Qualitätskontrolle von Kugellagern mittels Wirbelstromprüfung

Lager bestehen aus einem Innen-und Außenring sowie Stahlkugeln, die als Wälzkörper bezeichnet werden. Ein Lager enthält zehn bis hin zu mehrere Dutzend dieser Stahlkugeln. Fällt nur eine dieser Kugeln aus, dann verliert das Lager schnell seine volle Leistungsfähigkeit und geht kaputt. Je nach Art der Kugel kann dies zu einem schweren Unfall führen. Daher stehen die Hersteller vor der Herausforderung, die Kugeln kostengünstig und möglichst effizient zu prüfen.

Lager werden aus kohlenstoffreichem Chromstahl hergestellt, einem harten, verschleißfesten Stahl, der als Lagerstahl bezeichnet wird. Schon bei der Stahlherstellung wird die Zusammensetzung kontrolliert, damit keine Verunreinigungen entstehen. Auch beim Walzen von Walzdraht wird eine sehr genaue Kontrolle durchgeführt, um eine Entkohlung zu verhindern. Das Gleiche gilt für das Sekundärziehverfahren.

Stahlkugeln für Lager werden durch Schneiden von Draht in kleine Stücke einer bestimmten Länge und anschließendem Kaltschmieden, Schleifen sowie durch eine Wärmebehandlung hergestellt. Zu den möglichen Problemen bei diesen Prozessen gehören Verunreinigungen von Fremdstoffen, Härte oder Festbrennen bei der Wärmebehandlung sowie Fehler im Polierprozess.

In den meisten Produktionsstätten werden Stahlkugeln aus unterschiedlichen Stahlsorten hergestellt. Es ist unmöglich, diese visuell zu unterscheiden. Doch selbst eine einzige Stahlkugel in einem Lager, die aus einer anderen Stahlsorte besteht, kann große Probleme verursachen. Risse und Schleifrisse, die beim Härten und bei der Wärmebehandlung entstehen, sind ebenfalls ein Problem, aber eine Qualitätskontrolle durch Stichproben ist nicht möglich.

In solchen Fällen kann der Elektromagnetismus genutzt werden, um fehlerhafte Kugeln in kürzester Zeit und kostengünstig auszusortieren.

Abb. 1: Stahlkugeln und Durchlaufspule

Hierbei wird durch die Stahlkugel Wirbelstrom geleitet. Die erfasste Änderung in der Impedanz wird dann zur Prüfung verwendet.

Eine Stahlkugel wird durch eine Spule geführt, und die Impedanz der Prüfspule ändert sich, wenn eine Kugel mit abweichenden Materialien, Wärmebehandlungsanomalien oder Rissen durch die Spule geführt wird. So wird die Kugel überprüft. Die Impedanz wird von der elektrischen Leitfähigkeit und der magnetischen Permeabilität beeinflusst. Die Leitfähigkeit wird von der chemischen Zusammensetzung der verschiedenen Stahlsorten beeinflusst, die magnetische Permeabilität hingegen von der Härte. Diese Härte wird durch Unterschiede in der Kristallstruktur des Metalls verursacht. Eine Rissbildung kann auch durch die Spannung des Metallkristalls erfolgen, die wiederum die magnetische Permeabilität beeinflusst

Abb. 2: MAGNATEST TCL and MAGNATEST D

Zur Prüfung von Kugellagern auf Materialverwechslungen, Härtezustand und Schleifrisse empfehlen wir die Prüfgeräte MAGNATEST D und MAGNATEST TCL von FOERSTER.