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Wälzlager - 2020-07-13

Many sections of papermaking machinery are subject to high temperatures which present specific challenges to bearings. Photo: Moreno Soppelsa/Shutterstock

Die Papierhersteller und auch die Hersteller von Papiermaschinen arbeiten ständig daran, die Produktivität und Lebensdauer der Anlagen zu steigern. Aus diesem Grund setzen sie zunehmend NSK-Pendelrollenlager ein – insbesondere solche, die  aus Wälzlagerstahl nach TL-Technologie gefertigt werden.

Die einzigartigen Werkstoffeigenschaften dieses patentierten Stahls bewirken nachweislich eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausdehnungen und Spannungen in ringförmigen Körpern. Dadurch wird das Risiko von Innenringbrüchen verringert, und die Lager erreichen im Vergleich zu Standardwälzlagern eine mehr als doppelt so hohe Lebensdauer.

Die Pendelrollenlager der TL-Serie wurden speziell für jene Bereiche von Papiermaschinen ausgelegt, in denen erhöhte Temperaturen vorherrschen. Dazu gehören Thermalwalzen wie zum Beispiel Kalanderwalzen und Glättzylinder im Trockenbereich. Bei ihnen kommt es – wenn Standardlager eingesetzt werden – häufig zu Brüchen des Lagerinnenrings. Verursacht werden sie dadurch, dass Dampf durch die Hohlwelle der Walzen geleitet wird, um sie zu erwärmen. Das führt dazu, dass sich die Welle stärker ausdehnt als das Lager, so dass die Passung am Innenring immer fester wird. Wenn die Umfangsspannung (d.h. die in Umfangsrichtung ausgeübte Kraft) des Innenrings zunimmt, können Risse entstehen.

Hinzu kommt in solchen Fällen, dass die Wärme die Viskosität des Schmiermittels herabsetzt. Dadurch verringert sich ebenfalls die Lagerlebensdauer. Außerdem kann die Wärmeausdehnung der Welle zu Kriechen führen, das sich negativ auf die Maßhaltigkeit auswirkt.

Verhindern kann man das Auftreten solcher Probleme durch ein langsames Anlaufen der Anlage, bei dem die Temperatur nur in kleinen Schritten erhöht wird. Dann kann es allerdings mehrere Stunden dauern, bis die Anlage mit voller Leistung läuft. Solche Produktions- und Ertragsausfälle können und wollen sich die Papierhersteller nicht leisten. Wirtschaftlicher ist in diesem Fall eine kluge Auswahl der Wälzlager in den Walzen und Zylindern des Trockenbereichs.

NSK hat die Voraussetzungen für Innenringbrüche analysiert und eine Methode zur Festigkeitsbewertung dieser Lager entwickelt. Damit waren die Grundlagen für die Entwicklung der TL-Spezifikation geschaffen. Dabei handelt es sich um Wälzlager, die aus einem patentierten Einsatzstahl gefertigt werden. Die Vorteile dieses Einsatzstahls liegen in der harten Randschicht und dem relativ weichen Kern. Außerdem wurde das Wärmebehandlungsverfahren optimiert, um hohe Zugspannungen aufnehmen zu können. Dadurch wird die Festigkeit des Innenrings so weit erhöht, dass er bei Temperaturen bis zu 200°C hohen Umfangsspannungen standhalten kann. Weitere Kennzeichen der TL-Lager sind eine geänderte Innenkonstruktion und eine Schmiernut mit Schmierbohrung im Außenring.

Die Widerstandsfähigkeit von Innenringen, die die TL-Spezifikation erfüllen, ist höher als der Widerstand von Innenringen aus bainitischem Stahl und Wälzlagerstahl. Die Randschichthärte der Laufbahnen ist größer ist als die von bainitischem Stahl und einsatzgehärtetem Stahl. Aus diesem Grund erreichen die TL-Lager deutlich längere Standzeiten, wenn sie z.B. in Kalandern, Leitwalzen und Glättwalzen eingesetzt werden.

Ein Beispiel aus der Praxis: Bei den Kalanderwalzen in einer Papierfabrik kam es zu Rissen an den Innenringen der Walzenlager. Die Folge waren bis zu 12 Ausfälle pro Jahr, die zu aufwändigen Wartungsarbeiten und erheblichen Stillstandszeiten führten. Das Unternehmen bat ein Expertenteam von NSK, das Problem zu untersuchen. Solche Aufgaben übernimmt NSK im Rahmen des AIP-Programms (Added Value Programme).

Die NSK-Spezialisten stellten fest, dass es sich bei den in den Kalanderwalzen eingesetzten Pendelrollenlagern um Standardlager handelte, die nicht für den Betrieb bei hohen Temperaturen ausgelegt sind. Risse an den Innenringen waren daher die logische Konsequenz. NSK empfahl, auf Pendelrollenlager mit TL-Technologie umzustellen. Der Papierhersteller setzte diesen Vorschlag um, und die Lagerlebensdauer verdoppelte sich. Über einen Zeitraum von fünf Jahren konnte das Unternehmen rund 430.000 € an Wartungs- und Ausfallkosten einsparen.

NSK-Pendelrollenlager mit TL-Technologie bewähren sich seit 1994 in Trockenzylindern und anderen Walzen von Papiermaschinen. Das Programm umfasst mehr als 100 verschiedene TL-Lagergrößen und –typen mit Durchmessern bis zu 1.360 mm.

 

Bild 1): Im Trockenbereich von Papiermaschinen herrschen konstant hohe Temperaturen. Das führt zu hoher Beanspruchung der Wälzlager von Walzen und Zylindern. Foto: Moreno Soppelsa/Shutterstock

Bild 2): Beispielhafter Aufbau einer Trockenzylinderwalze mit Angabe der typischen Temperaturen.
1 Dampf, 2 Schmieröl, 3 Ölrücklauf

Bild 3): Bei diesem durchgehärteten Innenring eines Pendelrollenlagers führten die Umfangsspannungen aufgrund der hohen Temperaturen erst zu Rissen, dann zum Bruch

Bild 4): NSK-Pendelrollenlager mit TL-Technologie bieten im Vergleich zu Standard-Pendelrollenlagern eine doppelt so lange Lebensdauer

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