Wälzlager - 24/10/2021
Pendelrollenlager für die Papierproduktion
Pendelrollenlager der TL-Serie von NSK wurden speziell für Anwendungen in der Papierproduktion entwickelt. Im Vergleich zu konventionellen Pendelrollenlagern zeichnen sich diese Lager u.a. durch eine erhöhte Zugfestigkeit der Innenringe und eine sehr gute Maßhaltigkeit bei hohen Betriebstemperaturen aus – das erhöht ihre Lebensdauer unter den besonderen Umgebungsbedingungen der Papierherstellung.
Die Abkürzung TL steht für „Tough and long life“, und mit den Lagern adressierten die Entwickler ein Schadensbild, das in Anlagen der Papierindustrie – insbesondere bei Trockenzylindern und Kalanderwalzen – gehäuft auftrat. Wenn dort Pendelrollenlager mit strammer Passung verwendet werden, kann es zu Innenringbrüchen kommen. Der Grund: Bei diesen Anlagenkomponenten wird überhitzter Dampf durch die Hohlwelle und damit durch die Bohrung der Lager geleitet. Das führt dazu, dass sich die Welle stärker ausdehnt als das Lager, so dass die Passung am Innenring immer fester wird. Wenn die Ringspannung und mit ihr die Umfangsspannung (d.h. die in Umfangsrichtung ausgeübte Kraft) des Innenrings zunimmt, können die Ringe achsparallel reißen.
Ziel der Entwicklung musste es somit sein, eine größere Zugspannung der Innenringe aufgenommen werden kann. Erreicht wird dies durch einen Einsatzstahl mit spezieller Wärmebehandlung. Sie führt dazu, dass die Laufbahnen härter sind als bei Lagern aus herkömmlichem Lagerstahl. Zugleich aber ist die Kernhärte geringer und somit elastischer. Dieser Kontrast sorgt einerseits für die nötige Stoßfestigkeit, um Brüche des Innenrings zu verhindern, und andererseits für die notwendige Oberflächenhärte, die eine lange Lebensdauer der Lager gewährleistet.
Tests dokumentieren die Wirksamkeit der Wärmebehandlung
Dass die Widerstandsfähigkeit von Innenringen, die der TL-Spezifikation entsprechen, deutlich höher ist als die von Innenringen aus bainitischem Stahl oder Standard-Lagerstahl, hat eine Testreihe gezeigt. Bei diesen Bruchtests wurden die Innenringe einer Radiallast von 2000 kg bei einer Drehzahl von 1800 U/min ausgesetzt, während gleichzeitig ein gemessener Ringspannungswert angewendet wurde.
Die beiden Ringversionen aus Wälzlagerstahl brachen bei einer Ringspannung von 400 MPa nach durchschnittlich 1 x 107 Umdrehungen (konventioneller Lagerstahl) bzw. 7 x 107 Umdrehungen (bainitischer Stahl). Der Stahl mit TL-Spezifikation hingegen brach selbst bei einer Ringspannung von 430 MPa nicht, auch nicht nach 3 x 108 Umdrehungen. Die Bruchfestigkeit der TL-Ringe übertrafen auch geringfügig die Werte von Ringen, die aus konventionellem Einsatzstahl mit Maßstabilisierung hergestellt wurden.
Ein Grund für diese Widerstandsfähigkeit ist die Eigenspannung nach der Wärmebehandlung), die in den Innenringen aus TL-Stahl gemessen wurde. Sie ist deutlich höher als bei anderen Lagertypen. Weil sie in die Richtung wirkt, die der Ringspannung entgegengesetzt ist, steigert sie die Bruchfestigkeit. Auch bei den folgenden Ermüdungstests zeigten die Lager der TL-Serie eine weitaus bessere Leistung als die anderen Lagerwerkstoffe.
Die Oberflächenhärte der Laufbahn ist ebenfalls vergleichsweise hoch. Bei den TL-Lagern wurden 710-720 HV (60,5-61,0 HRc) gemessen. Dieser Wert ist leicht höher als bei Wälzlagerstahl mit Maßstabilisierung (690-700 HV, 59,5-60,0 HRc), Wälzlagerstahl mit bainitischer Härteverfahren (670-680 HV, 58,5-59,3 HRc) und konventionellem Einsatzstahl mit Maßstabilisierung (680-700 HV, 59-60 HRc).
Weitere Tests zeigten, dass die NSK-eigene Wärmebehandlungstechnologie ebenfalls zur Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen beiträgt. Lager aus Stahl der TL-Spezifikation zeigten nach 10.000 Einsatzstunden bei 150°C Lagertemperatur eine vernachlässigbare Maßänderungsrate von etwa 0,002%. Dieser Wert ist niedriger als der von Lagerstahl mit maßstabilisierender Behandlung (bei 130°C) und deutlich geringer als bei Lagerstahl mit Standardwärmebehandlung.
60% höhere Ringspannung, fünffach höhere Ermüdungslebensdauer
Der Wälzlagerstahl nach NSK TL-Spezifikation bietet eine um 60 % höhere Ringspannung und eine fünfmal höhere Ermüdungslebensdauer als Wälzlagerstahl mit bainitischer Wärmebehandlung sowie eine um 180 % höhere Ringspannung und eine doppelt so hohe Ermüdungslebensdauer wie Wälzlagerstahl mit Standard-Wärmebehandlung.
Diese Vorteile bedeuten für die Anwender eine höhere Produktivität und einen echten Wettbewerbsvorteil, und das ist in der Branche bekannt. So hat zum Beispiel ein renommierter russischer Papier- und Kartonhersteller bei der Modernisierung einer Kartonmaschine an insgesamt 108 Trockenzylindern (auf der Antriebs- und Bedienseite) Pendelrollenlager der Serie TL montiert. Viele andere Papier- und Kartonhersteller setzen in ihren Maschinen ebenfalls TL-Pendelrollenlager ein, die inzwischen in mehr als 100 verschiedenen Lagergrößen und –typen zur Verfügung stehen.
Bild 1): NSK-Pendelrollenlager mit TL-Spezifikation erreichen im Vergleich zu Standardlagern eine deutlich höhere Lebensdauer.
Bild 2): Bruchtests beweisen die höhere Widerstandsfähigkeit der Innenringe von Pendelrollenlagern mit TL-Spezifikation.
Bild 3): Benchmark-Untersuchungen belegen die höhere Lebensdauer der TL-Pendelrollenlager
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