reibstelle austreten können und so zu [[abrasive]]m Verschleiß führen. Dies korreliert zum Beispiel mit der Entstehung von Passungsrost (Tribochemische Korrosion) und führt in aller Regel zu einem progressiven Schadensverlauf und zu tiefen Mulden, die die ursprünglichen Schadensmechanismen nicht mehr erkennen lassen. Im weiteren Schadensverlauf und bei der Rotationsbewegung des Lagers überlagern sich weitere Verschleißmechanismen und verschleiern die wahren Entstehungsursachen.<ref>{{Internetquelle |autor=Douglas Godfrey |url=https://de.scribd.com/document/122449861/Fretting-Corrosion-or-False-Brinelling |titel=Fretting Corrosion or False Brinelling {{!}} Wear {{!}} Surface Science |sprache=en |abruf=2017-06-27}}</ref>

== Simulation von False Brinelling ==
[[Datei:Simulation der Reibarbeitsdichte.png|220x220px|mini|alt=|Vergleich der simulierten Reibarbeitsdichte mit Verschleiß der Lagerlaufbahn (trockene Anwendung)]]Die Simulation von False Brinelling ist mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode möglich. Für die Simulation werden die relativen Verschiebungen (Schlupf) zwischen Wälzkörper und Laufbahn, sowie die Pressung im Wälzkontakt ermittelt. Zum Vergleich zwischen Simulation und Experimenten wird die Reibarbeitsdichte verwendet, welche das Produkt aus Reibkoeffizienten, Schlupf und Pressung darstellt. Die Simulationsergebnisse können genutzt werden um kritische Anwendungsparameter zu ermitteln oder um die Schadensmechanismen zu erklären.<ref>{{Literatur |Autor=Fabian Schwack, Felix Prigge, Gerhard Poll |Hrsg= |Titel=Finite element simulation and experimental analysis of false brinelling and fretting corrosion |Sammelwerk=Tribology International |Band=126 |Nummer= |Auflage= |Ort= |Datum= |ISBN= |Seiten=352-362 |Online=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301679X1830241X |DOI=10.1016/j.triboint.2018.05.013}}</ref>

== Vermeidung von Stillstandmarkierungen ==

Aktuelle Forschungsarbeiten zielen darauf ab, wie man die Entstehung von Stillstandmarkierungen durch den Einsatz geeigneter Schmierstoffe, Werkstoffe und Oberflächenverfahren verhindern kann. Bisher hat sich aber gezeigt, dass gute Schmierstoffe den Schadensfortschritt zwar eindämmen können; eine vollständige Verhinderung des Schadens, bei kritischen Betriebszuständen ist aber bisher anscheinend nicht möglich.<ref>{{Internetquelle |autor=Christian Schadow |url=http://www.shaker.eu/en/content/catalogue/index.asp?lang=en&ID=8&ISBN=978-3-8440-4858-2 |titel=Stillstehende fettgeschmierte Wälzlager unter dynamischer Beanspruchung |hrsg=Shaker Verlag |abruf=2017-06-27}}</ref> Allerdings können kritische Betriebszustände mit Hilfe spezieller Simulationsmodelle identifiziert werden.<ref name=":0" /><ref>{{Internetquelle |autor=Felix Prigge, Fabian Schwack, Gerhard Poll |url=https://www.researchgate.net/publication/320084823_FE-Simulation_eines_Schragkugellagers_in_oszillierender_Anwendung |titel=FE-Simulation eines Schrägkugellagers in oszillierender Anwendung |sprache=en |abruf=2017-10-10}}</ref>
Relativ sicher lässt sich der Schaden vermeiden, wenn man dafür sorgt, dass die gefährdeten Lager regelmäßig weiterbewegt werden. Bei großen Maschinentransporten werden hierzu Hilfsantriebe angebracht, die in definierten Zeitintervallen dafür sorgen, dass die Lager verdreht werden.<ref>{{Literatur |Autor=Markus Grebe |Titel=Wälzlager im Betrieb bei kleinen Schwenkwinkeln oder unter Vibrationsbelastung: False Brinelling in der Anwendung |Verlag=expert |Datum=2017 |ISBN=978-3-8169-3351-9 |Online=https://www.amazon.de/W%C3%A4lzlager-Betrieb-kleinen-Schwenkwinkeln-Vibrationsbelastung/dp/3816933513 |Abruf=2017-06-27}}</ref><ref>{{Patent| Land=WO| V-Nr=2008059088| Code=A1| Typ=Patentanmeldung| Titel=Adjustable, self-aligning rotor locking device for an aerogenerator| A-Datum=2007-11-13| V-Datum=2008-05-22| Anmelder=Gamesa Innovatiom & Technology| Erfinder=Karl Aarhus, Javier Cerrada Garate}}</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Verschleißerscheinung]]