NKE: Brünierte Wälzlager leben länger

Brünieren optimiert Wälzlager

| Redakteur: Konrad Mücke

Längere Betriebslebensdauer: Speziell bei vollrolligen Zylinderrollenlagern verbessert eine Brünierung der Rollen oder sämtlicher Lagerkomponenten deutlich das Verschleissverhalten.
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Längere Betriebslebensdauer: Speziell bei vollrolligen Zylinderrollenlagern verbessert eine Brünierung der Rollen oder sämtlicher Lagerkomponenten deutlich das Verschleissverhalten. (Bild: NKE Austria GmbH)

Bauteile aus Eisen oder Stahl zu brünieren, schützt diese gegen Korrosion und verbessert die Optik. Geeignete Verfahren, Forderungen und Prüf­methoden enthalten die Normen DIN 50938 und ISO 11408. Auch detaillierte Verfahren speziell für Wälzlager sind dort erwähnt.

Brünieren erzeugt auf Werkstücken aus Eisen und Stahl eine dünne Schutzschicht. Ein mehrstufiger chemischer Prozess wandelt die Bauteiloberfläche um in eine 1 bis 2 µm dünne Mischoxidschicht. Diese besteht aus FeO, Fe2O3 und Fe3O4. Deshalb ist das Brünieren kein Beschichtungsverfahren. Es ändert die Dimensionen der Werkstücke nur minimal. Das typische Schwarz der Brünierung ergibt sich aus den Misch­oxiden, die in der Konversionsschicht enthalten sind. Meist wird Brünieren als Korrosionsschutz genutzt. Allerdings entsteht dieser durch Öl und Fett, das auf die dünne und poröse Konversionsschicht aufgebracht wird und dort gut haftet. Somit ist der Korrosionsschutz nur kurzfristig. Über längere Zeit kann er nur durch weiteres Beölen (Wartung) aufrechterhalten werden. Um lange Zeit zuverlässig und wirksam gegen Korrosion zu schützen, nutzt man inzwischen wesentlich geeignetere Verfahren.

Vorteile für Wälzlager

Brünierte Wälzlagerkomponenten verfügen über besondere technische Eigenschaften. Diese verbessern vor allem das Verhalten relativ zueinander bewegter Einzelteile. Das betrifft bereits einzelne brünierte Elemente (meist Wälzkörper). Deutlich besser erweisen sich allerdings Wälzlager, deren Komponenten ausnahmslos (Innen- und Aussenring, Wälzkörper) brüniert sind.

Die durch Brünieren erzeugte Konversionsschicht ist abrieb- und biegefester als unbehandelter Stahl. Das begünstigt das Einlaufverhalten und das Dauerlaufverhalten der Wälzlager. Brünierte Wälzlager verschleissen zu Beginn deutlich weniger, auch dauert das verschleissbehaftete Einlaufen kürzer als bei unbehandelten Wälzlagern. Zudem begünstigt die poröse Konversionsschicht, dass Schmierstoffe an den Oberflächen der Wälzlagerkomponenten besser haften. Das optimiert die Schmierung speziell beim eher kritischen Ein- und Anlaufen. Von diesem Vorteil profitieren beispielsweise Windkraftanlagen. Für solche Anwendungen stellt unter anderem der österreichische Hersteller NKE seit vielen Jahren brünierte Zylinderrollenlager (vollrollig oder mit Käfig) für Gross- und Hauptgetriebe zur Verfügung. Die Brünierung schützt zum einen beim Ein- und Anlaufen der Wälzlager, zum anderen mindert sie WEC (White Etching Cracks).

Adhäsion vermeiden, Verschleiss reduzieren

Wälzlager, die nur niedrig belastet sind oder häufig die Drehrichtung ändern, neigen zu adhäsivem Verschleiss. Es gibt Schäden durch Schlupf und auch Anschmierungen durch das Gleiten der Wälzkörper, also dem Rutschen von Wälzkörpern auf dem Innen- beziehungsweise Aussenring. Das ergibt sich meist aus extrem unterschiedlichen Abwälzgeschwindigkeiten zwischen Innenringlaufbahn und Rollensatz. Das Gleiten verursacht speziell im Bereich des Eintritts der Wälzkörper in die belastete Zone Anschmierungen. Diese schädigen den Werkstoff beziehungsweise das Werkstoffgefüge nahe der Oberfläche der Wälzkörper und der Laufbahn. Rasch verschlechtern sich die Betriebseigenschaften. Oft erreichen die Wälzlager vorzeitig das Ende ihrer Betriebslebensdauer. Derartige Schäden durch Schlupf entstehen meist wegen unzureichender Schmiermengen beziehungsweise wegen ungeeigneter Schmierstoffe. Eine Sonderform der Schlupfschäden entsteht in vollrolligen Zylinderrollenlagern. Bei dieser Bauform drehen sich die Rollen in entgegengesetzter Richtung gegeneinander. Das erschwert, einen trennenden Schmierfilm zwischen den Rollen auszubilden. So können sich benachbarte Rollen metallisch berühren und ungeschmiert aufeinander abgleiten. Die hohe Reibung verursacht Anschmierungen. Das schädigt die Mantelflächen der Zylinderrollen. Beispielsweise sollten Zylinderrollenlager für Wellen bis 560 mm Durchmesser nur mit maximal ein Prozent der radialen Tragfähigkeit und bis 1200 1/min Drehzahl betrieben werden. Auch bei einer reduzierten Anzahl an Zylinderrollen (mit einhergehend reduzierter Tragfähigkeit) gibt es die charakteristischen, pfeil- oder rautenförmigen Anschmierungen in den Laufbahnen. Das schädigt die Oberflächen der Wälzkörper. Brünierte Wälzlager erweisen sich deutlich besser als die unbehandelten Wälzlager. Die Brünierung dient als Schutzschicht. Sie verzögert und verhindert Anschmierungen und einhergehenden vorzeitigen Verschleiss. Sie mindert erheblich, dass die Wälzkörper bei kurzzeitigem metallischem Kontakt ohne Schmierfilm miteinander kalt verschweissen.

Allerdings ist zu beachten, dass die nur dünne Konversionsschicht des Brünierens abhängig von den Betriebsbedingungen der Wälzlager auch verschleisst und nach einiger Zeit aufgebraucht ist. Ein sorgfältig auf die jeweilige Betriebssituation abgestimmter Schmierstoff ist unbedingt erforderlich. Mit brünierten Wälzkörpern oder als Varianten mit Brünierung sämtlicher Komponenten (ausgenommen der Käfige) stehen Zylinderrollenlager vom östrreichischen Hersteller NKE zur Verfügung. Mit ihnen können Anwender bei besonders belasteten Getrieben die Betriebslebensdauer deutlich verlängern.

Gegen Umgebungseinflüsse schützen

Zusammen mit den beschriebenen Vorteilen schützt die Brünierung zusätzlich gegen Umgebungseinflüsse. Sie verbessert nicht nur in Verbindung mit einem geeigneten (Konservierungs-)Öl den Schutz gegen Korrosion. Sie beugt auch sogenanntem Passungsrost vor. Sie bildet eine Schutzschicht gegen eine schädliche Wasserstoffdiffusion, die zur Versprödung führen kann. Zudem schützt die Brünierung gegen das chemische Einwirken aggressiver Ölbestandteile (Verschleiss- und Korrosionsschutzadditive), die oft in Schmierölen für Getriebe enthalten sind. - kmu - SMM

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