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antriebstechnik 1-2/2017

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WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER Upgrades für extreme Lasten Lagerauswahl bei der Modernisierung von Walzwerken 01 Walzen-Biegespannung Aktuell werden Walzwerke marktweit mit niedrigen Investitionen in neue Ausrüstung und hohen Anforderungen an die Produktionsmengen konfrontiert. Die Werke altern, aber ihre Einsatzbelastung nimmt zur Steigerung der Produktivität stark zu. Dementsprechend wird nach der Modernisierung von Walzwerken verlangt. Die Auswahl des geeigneten Lagers kann hier wesentlich dazu beitragen, eine erfolgreiche Modernisierungslösung zu finden. Nicolae Tudor ist Principal Application Engineer bei Timken Europe in Ploiesti, Rumänien In Walzwerken müssen sowohl Lager als auch Walzen bei hohen Temperaturen, Lasten und Geschwindigkeiten Leistungen erbringen – eine überaus anspruchsvolle Anwendung. Während des Walzvorgangs rotiert die Walze, während gleichzeitig der Walzendruck über die Lager auf das Walzgut übertragen wird. Ein Punkt auf dem Walzenzapfen ist einer Zugspannung mit einem Maximalwert von σ max ausgesetzt, während der diametral entgegengesetzte Punkt einer Druckspannung von mindestens σ min ausgesetzt ist. Wenn sich die Walze um 180° dreht, tauschen diese Punkte ihre Positionen und Belastungen, und die Spannung entwickelt sich von σ max zu σ min = –σ max . Im Laufe der Zeit wechselt die Materialbeanspruchung an diesen beiden Punkten vielmals zwischen den beiden Grenzwerten (eine komplette Umkehrung je Umdrehung). Daher ist der Abschnitt des Walzenzapfens zwischen dem Lager und dem Ballen (der Verrundung) einer alternierend symmetrischen, zyklischen Biegespannung ausgesetzt, die mit der Rotation der Walze fluktuiert. Es bedarf einer sorgfältigen Bewertung, um die maximal zulässige Spannung zu ermitteln und die geometrischen Eigenschaften des Übergangs zwischen Walzenzapfen- und Ballendurchmesser zu bestimmen (d. h. Fasen und Rundungsradien) und so die Auswirkungen der Spannungskonzentration zu kontrollieren. Timken bietet Anwendern folgende in genieurtechnische Unterstützung für die Modernisierung von Walzenzapfen: n Optimierung des Walzendesigns durch Maximierung des Walzenzapfendurchmessers 02 Optimierung des Walzenzapfendurchmessers 03 Zusammengesetzter Rundungsradius n Konstruktionsunterstützung für einen zusammengesetzten Rundungsradius n Auswahl von Lagern mit einem kleineren Querschnitt (größere Bohrung, gleicher Außendurchmesser*, gleiche oder kleinere * Die Modernisierungslösung geht davon aus, dass dieselben Einbaustücke verwendet werden, was Lager mit demselben Außendurchmesser erfordert 36 antriebstechnik 1-2/2017

WÄLZ- UND GLEITLAGER 04 Vergleich der Lebensdauer der Duraspexx-Hochleistungsserie mit Standardlagern von Timken im gleichen Bauraum 05 Walzenbelastung und Übergangsradius Gesamtbreite sowie Spezialfeatures, um die Lager-Tragzahl beizubehalten oder zu erhöhen) Optimierung der Walzenkonstruktion Optimierung des Walzenzapfendurchmessers: In schwer belasteten Walzen, die oft bei niedrigen Geschwindigkeiten laufen, wird ein größerer Walzenzapfendurchmesser benötigt, um der erhöhten Biegespannung standzuhalten. Aufgrund dessen ist es möglich, dass eine herkömmliche Schwerlast- Lagerausführung nicht geeignet ist. Stattdessen bieten sich Lager mit kleinerem Querschnitt an – mit demselben Außendurchmesser wie die Schwerlast-Lager, aber einer größeren Bohrung. Diese Lager mit kleinerem Querschnitt bieten ein größeres Verhältnis zwischen Zapfen und Ballen (d/D ~ 68 %) und, wo immer möglich, eine geringere Lagerbreite, wodurch auch der axiale Abstand zwischen der Belastungslinie der Walzenanstellung und der Ballenstirnseite reduziert wird. Der größere Außendurchmesser des Walzenzapfens und die reduzierte Biegespannung verbessern die Leistungsfähigkeit des Walzenzapfens bei extremer Belastung. Ersetzen des existierenden Rundungsradius mit einem zusammengesetzten Rundungsradius: Klassische Walzenzapfenkonstruktionen verwenden oft einen einfachen Radius im Bereich der Verrundung. Timkens langjährige Erfahrung in der Stahlherstellung weist jedoch darauf hin, dass diese Lösung für stark beanspruchte Walzwerke ungeeignet sein könnte. Stattdessen sollte der einfache Radius mit einem zusammengesetzten Rundungsradius ersetzt werden. Verrundungen mit zusammengesetzten oder doppelten Radien werden empfohlen, weil sie eine günstige Belastungsverteilung über den Rundungsradius bieten. Bild 03 zeigt die Entwicklung der Verrundung mit zusammengesetztem Radius aus zwei vorgegebenen Rundungslängen und -höhenmaßen r a und r b , um die maximale Belastung des Walzenzapfens zu reduzieren. Die Länge und Höhe der Rundungsradien r c und r d kann mittels der folgenden Formeln ermittelt werden: r a = Verrundungslänge (r a ist aus praktischen Gründen kleiner als 2,5 r b ) r b = Verrundungshöhe r c = Hauptradius der zusammengesetzten Verrundung r d = Nebenradius der zusammengesetzten Verrundung Lager mit kleinerem Querschnitt Timken-Ingenieure nutzen hoch entwickelte, anwendungsorientierte Computerprogramme, um Anwendungen und Betriebsumgebungen abzubilden. Dies resultiert in speziell ausgelegten Lagern mit einer längeren Lebensdauer. Um die Lagerleistung in rauen Umgebungen zu maximieren, hat Timken die Duraspexx-Hochleistungslagerserie entwickelt. Duraspexx-Lager haben ein modifiziertes Design mit Verbesserungen, die die Lebensdauer in anspruchsvollen Anwendungen mit rauen Umgebungen verbessern. Duraspexx-Lager eignen sich ideal für industrielle Schwerlast-Anwendungen wie etwa Walzwerke und Getriebe. Die verbesserten Eigenschaften und kleineren Querschnitte dieser Lager resultieren in höheren Lagerkennzahlen. Dank Konstruktions-Know-how von Timken erreichen Duraspexx-Lager einen Zuwachs von 23 % bei den dynamischen Tragzahlen, sodass die Ermüdungslebensdauer gegenüber Standard-Lagern von Timken ansteigt. Duraspexx-Konstruktionsmerkmale: n Verbesserte Stahlwerkstoffe mit höherer Reinheit und Vermeidung jeglicher Form von Einschlüssen, um von Einschlüssen verursachte Schäden zu reduzieren n Oberflächenveredelungsoptionen, um Schälung und Ermüdung in Umgebungen mit hohen Temperaturen und dünnen Schmierfilmen zu reduzieren n Profilgeometrie, um die Kontaktspannungsverteilung bei hoher Belastung und/oder Fehlausrichtung zu optimieren Fallstudie – existierende Lösung Diese Anwendung wird auf den Walzen von Duo-Walzwerken ausgeführt, könnte aber auf die Stützwalzen von Quarto-Walzwerken ausgedehnt werden. Bild 05 zeigt die Walzenbelastung und den aktuellen Übergangsradius. antriebstechnik 1-2/2017 37

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