White Etching Cracks unter der Laufbahnoberfläche
Das Wachstum der Windkraftanlagen hin zu Multi-Megawatt-Kraftwerken führt zu höheren Kräften und Momenten, die die Komponenten immer stärker belasten. Gleichzeitig verursachen Stillstandzeiten und Wartungsarbeiten insbesondere bei Offshore-Anlagen immer höhere Kosten. Zuverlässigen Komponenten kommt daher eine Schlüsselrolle zu. Ein Phänomen, das die Zuverlässigkeit von Lagern, auch außerhalb der Windindustrie, negativ beeinflusst, sind die so genannten White Etching Cracks (WEC). WEC sind Gefügeveränderungen im Werkstoff, die sich unterhalb der Lageroberfläche bilden. Als Folge entwickeln sich unter Einfluss verschiedener äußerer Belastungen Risse, die sich unter Beanspruchung bis zur Oberfläche ausbreiten. Dadurch kann es schließlich zu einem Reißen des Innen- oder Außenrings und somit zu einem vorzeitigen Ausfall des betroffenen Lagers kommen. Diese Risse treten sowohl in durch- als auch in einsatzgehärteten Wälzlagern auf. Innovative Lösungen von Schaeffler helfen dabei, die Widerstandsfähigkeit von Lagern gegenüber White Etching Cracks zu steigern und frühzeitige Lagerausfälle zu verhindern.
FAG-Kegelrollenlager mit Durotect B beschichteten Wälzkörpern, Innen- und Außenringen.
Neben Lagern für Windkraftanlagen sind WEC auch bei Lagerungen anderer Industrieanwendungen, wie Elektromotoren, Papiermaschinen, Industriegetriebe (zum Beispiel für Großhydraulikbagger), Pumpensysteme oder Schiffsantriebe, sowie im Automotive-Bereich festzustellen. Einflüsse, die sich auf eine Bauteilermüdung auswirken können, wie beispielsweise Flächenpressung, unzureichende Stahlreinheit oder Überlast, lassen sich auf das Auftreten von WEC nicht übertragen. So sind die Ursachen für die Entstehung von WEC noch nicht vollständig nachvollziehbar. Jedoch bilden nach heutigem Wissensstand Zusatzbeanspruchungen in Form von Dynamik, Mischreibung oder Elektrik die Voraussetzung für die Entstehung von WEC. Schaeffler verfügt über umfassende Prüfmöglichkeiten, um White Etching Cracks zu erzeugen, die Ursachen zu untersuchen und Lösungskonzepte zur Senkung des WEC-Risikos zu entwickeln. Insgesamt lässt sich festhalten, dass sich das WEC-Risiko durch die Lagerauslegung und die Schmierstoff- oder Werkstoffwahl eindämmen lässt. Durch die optimale Auslegung kann die Beanspruchung des Lagers vermindert werden, durch Abstimmung der Schmier- und Konservierungskonzepte und die Wahl des optimalen Werkstoffs wiederum kann das Lager höher belastet werden.
Im Kompetenzzentrum Oberflächentechnik von Schaeffler werden neue Verfahren bis zur Serienreife entwickelt. Die Beschichtung von Serienteilen im industriellen Maßstab ist ein weiterer Schwerpunkt.
Empfohlene Lösung: Durchgehärtete Wälzlager
Die von dem Unternehmen empfohlene und statistisch belegte Technologie für eine effiziente und wirtschaftliche Reduktion von WEC-Schäden ist das Durchhärten der Lager in Kombination mit dem Brünieren der Außen- und Innenringe sowie der Wälzkörper. Die Experten des Kompetenzzentrums Oberflächentechnik bei Schaeffler haben dank kontinuierlicher Optimierung ein Schichtsystem entwickelt, um die Lager-Robustheit gegenüber WEC deutlich zu steigern. Das Schichtsystem Durotect B, eine konsequente Weiterentwicklung konventioneller Brünierschichten, verfügt über ein gesteigertes Leistungsvermögen. Es vermindert die Gefahr von Schlupfschäden, verbessert das Einlaufverhalten, bietet Schutz vor Korrosion und nicht zuletzt erhöhten Schutz gegenüber WEC. So traten bei 482.000 beschichteten, durchgehärteten Lagern, die innerhalb der letzten Jahre von Schaeffler für den Einsatz in Windkraftanlagen produziert und geliefert wurden, WEC nur bei weniger als 100 Lagern auf. Das entspricht einer Ausfallquote kleiner 0,02 Prozent.
Ist eine höhere Tragzahl gefordert, bietet Schaeffler carbonitrierte Wälzlager aus dem Werkstoff Mancrodur mit der Beschichtung Durotect B an. Beim Carbonitrieren werden die Lager einem speziellen Erhitzungsverfahren unterzogen, bei der die Lageroberfläche mit Kohlenstoff und Stickstoff angereichert wird. Die Lager erhalten so eine höhere Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit.
Hochchromhaltiger Spezialstahl
Durch den Einsatz des hochchromhaltigen Spezialstahls Cronidur 30 kann die Entstehung von WEC nach heutigem Kenntnisstand vollkommen ausgeschlossen werden. So ist bisher kein Fall mit Cronidur-30-Lagern bekannt. Auch gemäß eines eigens von Schaeffler durchgeführten Prüfprogramms zur Ermittlung individueller Lösungen je nach Anwendungsfall und Zusatzbeanspruchung sind beim Einsatz von Cronidur 30 keine WEC aufgetreten. Durch Verwendung dieses Materials lassen sich zudem eine um bis zu 70 Prozent gesteigerte Tragzahl und dadurch höhere Lebensdauer sowie ein besserer Korrosionsschutz erzielen.
Gerade bei Getriebelagerungen für Windkraftanlagen treten White Etching Cracks häufig auf.
Als Entwicklungspartner der Windkraft-Branche produziert Schaeffler Lagerlösungen für Rotorwelle, Getriebe, Generator und Windnachführung. Berechnungs- und Simulationsprogramme sichern dabei die geeignete Auslegung der Windkraftlager, vom einzelnen Wälzlager und seinen Komponenten über die Anschlusskonstruktion bis hin zum kompletten Antriebsstrang. Als umfassenden Service für Windkraftanlagen bietet das Unternehmen auch verschiedene Fernüberwachungssysteme und Diagnoseprogramme an.