Antriebstechnik Damit im Zementwek alles rund läuft

Die Betriebsbedingungen in einem Zementwerk – dazu gehören Staub, Hitze, Feuchtigkeit und Vibrationen – tragen nicht zu einer Verlängerung der Lebensdauer der eingesetzten Maschinen bei. Besonders kritisch sind in diesem Zusammenhang die beweglichen Komponenten wie z.B. die Wälzlager. Hier verbessern neue Werkstoffe und Technologien sowohl die Lagerlebensdauer als auch -leistung ganz erheblich.

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IKA-Werke GmbH & Co. KG

PMA Kabelschutz - ABB STOTZ-KONTAKT GmbH

NSK Deutschland GmbH

Generell sind mangelhafte Schmierung und ein hoher Verschmutzungsgrad für 80 % aller vorzeitigen Lagerausfälle verantwortlich. Diese beiden Faktoren sind somit entscheidend für die Lagerlebensdauer. Das gilt für die Zementindustrie in nochmals höherem Maße. Denn hier werden sowohl Nass- als auch Trockenverfahren eingesetzt, sodass die Lager sowohl Feuchtigkeit als auch Staub ausgesetzt sind. Der Zementstaub ist hygroskopisch, d.h. er absorbiert das Schmieröl aus dem Lagerfett, sodass im Innern des Lagers ein abrasives Medium entsteht, das eine ähnliche Funktion wie eine Schleifpaste hat.

Deshalb ist regelmäßige Lagerwartung und Nachschmierung unabdingbar. Frisches Schmiermittel kann allerdings besonders schnell verunreinigt werden und somit selbst Ursache für einen Ausfall sein. Das Problem lässt sich also mit Wartungsarbeiten allein nicht lösen.

Hier ist die Werkstofftechnologie gefragt.

Deshalb hat NSK speziell für raue Umgebungsbedingungen die Lagerwerkstoffe Hi-TF und Super-TF entwickelt. In der Stahlindustrie und im Bergbau haben sie sich bereits bewährt; nun stehen die Stähle auch für Produkte zur Verfügung, die in der Zementindustrie genutzt werden. Dabei handelt es sich um die neuesten Pendelrollenlager und Hochleistungs-Zylinderrollenlager der Serien EM und EW sowie um Kegelrollen- und Kugellager.

Sonderwerkstoffe für widrige Umgebungsbedingungen

Wie unterscheiden sich diese Werkstoffe von konventionellen Wälzlagerstählen?

Wenn Schmierstoffe Verunreinigungen enthalten, drücken sich die Fremdpartikel in die Lagerlaufbahnen ein, und an den Rändern dieser Eindrücke kommt es zu Spannungskonzentrationen. Ist außerdem die Viskosität des Schmiermittels zu gering, geraten die Metalloberflächen in direkten Kontakt, was Spannungskonzentrationen im Bereich der Kontaktflächen zur Folge hat. In beiden Fällen bilden sich Risse an der Materialoberfläche, die schneller zu Ermüdungsschäden und schließlich zu einer verkürzten Lagerlebensdauer führen.

Dieses Problem adressiert NSK mit den Stählen Hi-TF und Super-TF. Ihre Mikrostruktur führt dazu, dass Spannungskonzentrationen an den Materialaufwerfungen reduziert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lagerwerkstoffen haben die Werkstoffe einen hohen Restaustenitgehalt und eine höhere Härte.

Höhere Lebensdauer bei verunreinigtem Schmiermittel

Im Vergleich zu Lagern aus herkömmlichem, einsatzgehärtetem Stahl ist die erwartete Lebensdauer von Hi-TF-Lagern bei verunreinigtem Schmiermittel bis zu siebenmal höher und bei Super-TF-Lagern sogar bis zu zehnmal. Wenn die Lagerlebensdauer aufgrund unzureichender Schmierung verkürzt wird, kann sie durch die Verwendung von Super-TF im Vergleich zu einsatzgehärtetem Stahl um das 5,5-Fache (bei Hi-TF um das 4,7-Fache) gesteigert werden.

Zwei Beispiele aus der Beratungspraxis von NSK belegen, wie effektiv Hi-TF dem Problem von Lagerausfällen in der Zementindustrie entgegenwirkt.

Verdopplung der Lebensdauer eines Pumpenlagers

An einem Schneckenpumpen-Fördersystem war ein großes Schrägkugellager Verunreinigungen durch Zementstaub ausgesetzt. Dies führte zum Verschleiß der Lagerlaufbahnen und einer so deutlichen Vergrößerung der Lagerspiele, dass ein Austausch der Lager erforderlich wurde. Nach einer detaillierten Analyse vor Ort empfahl NSK, Hi-TF-Lager einzubauen, da diese beständiger gegen Verunreinigungen sind.

Seit dem Einbau der Hi-TF-Lager konnte das Zementwerk den Wälzlagerverbrauch um mehr als 50 % senken und auf diese Weise Kosten für Produktionsausfälle und Wartung einsparen. Angesichts dieser Verbesserungen hat der Betrieb auch in anderen Bereichen Hi-TF-Lager installiert und dort ebenso positive Resultate erzielt.

Neues Lüfterlager spart bares Geld pro Jahr

Im zweiten Fall fielen in einem Zementwerk regelmäßig die Lager eines Lüfters aus, der bei 150°C betrieben wurde. Die Wartungstechniker mussten die ursprünglichen, geteilten Pendelrollenlager im Durchschnitt alle sechs Monate austauschen – ein nicht hinnehmbarer Zustand. Die Untersuchung der Lager ergab, dass hohe Temperaturen und schwere mechanische Belastungen die Ursachen für die vorzeitigen Ausfälle waren. NSK empfahl den Einsatz von Hi-TF-Pendelrollenlagern, montiert in Lagergehäusen und ausgestattet mit Labyrinthdichtungen. Diese Kombination kann einem Dauerbetrieb bei 200 °C selbst unter schwerer Belastung standhalten. Das Werk spart beim Lüfterbetrieb jetzt mehr als 9130 Euro pro Jahr.

Längere Lebensdauer einer Förderband-Antriebstrommel

Ein weiteres Beispiel für die Vorteile der besonderen Werkstoffe stammt aus der Eisenerzgewinnung, wo die Lager ähnlichen Belastungen ausgesetzt sind. In der Antriebstrommel eines zentralen Bandförderers in einer australischen Mine mussten etwa alle sechs Monate die Lager getauscht werden, zumeist bedingt durch vorzeitigen Lagerausfall aufgrund von Verschmutzungen. Die Ingenieure von NSK schlugen ein Lager aus Super-TF vor: Das neue Lager wies gegenüber der ursprünglichen Ausführung eine mehr als doppelt so hohe Lebensdauer auf. Bei einer Untersuchung des Lagers nach zweijähriger Betriebszeit waren keinerlei Anzeichen von Schäden zu erkennen und somit blieb das Lager weiterhin im Einsatz. In den zwei Jahren beliefen sich die Einsparungen durch Reduzierung von Lagerkosten, Produktionsausfallkosten und Wartungsaufwand auf insgesamt 118 500 Euro. Da das Lager weiterhin ohne Anzeichen von Verschleiß in Betrieb ist, wird sich diese Summe sogar noch erhöhen.

Alternative für schwer zugängliche Stellen

Die Serie Tough Technology bietet Lösungen für verunreinigtes Schmiermittel. Es steht aber noch eine Alternative für Lager zur Verfügung, die sich an schwer zugänglichen Stellen befinden bzw. hygroskopischem Staub ausgesetzt sind. Bei der Molded-Oil-Technologie erfolgt die Schmierung durch ein ölimprägniertes Polyolefinharz. Dabei ist der Gewichtsanteil des Schmieröls mit mehr als 50 % sehr hoch. Die technischen Eigenschaften des Werkstoffs sorgen für einen dauerhaften Schmierstofffluss, und mit zunehmender Wärmeentwicklung erhöht sich die Schmierölabgabe.

Das Ratinger Unternehmen bietet diese Technologie für Standard-Rillenkugellager und Pendelrollenlager mit Außendurchmessern von bis zu 250 mm an. Auch diese Technologie eignet sich ideal für viele Anwendungsbereiche der Zementproduktion, z.B. bei Vorwärmern, Verdampfungskühlern, Lüftern, Förderbändern und Elektrofiltern. 

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