Wälzlager - Neuigkeiten
19.04.2010
Zementwerke: geringere Wartungskosten durch Einsatz neuer Wälzlagerwerkstoffe
Wälzlager sind in der Zementindustrie die entscheidende Komponente, wenn es darum geht, die Kontinuität der Produktion zu sichern. Schließlich kann ein Ausfall von Wälzlagern zu einem Stopp des gesamten Produktionsbetriebs führen und so kostspielige Stillstandszeiten verursachen. Daher sind Instandhaltungsarbeiten wie zum Beispiel die Nachschmierung für die zuverlässige Funktion der Wälzlager von erheblicher Bedeutung.
In der staubigen, mit abrasiven Stoffen und Feuchtigkeit durchsetzten Betriebsumgebung von Zementwerken jedoch kann die Wälzlagerschmierung schnell verunreinigen und somit selbst Ursache für Wälzlagerausfälle sein. Wo dieses Phänomen vorherrscht, kann Wartung allein nicht mehr viel ausrichten. Die Lösung liegt hier im Einsatz neuester Werkstofftechnologie in Form der Wälzlagerstähle Hi-TF und Super-TF von NSK.
Die Eigenschaft von Hi-TF und Super-TF, die Lebensdauer von Wälzlagern selbst unter schwierigsten Betriebsbedingungen zu verlängern, hat sich schon bei Einsätzen in der Stahl- und Aluminiumindustrie bewähren können. Dieser Erfolg veranlasste NSK dazu, die Werkstoffe auch für seine Wälzlagerprodukte für die Zementindustrie einzusetzen, zum Beispiel bei den Pendelrollenlagern der neuesten Generation, in den neuen, für hohe Belastungen konstruierten Zylinderrollenlagern der EM- und EW-Serien und für diverse Kegelrollen- und Kugellager.
Mit Wälzlagern aus Hi-TF- und Super-TF-Stahl liefert NSK die Antwort auf durch verunreinigtes Schmiermittel oder durch Schmierstoffmangel verursachte vorzeitige Lagerausfälle. Diese Ausfälle entstehen dadurch, dass in den rauen und schmutzigen Betriebsbedingungen sehr schnell Schmiermittelverunreinigungen durch Ablagerungen (beispielsweise von Zementstaub) auftreten. Die Schmutzpartikel gelangen dann auf die Laufbahnen der Wälzlager und werden überrollt. Diess führt bei erneutem überrollen zu mechanischen Spannungsspitzen an den Materialaufwerfungen. Wenn darüber hinaus die Viskosität des Schmiermittels im Wälzkontakt nicht hoch genug ist, entsteht metallischer Kontaktt, was zu Oberflächenschäden und somit zu Materialausbrüchen führt. In beiden Fällen hat dies zur Folge, dass sich von den mechanischen Spannungskonzentrationspunkten aus Risse bilden, was wiederum zu vermehrten Schäden infolge von „Überlast“ und letztendlich zu einer verkürzten Lagerlebensdauer führt.
Hi-TF und Super-TF können diesen Problemen vorbeugen, denn dank ihrer einzigartigen Mikrostruktur werden die mechanischen Spannungskonzentrationen an den Materialaufwerfungen auf ein Minimum reduziert. Diese Struktur, bei der es sich um einen Werkstoff hoher Härte mit einem hohen Anteil an Restaustenit handelt, führt selbst bei Oberflächenschäden wie Abblätterungen und bei nur unzureichendem Schmierfilm zu einer längeren Betriebslebensdauer der Wälzlager.
Im Vergleich zu Wälzlagern aus herkömmlichem Stahl sorgt Hi-TF-Stahl für eine bis um das 7-Fache verlängerte Lebensdauer bei mit verunreinigtem Schmiermittel arbeitenden Wälzlagern. Die Lebensdauer von mit sauberem Schmiermittel arbeitenden Wälzlagern wird bis um das 1,5-Fache verlängert. Die aus Super-TF-Stahl gefertigten Wälzlager haben bei verunreinigtem Schmiermittel sogar eine um das bis zu 10-Fache höhere Lebensdauer, bei sauberem Schmiermittel kann ihre Lebensdauer doppelt so hoch sein wie bei herkömmlichen Lagern. Wo sich der vorzeitige Ausfall auf unzureichende Schmierung zurückführen lässt, kann die Lebensdauer von Wälzlagern aus Super-TF-Stahl um das etwa 5,5-Fache (bzw. 4,7-Fache bei Hi-TF) im Vergleich zu herkömmlichem einsatzgehärtetem Stahl gesteigert werden.
Doch Wälzlager aus Hi-TF- und Super-TF-Stahl können nicht nur eine höhere Lebensdauer, selbst bei Betrieb mit mangelhafter oder verunreinigter Schmierung, vorweisen: Aufgrund ihres hohen Anteils von feinen Karbiden und Nitriden im Wälzlagerwerkstoff bieten sie auch eine bessere Beständigkeit gegen Verschleiß und Fresswirkung. In Vergleichstest mit Wälzlagern aus herkömmlichen Werkstoffen wie SUJ2-Stahl zeigte sich, dass die Werkstoffstruktur von Super-TF-Stahl eine mehr als 60 % geringere Verschleißrate und eine um 40 % (Hi-TF: 20 %) höhere Fresslastgrenze besitzt.
Die Wirksamkeit von Hi-TF in der Zementherstellung konnte erst kürzlich bei zwei Lösungen für hartnäckige Ausfallprobleme demonstriert werden: in einem Schneckenpumpen-Fördersystem einer Zementfabrik in den USA und bei einem Hochtemperaturlüfter einer Zementfabrik in Europa.
In dem Schneckenpumpen-Fördersystem war ein großes Schrägkugellager Verunreinigungen durch Staub ausgesetzt. Der hygroskopische Staub verschliss die Laufbahnen und erhöhte so das Lagerspiel, sodass die Wälzlager – um Ausfällen mit möglicherweise katastrophalem Ausmaß vorzubeugen – in regelmäßigen Abständen vorzeitig ausgetauscht wurden.
Für dieses Problem empfahl NSK den Einsatz von Schräglagern aus Hi-TF -Stahl, da dieser wesentlich beständiger gegen Verunreinigungen ist als herkömmlicher Lagerstahl. Darüber hinaus laufen Hi-TF-Lager ruhiger und gleichmäßiger und bieten Schutz gegen Stoßbelastungen.
Nach der Umstellung auf die neuen Hi-TF-Wälzlager ging der Verbrauch an Wälzlagern um mehr als 50 % zurück, sodass seitdem auch an anderen Stellen im Werk Hi-TF-Wälzlager verwendet werden.
Im zweiten Beispiel traten in einer europäischen Zementfabrik regelmäßig Lagerausfälle bei einem Lüfter auf, der bei 150 °C betrieben wurde. In einem Zeitraum von 18 Monaten fielen die ursprünglich verwendeten Stehlager durchschnittlich mindestens drei Mal aus, was als inakzeptable Ausfallrate galt.
Eine Untersuchung der Anwendung selbst sowie der Lager ergab, dass die Kombination aus hohen Temperaturen und schwerer Belastung zu den vorzeitigen Ausfällen führte. Als Lösung empfahl NSK den Einsatz von Hi-TF-Pendelrollenlagern, die in Stehlagern eingebaut und mit Labyrinthdichtungen versehen sind. Diese Kombination kann einem Dauerbetrieb bei 200 °C selbst unter schwerer Belastung standhalten. Der erfolgreiche Einsatz dieser Lösung führte im Werk beim Lüfterbetrieb zu einer jährlichen Kosteneinsparung in Höhe von 9.130 €.
Mit Hi-TF- und Super-TF-Lagern liefert NSK zwei Lösungen für die Probleme mit verunreinigten Schmiermitteln in Zementwerken. Und NSK hat noch eine weitere Lösung für Wälzlager entwickelt, die an schwer zugänglichen Einbauorten eingesetzt werden und/oder dort verwendet werden, wo schmiermittelabsorbierender Staub entsteht: die Molded-Oil™ -Technologie. Sie kann die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Wälzlagern in Anlagen und Ausrüstungen, in denen sie starken Verschmutzungen ausgesetzt sind, enorm steigern und so gleichzeitig ihre Wartungsintervalle verlängern. Anlagenbetreiber profitieren durch den Wegfall von aufwendigen Wälzlagerschmierungen von enormen Kosteneinsparungen.
Bei Molded-Oil™ handelt es sich um einen Kunststoff mit Schmierölzusätzen. Mit einem Gewichtsanteil an Schmieröl von mehr als 50 % ist es anderen ölimprägnierten Kunststoffprodukten mit einem Schmieröl-Gewichtsanteil von lediglich einigen Prozent weitaus überlegen. Die Technologie besteht aus einem in einer Polyolefinmatrix eingelagerten Schmieröl. Die Eigenschaften des Werkstoffs sind Gewähr für eine gute und fortwährend ausgeführte Schmierung. Die Abgabe von Schmieröl aus der Matrix ist temperaturabhängig: Je höher die Wärmeerzeugung ausfällt, desto höher ist die Schmierölabgabe.
Die Molded-Oil™-Wälzlager lösen effektiv das Problem von Schmiermittelverlust in Wälzlagern aufgrund von Wassereintritt. Somit eignen sie sich ideal für viele Anwendungsbereiche in der Zementherstellung, wie etwa bei Vorwärmern, Aufbereitungstürmen, Lüftern, Förderbändern und Elektrofiltern.
NSK bietet die Molded-Oil™-Technologie für standardmäßige Rillenkugellager und Pendelrollenlager von Außendurchmessern bis zu 250 mm an. Bevor die Wälzlager mit Molded-Oil™ gefüllt werden, werden ihre Innenflächen noch speziell behandelt. Im Ergebnis fällt das Drehmoment nicht wesentlich höher aus als bei herkömmlich geschmierten Wälzlagern.
Zusätzlich zu den Werkstoff- und Schmiermittellösungen für Betriebsprobleme von Wälzlagern setzt NSK in Zementwerken Stehlagerprodukte mit verbesserten Labyrinthdichtungen ein. Diese Produkte sind in Zementwerken weit verbreitet, da sie zeitsparend und einfach einzubauen sowie praktisch wartungsfrei sind.
Stehlager eignen sich für eine einfache Montage in Förderbändern, Lüftern und allgemeinen Handhabungsvorrichtungen. Sie bieten eine robuste Konstruktion aus stahlverstärkten Hochleistungsdichtungen und Lagerdeckeln aus Gusseisen für den Schutz gegen Staub. Die Kombination aus Gusseisen-Staubschutz und Dichtungsmechanismus bietet den höchsten Grad an Schutz für Pendelrollenlager in stark verschmutzten Betriebsumgebungen. Darüber hinaus ermöglicht die Flexibilität der Staubschutzkonstruktion zahlreiche Konfigurationen für unterschiedliche Anforderungen an einen Welleneinbau.
Ergänzend zum leistungsfähigen Staubschutz bietet die verstärkte Gummidichtung mit zwei wellenabdichtenden Lippen bei gleichzeitig nur minimalem Reibmoment zusätzlichen Schutz gegen Staub- und Feuchtigkeitseintritt. Die Dichtung erleichtert – neben ihrer Schutzfunktion – zusätzlich den Einbau und kann bis zu +1 % Ausrichtungsfehler der Welle ohne Einbußen in ihrer Leistungsfähigkeit ausgleichen.
Zusätzlich zur hocheffektiven Dichtung wird die Dauerhaftigkeit der Stehlagereinheiten noch durch einen völlig neuen Pendelrollenlagertyp optimiert: die HPS™-Serie (High Performance Standard).
Da die HPS™-Serie für alle Anwendungsbereiche in der Zementindustrie konstruiert wurde (Vormahlen, Elektrofilter, Brennöfen, Feinmahlen und Förderbänder), bietet sie im Vergleich zu herkömmlichen Pendelrollenlagern gleicher Größe ein innovatives Leistungsvermögen bei doppelter Betriebslebensdauer (infolge von reduziertem Schlupf) und eine um bis zu 20 % erhöhte maximale Grenzumlaufgeschwindigkeit. Diese Leistungsvorteile bedeuten dank reduzierter Wartungs- und Energiekosten einen enormen Nutzen für die Zement-, Förder- und Bauindustrie und erlauben oftmals sogar ein Downsizing der Produkte.