Optimierung der Lagerstellen in einem Warmwalzwerk

Wälzlager, die in den Anlagen der Stahlindustrie zur Anwendung kommen, sind oft extremen Beanspruchungen ausgesetzt. Es gibt spezielle Baureihen für diese Einsatzbedingungen. Optimale Lösungen lassen sich finden, wenn Wälzlagerhersteller und -anwender eng zusammenarbeiten. Das zeigt ein Projekt zur Optimierung der Arbeitswalzenlagerung, das NSK gemeinsam mit den Instandhaltern eines europäischen Warmwalzwerkes durchführte.

Warmbreitbandwalzwerke verarbeiten rot glühende Brammen unter hohem Walzdruck zu Bandstahl. Ein internationaler Stahlverarbeiter betreibt in Europa ein solches Walzwerk, das Bandstahl mit einer Blechstärke bis 13 mm erzeugt. Der Stahl wird zu Coils gewickelt, die mehr als 30 Tonnen Gewicht erreichen können und u.a. in der Automobilproduktion zum Einsatz kommen.

Arbeitswalzen: Extrembedingungen für Wälzlager
Die gesamte Walzstraße ist rund 300 Meter lang. Die zentralen Komponenten in der Anlage sind die Arbeitswalzen, die unmittelbaren Kontakt zum Material haben und letztlich die Oberflächengüte des Bandes beeinflussen.

Der überwiegende Teil der Walzkraft wird durch die Stützwalzen aufgenommen. Ein Teil der Radial- und Axialkräfte wird jedoch durch die Arbeitswalzen auf deren Lagerung übertragen. Entsprechend belastbar müssen die Lager sein. Man verwendet daher zumeist vierreihige Kegelrollenlager, die Kräfte aus beiden Richtungen aufnehmen können.

Außerdem ist bei der Lagerauswahl zu berücksichtigen, dass die Geschwindigkeit des Bandes und somit die Drehzahl des Lagers am Auslauf wesentlich höher ist als beim Einlauf. Dafür müssen die Lager am ersten Walzgerüst hohe Walzkräfte aufnehmen, und sind häufig auch Stoßbelastungen ausgesetzt.

Umstellung von offenen auf abgedichtete Lager
Die sonstigen Betriebsbedingungen der Wälzlagerungen in Warmwalzwerken sind ebenfalls ungünstig. In der Umgebung der Walzanlagen herrschen hohe Temperaturen, und es kann sowohl Walzzunder als auch (Kühl-)Wasser in die Lager eindringen.

Gemeinsam mit den Instandhaltungs-Spezialisten des Stahlwerkes hatte NSK vor einiger Zeit ein Projekt ins Leben gerufen, um die Lebensdauer der Arbeitswalzenlagerung unter diesen Bedingungen zu erhöhen und zusätzlich die Wartungsintervalle zu verlängern. Das Unternehmen setzte zu dieser Zeit noch offene vierreihige Kegelrollenlager ein. NSK empfahl die Umstellung auf abgedichtete Lager in einer speziellen Werkstoffqualität und lieferte erste Musterlager, die ein aus beiden Unternehmen zusammengesetztes Team verbaute.

Sonderwerkstoff für lange Lebensdauer bei ungünstigen Umgebungsbedingungen
Die Lager, die jetzt zum Einsatz kommen, werden aus „Super TF“-Stahl (STF) gefertigt. Dieser superreine Sonderstahl wurde für Anwendungen entwickelt, bei denen eine lange Lagerlebensdauer unter ungünstigen Bedingungen wie z.B. erhöhtem Eintrag von Verschmutzungen erwünscht ist.

Die Auswahl des Werkstoffs verhindert - in Kombination mit einer speziellen Wärmebehandlung - Risse und Laufbahnschädigungen, die durch Schmutzpartikel verursacht sind. Vergleichstests mit Lagern aus Standardwerkstoffen zeigen, dass STF-Lager bei verunreinigtem Schmierstoff eine rund zehnmal höhere Lebensdauer erreichen. In der Praxis sind Standzeiten bis zum Dreifachen der üblichen Gebrauchsdauer zu erwarten.

In Verbindung mit der hochwirksamen „Sealed Clean“-Abdichtung werden die vierreihigen Kegelrollenlager als „KVS Sealed Clean“-Serie produziert. Sie kommen vor allem in den Anlagen der Stahlindustrie zum Einsatz.

Der nächste Schritt: Optimierte Schmierstoffauswahl
Nach der Montage zeichnete sich schnell ab, dass die STF-Kegelrollenlager mit Sealed Clean-Dichtung eine deutlich höhere Lebensdauer erreichen als die zuvor eingesetzten offenen Lager. Deshalb wurden weitere Lager ausgetauscht.

Die Projektpartner waren aber noch nicht vollständig zufrieden mit dem Ergebnis, d.h. mit der zu erwartenden Lebensdauer der Lager. Bei den nachfolgenden Revisionen waren wiederum Experten von NSK vor Ort und begutachteten die Lager. Dazu gehörten auch Schmierstoffanalysen des von NSK empfohlenen Wälzlagerfettes, das mit dem Schmierstoffhersteller zusammen entwickelt wurde.

Die Analysen zeigten an einzelnen Bereichen in den Lagern eine erhöhte Wasserkonzentration im Schmierstoff. Obwohl der Wert noch keine kritische Höhe erreichte, wurde die Umgebungskonstruktion weiter verbessert und an die NSK-Vorgaben angepasst.

Längere Wartungsintervalle, deutlich höhere Lebensdauer
Als Ergebnis des Projektes ergibt sich eine deutliche Verlängerung sowohl der Wartungsintervalle als auch der Lebensdauer der Arbeitswalzenlager. Bei den offenen Lagern war nach jeweils 600 bis 800 Stunden eine Revision fällig, bei den gedichteten Lagern konnte das Intervall auf 1.400 Stunden ausgedehnt werden. Ähnlich ist die Relation bei der Lebensdauer. Sie erhöhte sich von rund 8.000 Stunden auf ca. 14.000 Stunden.

Durch den Einsatz der abgedichteten Lager aus STF-Stahl ergibt sich somit aus Sicht des Walzwerkbetreibers der Vorteil einer verbesserten Anlagenverfügbarkeit, weil die Standzeit verlängert werden konnte. Zugleich verringert sich der Wartungsaufwand und auch die Umweltbelastung wird minimiert, da ein Nachschmieren der Lager im Betrieb entfällt und das Fett nur bei den Revisionen gewechselt werden muss.

AIP-Programm: Beratung mit Branchen-Know-how
Als Nachteil kann man die höheren Beschaffungskosten für die STF-Lager mit Sealed-Clean-Dichtungen ansehen, die jedoch durch den verringerten Wartungsaufwand und die geringeren Stillstandszeiten mehr als kompensiert werden. Außerdem müssen die Dichtungen bei Bedarf erneuert werden. Um dies mit geringem Aufwand erledigen zu können, wurde das Dichtungskonzept grundlegend überarbeitet. Außerdem hat NSK das Wartungspersonal entsprechend geschult.

Solche Schulungen gehören zum Dienstleistungsangebot des „Added Value Program“ (kurz AIP), in dessen Rahmen Branchenexperten von NSK Wälzlager an Maschinen begutachten, die sich im Einsatz befinden. Ziel des Programms ist zumeist - wie auch bei diesem Anwendungsbeispiel - eine Verlängerung der Lebensdauer der Wälzlager und somit eine Reduzierung von Stillstandszeiten und Wartungsaufwand.

In der Stahlindustrie, aber auch in anderen Anwendungsbereichen von Wälzlagern, kann NSK hier Beratung von großem Nutzwert bieten, weil zum Produktprogramm auch Wälzlagerbaureihen gehören, die dezidiert für ungünstige Umgebungsbedingungen entwickelt wurden.