Zuletzt geprüft 30. Mai 2026
Schwingungsdiagnose von Wälzlagern: Ausfall vorhersagen, bevor er eintritt
Wälzlager sind ein kritisch wichtiges Bauteil jeder rotierenden Maschine. Statistiken zeigen, dass bis zu 80 % der Lagerschäden durch Schwingungsdiagnose mehrere Wochen oder Monate vor der vollständigen Zerstörung vorhergesagt werden können.
Dieser Artikel ist ein erweiterter Leitfaden zur Diagnose von Lagerfehlern und ergänzt den einführenden Artikel zur Schwingungsdiagnose. Hier wird im Detail untersucht, wie sich ein fehlerhaftes Lager im Schwingungsspektrum „äußert" und wie man Fehler in den verschiedenen Lagerkomponenten voneinander unterscheidet.
Artikelniveau: Fortgeschritten
Wenn Sie neu in diesem Thema sind, empfehlen wir, zunächst den einführenden Leitfaden zur Schwingungsdiagnose zu lesen
Die Physik der Lagerfehler
Wenn auf einer Laufbahnfläche (einem Ring oder einem Wälzkörper) ein Fehler entsteht (eine Grube, ein Abplatzung oder ein Riss), wird jedes Mal, wenn ein Wälzkörper über diesen Fehler rollt, ein kurzer Stoßimpuls erzeugt.
Diese Impulse wiederholen sich mit einer bestimmten Frequenz, die für jedes Lagerbauteil charakteristisch ist und abhängt von:
- Der Geometrie des Lagers (Anzahl der Wälzkörper, Durchmesser)
- Der Drehzahl der Welle
Genau diese nicht-synchronen Frequenzen (keine Vielfachen der Drehzahl!) sind die „Signatur" von Lagerfehlern im Schwingungsspektrum.
Charakteristische Lagerfrequenzen
Jedes Lagerbauteil hat seine eigene charakteristische Fehlerfrequenz:
| Frequenz | Bedeutung | Bauteil |
|---|---|---|
| BPFO | Ball Pass Frequency Outer race | Die Frequenz, mit der Wälzkörper über einen Fehler am Außenring laufen |
| BPFI | Ball Pass Frequency Inner race | Die Frequenz, mit der Wälzkörper über einen Fehler am Innenring laufen |
| BSF | Ball Spin Frequency | Die Frequenz, mit der sich ein Wälzkörper um seine eigene Achse dreht |
| FTF | Fundamental Train Frequency | Die Rotationsfrequenz des Käfigs |
Professionelle Lagerschwingungsdiagnose
Wir beurteilen den Zustand von Lagern und prognostizieren den Zeitpunkt des Austauschs
Diagnose anfragenAußenringfehler (BPFO – Ball Pass Frequency Outer race)
Physikalische Beschreibung: ein Fehler (eine Grube, eine Abplatzung oder ein Riss) auf der Laufbahn des Außenrings des Lagers. Jedes Mal, wenn ein Wälzkörper über diesen Schaden rollt, wird ein Stoßimpuls erzeugt.
Spektrumbeschreibung: Im Schwingungsspektrum zeigt sich eine Reihe von Peaks, die der Außenringfehlerfrequenz und ihren Harmonischen entsprechen. Diese Peaks liegen in der Regel bei höheren Frequenzen (sie sind keine ganzzahligen Vielfachen der Wellendrehfrequenz) und markieren jeden Moment, in dem ein Wälzkörper über den Fehler läuft.
Innenringfehler (BPFI – Ball Pass Frequency Inner race)
Spektrumbeschreibung: Bei einem Innenringfehler zeigt das Spektrum mehrere ausgeprägte Peaks bei der Innenringfehlerfrequenz und ihren Harmonischen. Darüber hinaus ist jeder dieser Fehlerfrequenzpeaks in der Regel von Seitenbändern im Abstand der Rotationsfrequenz (1×) begleitet.
Wälzkörperfehler (BSF – Ball Spin Frequency)
Spektrumbeschreibung: Ein Fehler an einem Wälzkörper (einer Kugel oder einer Rolle) erzeugt Schwingungen bei der Eigenrotationsfrequenz des Wälzkörpers und ihren Harmonischen. Das Spektrum zeigt eine Reihe von Peaks, die keine ganzzahligen Vielfachen der Wellendrehfrequenz, sondern Vielfachen der Kugel-/Rolleneigenfrequenz (BSF) sind.
Käfigfehler (FTF – Fundamental Train Frequency)
Spektrumbeschreibung: Ein Käfigfehler bei einem Wälzlager erzeugt Schwingungen bei der Rotationsfrequenz des Käfigs — der Fundamental Train Frequency (FTF) — und ihren Harmonischen. Diese Frequenzen sind in der Regel subsynchron (unterhalb der Wellendrehfrequenz).
Stadien der Lagerfehlerentwicklung
Ein Lagerfehler entwickelt sich in Stadien:
- Anfangsstadium: der erste schwache Peak erscheint bei der charakteristischen Frequenz
- Entwicklung: die Peakamplitude wächst und Harmonische treten auf
- Fortgeschritten: zahlreiche Harmonische, Seitenbänder und ein steigender allgemeiner „Rausch"-Pegel im Hochfrequenzbereich
- Kritisch: sehr hohe Peaks, Breitbandrauschen, instabile Messwerte
Überwachungsempfehlungen:
- Sobald Lagerfrequenzen auftreten — Überwachung intensivieren (häufiger messen)
- Schmierung überprüfen
- Austausch des Lagers beim nächsten geeigneten Zeitpunkt einplanen
- Ein plötzlicher Amplitudenanstieg ist das Signal für einen dringenden Austausch
Der Vorteil der Schwingungsdiagnose: Die Erkennung von Lagerfehlern 2–6 Monate vor der vollständigen Zerstörung gibt ausreichend Zeit, die Reparatur zu planen, Ersatzteile zu bestellen und den günstigsten Zeitpunkt für die Maschinenstilllegung zu wählen.
Fazit
Die Diagnose von Wälzlagern anhand des Schwingungsspektrums ist ein leistungsstarkes Werkzeug der vorausschauenden Wartung. Das Verständnis der charakteristischen Frequenzen (BPFO, BPFI, BSF, FTF) und die Fähigkeit, sie zu erkennen, ermöglicht es:
- Fehler im Frühstadium zu erkennen
- Austausche weit im Voraus zu planen
- Notabschaltungen zu vermeiden
- Reparaturkosten zu reduzieren
Moderne Schwingungsanalysatoren wie der Balanset-1A ermöglichen es, detaillierte Spektren zu erstellen und Lagerfrequenzen schon im Frühstadium der Fehlerentwicklung zu erkennen.
Lagerdiagnose
Geräte für die Diagnose und professionelle Schwingungsdiagnosedienstleistungen
Balanset-1A-Gerät
Ein Schwingungsanalysator für die Lagerdiagnose (BPFO, BPFI, BSF, FTF)
Gerät kaufenSchnell-Checkliste
- Nichtsynchrone Spitzen, keine 1x-Vielfache, identifizieren
- Spitzen BPFO, BPFI, BSF oder FTF zuordnen
- Auf 1x-Seitenbaender achten, um Innenring-Fehler (BPFI) zu bestaetigen
- Subsynchrone Spitzen bei Kaefig-Fehlern (FTF) notieren
- Ueberwachungsintervalle erhoehen, sobald Lagerfrequenzen auftreten
- Schmierung pruefen und Lageraustausch planen