Wälzlager - 14/11/2021
Super-TF-Pendelrollenlager im Kaltwalzwerk: Hohe Lebensdauer in verschmutzter Umgebung
In einem Kaltwalzwerk kam es wiederholt zu Ausfällen von Wälzlagern – mit der Folge hoher Kosten für Wartung und Produktionsausfall. Ingenieure von NSK stellten fest, dass die Ausfälle auf Verschmutzung zurückzuführen waren, und schlugen die Verwendung von Pendelrollenlagern aus Super TF-Stahl vor. Nach einem viermonatigen Test wurden die Wälzlager wieder ausgebaut und überprüft, dabei wurde eine Restlebensdauer von 29 bis 50 Monaten ermittelt. Seither wechselt der Anwender die Lager nur noch einmal pro Jahr im Zuge der planmäßigen Wartung.
In der Stahlindustrie müssen Wälzlager oft unter Bedingungen arbeiten, bei denen Metallpartikel oder Ablagerungen die Schmierung verunreinigen können. Diese Verunreinigungen verursachen Eindrücke in den Wälzoberflächen der Lager. Im Bereich dieser Eindrücke kommt es beim erneuten Überrollen zu Spannungen, die schließlich zu Rissen und Oberflächenabplatzungen führen.
Die NSK-Forschung hat gezeigt, dass ein hoher Restaustenitgehalt ein äußerst wirksames Mittel ist, um die Spannungskonzentration um die Aufwerfungen der Eindrücke herum zu verringern und die Lebensdauer der Lager zu verlängern. Auf der Basis dieser Erkenntnis haben die NSK-Werkstoffexperten die TF-Technologie entwickelt: ein einzigartiges Wärmebehandlungsverfahren zur Optimierung des Restaustenitgehalts in Wälzlagerwerkstoffen. Da Austenit selbst jedoch eine weiche Mikrostruktur aufweist, musste auch ein Verfahren entwickelt werden, um den Durchmesser der Karbid- und Karbonitridpartikel im Vergleich zu den Partikeln in standardmäßig aufgekohlten Wälzlagern zu verringern. So kann ein höherer Restaustenitgehalt und zugleich ein hoher Härtegrad erreicht werden.
Der Werkstoff mit der Bezeichnung „Super Tough“ (Super-TF) weist eine besondere chemische Zusammensetzung auf, die aus dem speziellen Wärmebehandlungsverfahren resultiert, und bietet eine beeindruckende Lebensdauer. Die DNV GL hat bestätigt, dass bei Verwendung von Super-TF-Material die dynamische Tragzahl von Wälzlagern um 23 % verbessert werden kann. Diese Steigerung entspricht einer effektiven Verdopplung der Ermüdungslebensdauer im Vergleich zu Lagern aus Standardstahl.
Der Werkstoff eignet sich nicht nur für Einsätze unter sehr hohen mechanischen Belastungen, wie sie in vielen Stahlwerkanwendungen üblich sind. Er reduziert auch nachweislich das Risiko, dass es durch verunreinigte Schmiermittel zu Pittingbildung an der Oberfläche der Lagerlaufbahnen kommt.
Zu den Anwendern, die diese Eigenschaften bestätigen können, gehört ein Kaltwalzwerk, bei dem alle drei bis vier Monate Ausfälle von Pendelrollenlagern (Typ 24040) im Rollgang auftraten. Im Rahmen des AIP-Programms analysierten die NSK-Ingenieure sowohl die ausgefallenen Lager als auch Fettproben. Sie stellten fest, dass die stark verschmutzte Umgebung – konkret: das Eindringen von Schmutz in die Lager – Ursache für die vorzeitigen Lagerausfälle war.
NSK empfahl daraufhin den Austausch der vorhandenen Lager gegen Super-TF-Pendelrollenlager, die widerstandsfähiger gegenüber verunreinigtem Schmierstoff sind. Nach einem viermonatigen Testlauf schickte das Stahlwerk die Lager zur Überprüfung an das NSK-Labor. Eine Röntgenanalyse ergab eine zu erwartende Restlebensdauer von 29 bis 50 Monaten, was auf die hervorragende Verschleißfestigkeit der Super-TF-Lager zurückzuführen ist.
Seitdem hat das Stahlwerk die Pendelrollenlager im Kaltwalzwerk nur noch einmal pro Jahr im Rahmen der planmäßigen Wartung ausgetauscht. Das führte zu erheblichen Einsparungen durch verringerten Bedarf an Ersatzlagern sowie durch verminderte Ausfallzeiten und Wartungskosten.
Bild 1): Die Pendelrollenlager der Super-TF-Serie erreichen auch dann eine sehr hohe Lebensdauer, wenn es zu Verunreinigungen im Schmierstoff kommen kann. Foto: sspopov/ Shutterstock
Bild 2): Aufgrund des besonderen Wärmebehandlungsprozesses weist der Super-TF-Wälzlagerstahl eine einzigartige chemische Zusammensetzung auf. Foto: NSK
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