NSK, Motion & Control
Wälzlager - Neuigkeiten
16.02.2010
Wälzlager für die Stahlindustrie – Engineering inclusive
Die Stahlindustrie stellt hohe Anforderungen an die Wälzlager, denn hier wirken hohe besonders Kräfte auf die Lager und die Umgebung ist häufig verschmutzt. Wenn während des Betriebs Probleme auftreten, lässt sich durch gezieltes „Application Engineering“ und durch die Optimierung der Lagerspezifikation die Verfügbarkeit der Anlage erhöhen.
Als einer der weltweit führenden Wälzlagerhersteller bietet NSK seinen Kunden ein Vollsortiment an Wälzlagern. Für einige Anwenderbranchen, die besonders hohe Anforderungen an die Lager stellen, geht das Angebot über das übliche Programm hinaus: Es stehen besondere Lager zur Verfügung, die für diese speziellen Branchen entwickelt wurden. Abgerundet wird das Angebot durch umfassende Engineering-Dienstleistungen. Dies gilt neben der Stahlindustrie z.B. auch für die Windkrafttechnik sowie für Pumpen- und Kompressorenhersteller. So hat NSK hochreine Werkstoffe entwickelt, die unter den extremen Beanspruchungen z.B. von Walzgerüsten hohe Standzeiten erreichen.
„Application Engineering“ für Anwender
Nicht nur der Anlagenhersteller, auch die Betreiber können auf direktem Wege vom Know-how des Wälzlagerherstellers profitieren. Die NSK- Anwendungsingenieure sind vor Ort, wenn es in der Praxis zu vorzeitigen Ausfällen kommt, an denen die Wälzlager ursächlich beteiligt sind. Denn das Unternehmen bietet für diese Fälle eine Dienstleistung mit der Bezeichnung „Application Engineering“. Das bedeutet: Ein Wälzlager-Experte, der über Know-how aus der Anwenderbranche verfügt, untersucht vor Ort und ggfs. in Zusammenarbeit mit dem NSK-Technologiezentrum den Schadens- bzw- Anwendungsfall und erarbeitet eine Empfehlung, wie die Standzeit von Wälzlagern verlängert werden kann. Empfoh-len wird z.B. der Austausch der Lager gegen eine andere Bauform, eine andere Schmierung oder zusätzliche Servicemaßnahmen. Auf diese Weise kann der An-wender mit teilweise sehr geringem investivem Aufwand die Produktivität der Anlage deutlich erhöhen und unplanmäßige Stillstandszeiten vermeiden.
Wälzlager-Ausfälle in Kaltwalzgerüst durch optimierte Werkstoffauswahl beseitigt
An einem Praxisbeispiel lässt sich die Vorgehensweise des Application Enginee-ring am besten verdeutlichen. Ein Unternehmen der Stahlindustrie wandte sich an die NSK-Ingenieure, weil an den Stützrollen eines Sendzimier-Kaltwalzgerüstes vermehrte Lagerausfälle nach 1500 bis 3000 Betriebsstunden auftraten. Die Folge war jedesmal eine unplanmäßige Stillstandszeit von etwa drei Stunden.
Stützrollen in solchen Anlagen werden stark beansprucht, denn sie nehmen die gesamte Walzkraft auf, unterliegen also hoher mechanischer Beanspruchung bei mäßiger Schmierung. Untersuchungen der Lager vom Typ 3PL 130 in den NSK-Labors zeigten, dass die Ausfälle durch erhöhten Verschleiß an den Innenring-laufbahnen der Wälzlager verursacht wurden. Offenbar waren die Innenringe bei diesem Einsatz besonders hohen Lasten ausgesetzt. Der Verschleiß war insofern nicht zu erwarten, als der von NSK als Basiswerkstoff verwendete Z-Stahl ein hochreines Material ist, das unter Last sowie bei schlechter Schmierung eine wesentlich höhere Standzeit aufweist als der üblicherweise verwendete Stahl.
Als Alternative zum Z-Stahl bietet NSK Lager aus EP-Stahl an, bei dem durch ein besonderes Herstellverfahren unter Verbesserung der Gefügestruktur der Gehalt von nichtmetallischen Einschlüssen auf ein Minimum reduziert werden konnte. Dadurch wird eine höhere Belastbarkeit und somit eine längere Ermüdungslebensdauer erreicht. Dieser Werkstoff wurde von NSK in Zusammenarbeit mit einem Stahlhersteller entwickelt; zugleich entwickelte NSK ein neues bildgebendes Verfahren, mit dem sich die Reinheit des Stahls im Labor beurteilen lässt.
Praxistest: 5000 Stunden ohne Ausfälle
NSK empfahl daher angesichts der vorliegenden Betriebsdaten die Verwendung von EP-Stahl. Die Wirkung dieser Empfehlung wurde in der Praxis überprüft: Der Anwender tauschte einen kompletten Lagersatz für eine Achse aus. Nachdem dieser Lagersatz mehr als 5.000 Stunden ohne Ausfälle und ohne Ermüdungserscheinungen in Betrieb war, wurde auch der Austausch der anderen sieben Achsen beschlossen.
Das Beispiel zeigt, dass nicht nur die innere Lagerkonstruktion, sondern auch der verwendete Werkstoff eine wesentliche Rolle bei der Lagerauswahl spielt und die Standzeit der Lager bzw. der gesamten Maschine erheblich beeinflusst. NSK bietet viele Lagerbauarten nich nur im NSK-Standardwerkstoff Z-Stahl an, sondern auch in anderen Werkstoffen, die für spezielle Einsatzbedingungen entwickelt wurden. Beispiele sind der hier erwähnte hochreine EP-Stahl sowie der besonders wärmebeständige SHX-Stahl für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Lebensdauer von Wälzlagern in Kaltwalzgerüst um den Faktor Drei erhöht
In einem anderen, ganz ähnlichen Einsatzfall mussten die Arbeitswalzen eines Kaltwalzgerüstes schon nach durchschnittlich 800 Betriebsstunden ausgetauscht werden. NSK wurde beauftragt, die Anwendung zu untersuchen und Vorschläge für eine Verlängerung der Standzeit zu machen.
Die Untersuchung umfasste die Umgebungsbedingungen der Lager am Walzge-rüst, die Lager selbst und den Schmierstoff. Im NSK-Labor wurden im Schmier-stoff ein erhöhter Wassergehalt sowie Verunreinigungen festgestellt, die letztlich zu vorzeitigem Lagerschaden führten. Die Erklärung: Um hohe Walzgeschwindigkeiten zu erreichen, schmiert man den Walzspalt mit einem Gemisch aus Öl und Wasser. Das Wasser wird zugleich zur Kühlung des Kaltbandes benötigt.
Als Verbesserungsmaßnahme schlugen die NSK-Ingenieure die Verwendung von Lagern des Typs WTF 266KV vor. Sie werden aus dem Werkstoff WTF herge-stellt, einer Weiterentwicklung des bewährten TF-Werkstoffs, der immer dann eingesetzt wird, wenn die Umgebungsbedingungen den Eintrag von Verschmutzungen ins Lager erwarten lassen. Das „W“ im Namen des Materials steht für „Wasser“, denn WTF wurde speziell für Einsätze entwickelt, bei denen neben Verschmutzungen auch erhöhter Feuchtigkeitsgehalt in der Lagerung auftritt.
Der Werkstoff macht den Unterschied
Nachdem die Lager ausgetauscht wurden, erhöhte sich die Standzeit der Arbeitswalzenlagerung um den Faktor 3 auf rund 2.700 Stunden. Das heißt für den Anwender, dass die Inspektionen planmäßig im jährlichen Rhythmus durchgeführt werden können. Diese Beispiele zeigt, wie man – gerade bei kritischen Betriebsbedingungen – die Standzeit von Wälzlagern durch optimale Werkstoffauswahl vervielfachen kann. Das gilt selbstverständlich nicht nur für Walzwerke, sondern für alle Industriebereiche, in denen die Wälzlager außergewöhnlich hohen Belastungen ausgesetzt sind.