Extreme Einsatzbedingungen 1

Vibration, Abrasion, hohe mechanische Belastungen und 24-Stunden-Betrieb: Die Anforderungen, die an Wälzlager in Zementanlagen gestellt werden, kann man ohne Übertreibung als extrem bezeichnen. Der Beitrag stellt Baureihen vor, die speziell für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurden – und zeigt anhand eines Praxisbeispiels, welche Vorteile diese Lager mit Blick auf die Standzeit der Maschinen bieten.

Eine kurze Darstellung der Zementproduktion zeigt schnell, dass Wälzlager hier stark gefordert werden. Kalkstein wird zerkleinert, klassiert und in einer Mahltrocknungsanlage mit Quarzsand und Eisenoxid vermischt. Dieses sehr harte, staubförmige Zwischenprodukt – das Rohmehl – wird in einem kontinuierlich arbeitenden Drehrohrofen bei rund 1450 °C gebrannt. Es entsteht abrasiver Zementklinker, der in Kugelmühlen mit Gips zu Portlandzement verarbeitet wird.

Die Wälzlager, die an diesem Prozess beteiligt sind, müssen also hohen Temperaturen (Drehrohrofen und Trocknung) ebenso standhalten wie Vibrationen (Vermahlen) und Schlagbeanspruchungen (Brechen). Der sehr abrasive, in den Werken allgegenwärtige und teilweise auch klebrige Zement- und Klinkerstaub stellt hohe Anforderungen an die Abdichtung: Ein konventionelles Wälzlager würde unter diesen Umgebungsbedingungen kaum die errechnete Lebensdauer erreichen.

Als Partner der Zementanlagenbauer und auch der Betreiber von Zementwerken hat sich NSK intensiv mit den Anforderungen der Branche an Wälzlager auseinandergesetzt und Baureihen entwickelt, die unter den gegebenen Bedingungen sehr lange Standzeiten ohne ungeplante Ausfälle erreichen. Bei der Entwicklung dieser Baureihen spielten die Kernkompetenzen der Werkstofftechnologie und der Schmierstofftechnik eine wesentliche Rolle. Auch die Hochleistungs-Wälzlager, die NSK branchenunabhängig entwickelt hat, kommen häufig in Zementwerken zum Einsatz.

Schmierstoff inkorporiert
Dazu gehören Wälzlager aus Tough Steel, die unter anderem in Ventilatoren und Elektrofiltern der Zementwerke zum Einsatz kommen. Der spezielle von NSK entwickelte Werkstoff wurde so optimiert, dass der Eintrag von Kontaminationen in sehr viel geringerem Maße zu Abblätterungen oder Abplatzungen an den Lauf-bahnen der Lager führt, als dies bei konventionellen Wälzlagern der Fall ist.

Weitere Vorteile dieser Lager sind ein ruhigerer Lauf und eine größere Unemp-findlichkeit gegenüber Stoßbelastungen. Zudem ist ihre Neigung zum Blockieren oder Fressen unter widrigen Umständen sehr viel geringer, sodass in Summe deutlich längere Standzeiten erreicht werden.

Ein Zementwerk, das vorhandene Lager gegen Tough-Steel-Wälzlager austauscht, konnte dadurch über einen Zeitraum von fünf Jahren den Wälzlagerverbauch mehr als halbieren und hat aufgrund dieser Erfahrung auch andere Werke, die zum Konzern gehören, entsprechend umgerüstet.

Eine andere Strategie, die Schäden durch eingetragenen Zementstaub zu vermeiden, ist der Einsatz von Wälzlagern mit Molded-Oil-Technologie. Bei diesen Lagern ist der Schmierstoff in ein Polyolefinharz inkorporiert, das den Schmierstoff sukzessive abgibt. Somit wird über lange Zeiträume eine ausreichende Schmierung gewährleistet, und das Harz verhindert auch das Eindringen von Kontaminationen. Diese Technologie ist für verschiedenste Lagerbauarten wie beispielsweise Pendelrollenlager, Zylinderrollenlager, Rillenkugellager und Kegelrollenlager verfügbar.

Bei den Zylinderrollenlagern der Baureihen EW/EM profitiert der Zementhersteller davon, dass zusätzliche Rollen eine höhere mechanische Belastbarkeit bieten. Diese Wälzlager kommen in den verschiedenen Mahlanlagen (Rohmehl und Klinker) sowie in den fördertechnischen Anlagen der Zementproduktion zum Einsatz. Sie können außergewöhnlich hohe Radiallasten aufnehmen und eignen sich auch für hohe Drehzahlen. Die EW-Baureihe ist mit einem einteiligen, optimierten Stahlblechkäfig ausgerüstet, die EM-Baureihe mit einem Massiv-Messingkäfig. Die Lebensdauer dieser Lagerbaureihen ist etwa doppelt so hoch wie die von konventionellen Zylinderrollenlagern.

Als Alternative zu den EW/EM-Baureihen können häufig auch die Pendelrollen-lager der HPS-Baureihe zum Einsatz kommen. Sie überzeugt ebenfalls durch verdoppelte Standzeiten im Vergleich zu konventionellen Lagern der gleichen Baugröße sowie durch eine um bis zu 20 Prozent höhere Grenzdrehzahl. Mit dem Einsatz dieser Lager kann der Anwender Wartungs- und Energiekosten reduzieren, Stillstandszeiten minimieren oder auch kleinere Lager einsetzen – als Beitrag zum Downsizing von Antrieben mit dem Ziel höherer Leistungsdichte.

Wenn hohe radiale und axiale Lasten aufzunehmen sind – was zum Beispiel bei den Antrieben der Mahlanlagen der Fall ist – bietet NSK zwei- und vierreihige Hoch-leistungs-Kegelrollenlager. Die Baureihe, die in der Zementindustrie zum Einsatz kommt, zeichnet sich durch ein optimiertes Käfigdesign aus sowie durch spezielle Stahlwerkstoffe, die eine lange Lebensdauer unter ungünstigen Umgebungsbedingungen gewährleisten.

Nun ein Beispiel aus dem AIP-Programm (siehe Kasten): Der Betreiber eines großen Zementwerks hatte Probleme mit Verunreinigungen in einem Schneckenpumpen-Fördersystem. Staub drang in die Lager ein – mit der Folge, dass die Laufbahnen verschlissen und das Lagerspiel sich stetig vergrößerte. Daraus resultierte wiederum Pleuel- und Radialspiel der Pumpe, sodass ein vorzeitiger Austausch der Lager nötig war.

NSK analysierte das Problem, erkannte den eingedrungenen abrasiven Zementstaub als Ursache und empfahl die Verwendung von Tough-Steel-Lagern mit Spezialstahlkomponenten. Der eingesetzte Werkstoff verzeiht Verunreinigungen eher als der von konventionellen Wälzlagern. Die Umrüstung hatte Erfolg: Während im Jahr zuvor 27 Lager benötigt wurden, kam der Betreiber in den folgenden Jahren nach der Umrüstung mit nur zwölf Tough-Steel-Lagern aus. Das war Anlass, um in allen Werken weltweit ebenfalls Tough-Steel-Lager einzusetzen.

Beratung auch für die Betreiber
Asset Improvement Program (AIP)
Viele Hersteller von Komponenten und Anlagen für Zementwerke arbeiten mit NSK zusammen, wenn es um die Lagerauswahl geht. Auch für die Betreiber der Zementwerke bietet NSK qualifizierte Beratungsdienstleistungen, die vor allem dann zum Tragen kommen, wenn einzelne Lager nicht die gewünschten Standzeiten erbringen. In diesem Fall untersuchen Branchenexperten von NSK im Rahmen des  „Asset Improvement Program“ (AIP) die Anwendung, suchen nach den Ausfallursachen und wählen Wälzlager aus, die unter den gegebenen Umständen eine höhere Lebensdauer erreichen.