NSK, Motion & Control
Wälzlager - Neuigkeiten
04.02.2011
Verbesserte Leistung und Rentabilität durch Optimierung von Lageranwendungen zum Schutz vor Verschmutzung bei der Zementproduktion
Analysen von NSK zeigen, dass durch den Austausch von Lagern, die wegen Verschmutzung vorzeitig ausfallen, sehr hohe Kosten entstehen können. Zu den Kosten für den eigentlichen Austausch des Lagers sowie für Zeit und Aufwand, die mit der Beschaffung und dem Wechsel verbunden sind, kommen noch die Kosten für den unplanmäßigen Anlagenstillstand und die negativen Auswirkungen auf den Produktionszeitplan.
Wenn man nun die tatsächlichen Gesamtkosten eines vorzeitigen Lagerwechsels mit der hohen Anzahl von Austauschen über einen längeren Zeitraum multipliziert, werden die erschreckend hohen Kosten für das Unternehmen offenbar.
Ein verschmutztes Wälzlager muss unter Umständen bereits nach einem Bruchteil der eigentlichen Nutzungsdauer ausgetauscht werden, die bei Betrieb in einer sauberen Umgebung zu erwarten wäre. Dies zeigt sich auch bei Lagerausfällen in problematischen Anwendungen wie der Zementherstellung, der Stahlproduktion und in Steinbrüchen, wo die Maschinen Feuchtigkeit, Staub, Schmutz und weiteren Verunreinigungen ausgesetzt sind.
Es gilt stets zu bedenken, dass Wälzlager Präzisionsbauteile mit äußerst geringem Betriebsspiel sind und daher besonders empfindlich auf Verschmutzung reagieren. In vielen Fällen ist die Lebensdauer der Wälzlager ausschlaggebend für den erforderlichen Wartungsaufwand und somit für die Verfügbarkeit einer Maschine.
Zement wird im nassen und trockenen Verfahren hergestellt, sodass hier sowohl Feuchte als auch Staub problematisch für den Lagerbetrieb sind. Staub ist jedoch das Hauptproblem, da Zementstaub äußerst abrasiv wirkt. Zementstaub ist hygroskopisch, das heißt, er absorbiert das Schmieröl aus dem Lagerschmiermittel. Die Folge: Es entsteht eine Schleifpaste aus verschmutztem Schmiermittel und Zementstaub.
Zudem führt der „Löschpapiereffekt“ des in ein Lager eingedrungenen Staubs dazu, dass das Schmieröl aufgenommen wird. Das Ergebnis ist ein Lager mit Mangelschmierung, das gleichzeitig mit erhöhter Reibung aufgrund des eingedrungenen Staubs zu kämpfen hat. Stärkerer Verschleiß der Käfigtaschen und Laufbahnen kann eine Folge sein. Zusätzlich kann die erhöhte Reibung im Lager ein Wandern der Innenringe auf den Wellen ermöglichen. Dies wiederum hat negative Auswirkungen auf die Umgebungskonstruktion des Antriebsstrangs, wie beispielsweise Laufrollen, Ketten und Zahnräder. Diese müssen unter Umständen alle früher ausgetauscht werden, was wiederum unnötige Kosten verursacht.
Feuchtigkeit ist ebenfalls ein Problem: Sie kann durch das Vakuum, das nach dem Abschalten der Maschine und somit beim Abkühlen in den Lagern entsteht, in die Wälzlager gesogen werden. Im Stillstand kondensiert die Feuchtigkeit im Lager und sammelt sich an den Kontaktstellen zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen an, sodass dort Korrosion entsteht. Dies wird bei der Untersuchung von Lagern deutlich, die durch eingedrungene Feuchtigkeit zerstört wurden: Häufig können Rostnarben nachgewiesen werden, die sich im Wälzkörperabstand in den Laufbahnen befinden. Folge eines derartigen Schadens sind lauter und unruhiger Lauf, der schließlich zu einem vorzeitigen Lagerausfall führt.
NSK warnt auch vor einer weiteren Auswirkung, die durch erhöhte innere Reibung als Folge von Verschmutzung entsteht: das Kriechen der Lagerringe. Dabei dreht sich der Lagerring in seinem Gehäuse oder auf der Welle. Eine häufige Folge ist starker Verschleiß der Gehäusebohrung oder der Welle, was wiederum zu mechanischer Ungenauigkeit und Vibration führen kann und nicht zuletzt auch zu einem radikalen Lagerschaden wie beispielsweise Festfressen durch Überhitzen. Zudem muss bei einem beschädigten Wellenzapfen durch Fressen des Lagerinnenrings die Welle nachgearbeitet oder ausgetauscht werden. Die Kosten hierfür stellen schnell alle anderen Reparaturkosten in den Schatten.
Um die Auswirkungen verschmutzter Betriebsumgebungen auf die Nutzungsdauer von Lagern zu bestimmen, ist es erforderlich, die Ausfallarten von Wälzlagern zu analysieren. Hierbei empfiehlt es sich, individuelle Lageruntersuchungen vorzunehmen, bei denen die Betriebsbedingungen und bisherigen Schadensintervalle einbezogen werden.
Mit diesen Daten können dann die Kosten für das Unternehmen kalkuliert werden. Durch gezielte Auswahl der Lager und Betrachtung der Umgebungskonstruktion bei Berücksichtigung der tatsächlichen Betriebsdaten können die meisten vorzeitigen Lagerschäden vermieden werden.
AIP-Gewinnoptimierungs-Programm
Eine Lageroptimierung kann mithilfe des Gewinnoptimierungs-Programms von NSK (Asset Improvement Programme, AIP) als Teil einer strukturierten, unternehmensweit durchgeführten Initiative erreicht werden. Ziel von AIP sind echte Vorteile in Bezug auf Betriebskosten, Effizienz und Rentabilität bei der Zementherstellung und bei Explorationsarbeiten. Diese Vorteile werden mittels konkreter Einsparungen beispielsweise bei Anlagen und Maschinen, aber auch durch verbesserte Kenntnisse von Betriebs- und Wartungspersonal erzielt.
AIP ist einfach umzusetzen und – für ein optimales Verständnis der Vorgehensweise – in mehrere Stufen unterteilt.
Der Prozess beginnt in der Regel mit einer äußerst detaillierten Prüfung des Standorts. NSK-Ingenieure besuchen die Anlage des Kunden und sprechen mit ihm, um einen Einblick in die Probleme zu erhalten und herauszufinden, wie NSK bei der Lösung behilflich sein kann.
Im Rahmen des AIP-Programms werden alle den Betrieb eines Unternehmens betreffenden Aspekte untersucht. Diese reichen von Systemen und Lagerung über problematische Anwendungen und Schmierung bis hin zu Schulungsfragen. Die gesammelten Daten werden analysiert; auf dieser Grundlage gibt NSK dann Empfehlungen für Verbesserungen.
In der Praxis können diese Empfehlungen zum Beispiel die Schulung in folgenden Bereichen umfassen:
• Untersuchung und Wartung von Lagern
• Erkennen von Ausfallursachen
• Korrekte Handhabung von Lagern – eine unsachgemäße Handhabung ist einer der häufigsten Gründe für vorzeitigen Ausfall.
Gegebenenfalls untersucht NSK auch die Schmierung der Lager oder empfiehlt den Austausch eines Lagers, um die Funktion zu optimieren. Hauptziel ist, Mehrwert durch technische Lösungen zu schaffen. Dank der Dokumentation der Einsparungen bei Betriebs- und Wartungskosten erhält die Betriebsleitung handfeste Zahlen, anhand derer ersichtlich ist, dass mithilfe des AIP-Programms Geld gespart und die Rentabilität gesteigert wurde.
Die Effizienz von AIP wurde kürzlich noch an der Schneckenpumpe in einem Zementwerk demonstriert. Die Pumpenanlage, in der große Schrägkugellager verbaut sind, war aufgrund von Staubverunreinigung regelmäßig ausgefallen. Eine Mischung aus Staub und Schmierstoff hatte die Laufbahnen verschlissen und das Lagerspiel so weit vergrößert, dass die Lager in regelmäßigen Abständen vorzeitig ausgetauscht werden mussten, um schwerwiegende Ausfälle zu vermeiden.
NSK untersuchte die Anwendung mithilfe des AIP-Programms, empfahl einen Wechsel des Werkstoffs sowie den NSK Hi-TF-Stahl™. Dieses Material wurde besonders für den Einsatz in widrigen Betriebsbedingungen entwickelt und zeichnet sich durch verbesserte Verschleißbeständigkeit bei Verschmutzung aus. Seit dem Wechsel ist der Lagerverschleiß in dem Zementwerk um mehr als 50 % zurückgegangen. Nach diesem Erfolg hat das Werk nun auch weitere Standorte auf Hi-TF-Lager umgerüstet.
Weitere Informationen über AIP