NSK: Beständige Pendelrollenlager und dichte Lagereinheiten Rauen Bedingungen langfristig widerstehen

Von Konrad Mücke

In verschmutzter Umgebung – Walzwerke, Mischer für Transportbeton, Rüttelsiebe für Bauschutt – verschleissen übliche Wälzlager innerhalb kurzer Zeit. Den häufigen, unwirtschaftlichen Austausch vermeiden Pendelrollenlager aus speziellem Stahl und Lagereinheiten mit ausgeklügelten Dichtungen.

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Die dreifache Dichtlippe der von NSK entwickelten Dichtung aus Nitrilgummi mit äusserer Stahlabdeckung schützt die Wälzlager zuverlässig gegen Staub, Sand und anderen Schmutz.
Die dreifache Dichtlippe der von NSK entwickelten Dichtung aus Nitrilgummi mit äusserer Stahlabdeckung schützt die Wälzlager zuverlässig gegen Staub, Sand und anderen Schmutz.
(Bild: NSK)

In der Stahlindustrie müssen Wälzlager oft unter rauen Bedingungen arbeiten. Metallpartikel oder Ablagerungen verunreinigen die Schmierung. Das verursacht Eindrücke in den überwälzten Oberflächen in den Wälzlagern. Im Bereich dieser Eindrücke kommt es beim erneuten Überrollen zu Spannungen, die schliesslich Risse und ein Abplatzen von Werkstoff (Pitting) verursachen. Deshalb waren in einem Kaltwalzwerk die Wälzlager des Walzgerüsts mehrmals jährlich zu wechseln. Das erforderte lange Zeiten und hohen Arbeitsaufwand für Wartung und Instandsetzung. Somit war es für das Walzwerk unwirtschaftlich.

Mehrstufige Wärmebehandlung

Spezialisten beim Wälzlagerhersteller NSK erforschten deshalb das Verhalten unterschiedlicher Stähle. Ein hoher Restgehalt an Austenit erweist sich als günstig, um die Konzentration von Spannungen rund um die Aufwerfungen der Eindrücke zu vermindern. Das verlängert deutlich die Lebensdauer der Wälzlager. Anhand dieser Erkenntnis haben die Werkstoffexperten beim Wälzlagerhersteller das Verfahren TF zur Wärmebehandlung entwickelt. Mit ihm wird der Restaustenitgehalt in Wälzlagerstählen optimiert. Da Austenit jedoch eine weiche Mikrostruktur hat, ist in einem weiteren Verfahren die Ausdehnung der Karbid- und Karbonitridpartikel im Vergleich zu den Partikeln in üblichen aufgekohlten Wälzlagern zu verkleinern. So kann bei einem höheren Restgehalt an Austenit eine hohe Härte verwirklicht werden. Der nunmehr verwirklichte, als Super-TF bezeichnete Werkstoff hat eine besondere chemische Zusammensetzung. Sie ergibt sich aus dem speziellen Verfahren zur Wärmebehandlung.

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Deutlich längere Lebensdauer

Wälzlager aus dem innovativen Wälzlagerstahl von NSK haben wesentlich bessere mechanische Eigenschaften. So haben sie unter anderem eine um 23 Prozent höhere dynamische Tragzahl. Das entspricht einer effektiven Verdopplung der Ermüdungslebensdauer im Vergleich zu Lagern aus Standardstahl. Der jüngst verwirklichte, für Wälzlager optimierte Stahl eignet sich nicht nur für Einsätze unter sehr hohen mechanischen Belastungen, zum Beispiel in Stahlwalzwerken. Er vermindert nachweislich auch das Risiko, dass verunreinigte Schmiermittel an der Oberfläche von Lagerlauf­bahnen sogenannte Pittings – oberflächliche Ausbrüche – verursachen.

Optimiertes Walzgerüst

Zu den Anwendern, die diese Eigenschaften bestätigen können, gehört ein Kaltwalzwerk. Dort waren etwa vierteljährlich die ehemals eingesetzten Pendelrollenlager (Typ 24040) im Rollgang verschlissen. Ingenieure von NSK analysierten die ausgefallenen Wälzlager und das darin befindliche Fett. Die stark verschmutzte Umgebung verursachte den vor­zeitigen Ausfall der Wälzlager. Immer wieder drangen Metallpartikel und grober Schmutz in die Wälzlager ein.

NSK empfahl, die Standard-Wälzlager gegen solche aus dem speziellen Stahl Super-TF auszutauschen. Diese widerstehen den Verschmutzungen wesentlich besser und länger. Nach vier Monaten täglichen Betriebs ergab eine Röntgenanalyse eine zu erwartende Restlebensdauer von 29 bis 50 Monaten. Das beweist die hervorragende Beständigkeit des Wälzlagerstahls Super-TF gegen Verschleiss. Seither tauscht das Stahlwalzwerk die Pendelrollenlager nur noch jährlich bei der planmässigen Wartung. Damit vermindert es den Aufwand für Arbeit und Ersatzteile. Wegen der zudem kürzeren Stillstandszeiten arbeitet das Walzwerk nunmehr wesentlich wirtschaftlicher.

Bau- und Arbeitsmaschinen

Im Bergbau und in der Rohstoffverarbeitung müssen Wälzlager besonders rauen Bedingungen widerstehen. In Steinbrüchen, Bergwerken und auf Baustellen sind Maschinen und mit ihnen die Wälzlager hoch belastet. Schmutz und Staub sowie mechanische Beanspruchungen, wie Stösse und Vibrationen, können starken Verschleiss verursachen. Deshalb entscheidet häufig die Auswahl der passenden Wälzlager über die zuverlässige Funktion über lange Zeiträume. Mit der richtigen Auswahl der Wälzlager kann der Betreiber die Standzeit von mobilen und stationären Arbeitsmaschinen erheblich verlängern und Wartungskosten vermindern.

Für diese Anwendungen hat der Wälzlagerhersteller NSK die Wälzlager der Reihe Self-Lube entwickelt. Sie sind mit optimierten Werkstoffen, Schmierstoffen und Dichtungen ausgeführt, die speziell widrigen Umgebungsbedingungen lange Zeit widerstehen. Sie haben verglichen mit üblichen Wälzlagern eine wesentlich längere Funktions- und Lebensdauer.

Angepasste Dichtungen und Schmierstoffe

Ein Konstruktionsmerkmal der Wälzlager Self- Lube sind die speziell gegen starke Verschmutzung wirksamen Lippendichtungen aus Nitril. In einem Aussenring mit Stahlabdeckung befindet sich die einteilige Dichtung mit drei Dichtlippen. Dieses Dichtungssystem schützt das Lager gegen Staub, Sand, Wasser und andere Verunreinigungen. Dank ihrer Eigenschaftskombination werden diese abgedichteten Wälzlager zunehmend für Maschinen und Anlagen in Steinbrüchen, Bergwerken und anderen «Heavy duty»-Einsätzen genutzt.

Gegen Staub und Sand geschützt

Zum Beispiel arbeiten in einem Gewinnungsbetrieb in einer Aufbereitungsanlage die Wälzlager nicht nur in staubiger Umgebung, sondern zeitweise sogar vollständig unter Sand. Nach dem Austausch der ehemals sehr anfälligen Standard-Wälzlager gegen Ausführungen mit Dichtungen Self-Lube erreichen die Wälzlager nunmehr eine bis zu zehn­fache Lebensdauer.

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Gegen abrasive Partikel beständig

In einer Mischanlage für Transportbeton verschlissen die Wälzlager in Schneckenpumpen innerhalb kurzer Intervalle. Diese Pumpen fördern ein abrasives Gemisch aus Asche, Sand, Glas, Fasern und Metallpartikeln in Behälter. Die Schnecken sind in etwa 40° gegen die Waagerechte angeordnet. Insbesondere die unteren Lagereinheiten waren häufig vorzeitig nicht mehr funktionstüchtig. Die Untersuchung ergab zahlreiche Ursachen. Beispielsweise lagen aufgrund des Verschleisses die Dichtlippen nicht mehr an den Dichtflächen des Lager-Innenrings an. So konnte Schmutz direkt ins Lager eindringen. Zudem waren die Wälzlager stark korrodiert. Die Schmierung war entfallen. Eindringender Staub und Partikel hatten vermutlich das Schmierfett gebunden. So befand sich im Wälzlager ein Gemisch aus Schmutz und Fett, vergleichbar einer Schleifpaste. Diese hatte die Gummidichtung verschlissen. Deutlich zuverlässiger, besser und länger verschleissfrei arbeiten inzwischen Wälz­lager Self-Lube, die mit einer zusätzlichen Schleuderscheibe mit Dichtung ausgestattet sind. Letztere hält bereits einen wesentlichen Teil des anstehenden Schmutzes zurück. So ist die Lagerdichtung weniger beansprucht. Zusätzlich kann eine Endkappe dazu beitragen, dass weniger oder gar kein Staub und Schmutz eindringen.

Zahlreiche Varianten

Für eine Vielzahl unterschiedlicher Konstruktionen stehen die Wälzlager Self-Lube von NSK in zahlreichen Abmessungen und Ausführungen zur Verfügung. Das betrifft Stehlager, Flanschlager, Spann­kopflager, Hülsenlager und Hängelager. Die Lager­einsätze können als Option mit einer Stahlendkappe ausgestattet werden. Diese schützt das Personal vor rotierenden Bauteilen und zudem das Wälzlager gegen Verschmutzung. – kmu – SMM

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