Lager (mechanisch)

Veel lagers vereisen periodiek onderhoud om voortijdige defecten te voorkomen, maar vele andere vereisen weinig onderhoud. Tot deze laatste behoren diverse soorten polymeer-, vloeistof- en magnetische lagers, alsmede rollagers die worden beschreven met termen als afgedichte lagers en afgedicht voor het leven. Deze bevatten afdichtingen om het vuil buiten en het vet binnen te houden. Ze werken met succes in vele toepassingen en zorgen voor een onderhoudsvrije werking. Sommige toepassingen kunnen ze niet effectief gebruiken.

Niet afgedichte lagers hebben vaak een smeernippel, voor periodieke smering met een vetspuit, of een oliecup voor periodieke vulling met olie. Vóór de jaren 1970 werden afgedichte lagers niet aangetroffen op de meeste machines, en was oliën en smeren een gebruikelijker activiteit dan tegenwoordig. Chassis van auto’s moesten bijvoorbeeld bijna net zo vaak worden gesmeerd als de motorolie werd ververst, maar de chassis van auto’s zijn tegenwoordig meestal afgedicht voor het leven. Vanaf het eind van de 17e eeuw tot halverwege de 19e eeuw vertrouwde de industrie op vele arbeiders, oliewerkers genaamd, om machines regelmatig te smeren met oliekannen.

Fabrieksmachines hebben tegenwoordig meestal smeersystemen, waarin een centrale pomp periodieke ladingen olie of vet vanuit een reservoir via smeerleidingen naar de verschillende smeerpunten in de lageroppervlakken van de machine, lagerjournalen, kussenblokken, enzovoort brengt. De timing en het aantal van deze smeercycli wordt gecontroleerd door de computergestuurde besturing van de machine, zoals PLC of CNC, en ook door handmatige overbruggingsfuncties wanneer dat af en toe nodig is. Dit geautomatiseerde proces is de manier waarop alle moderne CNC-bewerkingsmachines en vele andere moderne fabrieksmachines worden gesmeerd. Soortgelijke smeersystemen worden ook gebruikt op niet-geautomatiseerde machines, in welk geval er een handpomp is die een machinebediener eenmaal daags (voor machines die constant worden gebruikt) of eenmaal per week moet pompen. Deze systemen worden “one-shot”-systemen genoemd vanwege hun voornaamste verkoopargument: één trek aan één hendel om de hele machine te smeren, in plaats van een dozijn pompen met een alemietpistool of een oliekannetje op een dozijn verschillende plaatsen rond de machine.

Het oliesysteem in een moderne auto- of vrachtwagenmotor is qua concept vergelijkbaar met de bovengenoemde smeersystemen, met dit verschil dat de olie continu wordt gepompt. Veel van deze olie stroomt door gangen die in het motorblok en de cilinderkoppen zijn geboord of gegoten, en ontsnapt door poorten rechtstreeks op de lagers, en spuit elders om een oliebad te vormen. De oliepomp pompt gewoon constant, en het teveel aan gepompte olie ontsnapt continu via een ontlastklep terug in het carter.

Veel lagers in industriële toepassingen met hoge cycli moeten periodiek worden gesmeerd en gereinigd, en veel lagers moeten af en toe worden bijgesteld, zoals bijstelling van de voorbelasting, om de gevolgen van slijtage te minimaliseren.

De levensduur van lagers is vaak veel beter wanneer het lager schoon en goed gesmeerd wordt gehouden. Veel toepassingen maken goed onderhoud echter moeilijk. Een voorbeeld is het lager in de transportband van een steenbreker dat voortdurend wordt blootgesteld aan harde schurende deeltjes. Schoonmaken heeft weinig zin omdat schoonmaken duur is, maar het lager is weer vervuild zodra de transportband weer in bedrijf komt. Een goed onderhoudsprogramma zou dus de lagers regelmatig kunnen smeren, maar geen demontage voor reiniging omvatten. De frequente smering zorgt van nature voor een beperkte reiniging, doordat oudere (met gruis gevulde) olie of vet wordt vervangen door een nieuwe lading, die zelf weer gruis verzamelt voordat ze bij de volgende cyclus wordt vervangen. Een ander voorbeeld zijn de lagers in windturbines, wat het onderhoud bemoeilijkt omdat de gondel hoog in de lucht is geplaatst in gebieden met sterke wind. Bovendien draait de turbine niet altijd en is hij onderhevig aan verschillend bedrijfsgedrag in verschillende weersomstandigheden, waardoor een goede smering een uitdaging wordt.

Foutdetectie in buitenste loopring van wentellagersEdit

Rollagers worden tegenwoordig veel gebruikt in de industrie, en daarom wordt het onderhoud van deze lagers een belangrijke taak voor de onderhoudsprofessionals. De rollagers slijten gemakkelijk door metaal-op-metaalcontact, waardoor fouten ontstaan in de buitenste loopring, de binnenste loopring en de kogel. Het is ook het meest kwetsbare onderdeel van een machine omdat het vaak onder hoge belasting en hoge rijsnelheden staat. Een regelmatige diagnose van fouten in wentellagers is van cruciaal belang voor de industriële veiligheid en de werking van de machines, en om de onderhoudskosten te drukken of stilstand te voorkomen. Van de buitenste loopring, de binnenste loopring en de kogel is de buitenste loopring kwetsbaarder voor fouten en defecten.

Er is nog ruimte voor discussie over de vraag of het wentellichaam de natuurlijke frequenties van de lagercomponent opwekt wanneer het de fout op de buitenste loopring passeert. Daarom moeten we de natuurlijke frequentie van de buitenste loopring en zijn harmonischen vaststellen. De lagerschades veroorzaken impulsen en resulteren in sterke harmonischen van de foutfrequenties in het spectrum van trillingssignalen. Deze foutfrequenties worden soms gemaskeerd door aangrenzende frequenties in de spectra vanwege hun geringe energie. Daarom is vaak een zeer hoge spectrale resolutie nodig om deze frequenties tijdens een FFT-analyse te identificeren. De natuurlijke frequenties van een rollager met de vrije randvoorwaarden zijn 3 kHz. Om de resonantiebandbreedtemethode van de lagercomponent te gebruiken om de lagerschade in een eerste stadium te detecteren, moet daarom een versnellingsmeter met een hoog frequentiebereik worden gebruikt en moeten gegevens van een lange duur worden verkregen. Een karakteristieke foutfrequentie kan alleen worden geïdentificeerd wanneer de omvang van de fout ernstig is, zoals die van de aanwezigheid van een gat in de buitenste loopring. De harmonischen van de foutfrequentie zijn een gevoeligere indicator van een buitenloopfout van het lager. Voor een meer ernstige detectie van defecte lagerfouten kunnen golfvorm-, spectrum- en omhullende-technieken helpen deze fouten aan het licht te brengen. Als echter bij de analyse van de omhullende een hoogfrequente demodulatie wordt gebruikt om karakteristieke lagerfoutfrequenties op te sporen, moeten de onderhoudsprofessionals voorzichtiger zijn bij de analyse vanwege resonantie, omdat deze al dan niet foutfrequentiecomponenten kan bevatten.

Het gebruik van spectrale analyse als instrument om de fouten in de lagers op te sporen, wordt bemoeilijkt door zaken als lage energie, signaaluitvlakking, cyclostationariteit enz. Een hoge resolutie is vaak gewenst om de foutfrequentiecomponenten te onderscheiden van de andere aangrenzende frequenties met hoge amplitude. Daarom moet, wanneer het signaal wordt bemonsterd voor FFT-analyse, de bemonsteringslengte groot genoeg zijn om een adequate frequentieresolutie in het spectrum te verkrijgen. Ook kan het veeleisend zijn om de rekentijd en het geheugen binnen de perken te houden en ongewenste aliasing te vermijden. Een minimaal vereiste frequentieresolutie kan echter worden verkregen door een schatting te maken van de lagerfoutfrequenties en andere trillingsfrequentiecomponenten en de harmonischen daarvan als gevolg van assnelheid, uitlijnfout, lijnfrequentie, tandwielkast enz.

PakkingEdit

Sommige lagers gebruiken een dik vet voor smering, dat in de spleten tussen de lageroppervlakken wordt geduwd, ook wel pakking genoemd. Het vet wordt op zijn plaats gehouden door een plastic, lederen of rubberen pakking (ook wel pakkingbus genoemd) die de binnen- en buitenrand van de lagerbaan bedekt om te voorkomen dat het vet ontsnapt.

Lagers kunnen ook met andere materialen worden ingepakt. Historisch, de wielen op spoorwagons gebruikt hoes lagers verpakt met afval of losse stukjes katoen of wol vezels gedrenkt in olie, later gebruikt vaste pads van katoen.

Ring oilerEdit

Lagers kunnen worden gesmeerd door een metalen ring die losjes op de centrale roterende as van het lager rijdt. De ring hangt naar beneden in een kamer die smeerolie bevat. Terwijl het lager roteert, trekt de viskeuze adhesie olie langs de ring naar de as, waar de olie het lager binnendringt om het te smeren. Overtollige olie wordt weggeslingerd en verzamelt zich weer in de poel.

SpatsmeringEdit

Een rudimentaire vorm van smering is spatsmering. Sommige machines bevatten een poel van smeermiddel in de bodem, met tandwielen gedeeltelijk ondergedompeld in de vloeistof, of krukstangen die naar beneden kunnen zwaaien in de poel als het apparaat werkt. De draaiende wielen slingeren olie in de lucht eromheen, terwijl de krukstangen tegen het oppervlak van de olie slaan, waardoor deze willekeurig op de inwendige oppervlakken van de motor spat. Sommige kleine verbrandingsmotoren bevatten speciale kunststof spiraalwielen die de olie willekeurig over het inwendige van het mechanisme verspreiden.

DruksmeringEdit

Voor machines met hoge snelheid en hoog vermogen kan een verlies aan smeermiddel leiden tot een snelle opwarming van de lagers en schade door wrijving. Ook in vuile omgevingen kan de olie vervuild raken met stof of puin, waardoor de wrijving toeneemt. In deze toepassingen kan continu een verse toevoer van smeermiddel naar het lager en alle andere contactvlakken worden geleid, en het overschot kan worden opgevangen voor filtratie, koeling en eventueel hergebruik. Drukoliën wordt vaak gebruikt in grote en complexe interne verbrandingsmotoren in delen van de motor waar rechtstreeks gespatte olie niet kan komen, zoals tot in de bovenliggende kleppen. Hoge snelheid turboladers vereisen ook typisch een oliesysteem onder druk om de lagers te koelen en te voorkomen dat ze verbranden door de hitte van de turbine.

Composiet lagersEdit

Composiet lagers zijn ontworpen met een zelfsmerende polytetrafluroethyleen (PTFE) voering met een gelamineerde metalen achterkant. De PTFE-voering biedt consistente, gecontroleerde wrijving en duurzaamheid, terwijl de metalen achterzijde ervoor zorgt dat het composiet lager robuust is en bestand is tegen hoge belastingen en spanningen gedurende de lange levensduur. Het ontwerp maakt het ook licht – een tiende van het gewicht van een traditioneel wentellager.