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antriebstechnik 9/2019

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WÄLZ- UND GLEITLAGER

WÄLZ- UND GLEITLAGER LAGERSCHÄDEN VERMEIDEN FÜR MEHR SPEED IM WALZWERK Walzwerkbetreiber stehen ständig unter Druck, um ihre Produktionskosten vor dem Hintergrund eines variablen Weltmarkts zu reduzieren. Eine gängige Methode zur Erzielung wettbewerbsfähiger Kosten ist die Produktivitätssteigerung des Walzwerks. Timken, ein Hersteller von Wälzlagern, hat jetzt verschiedene Lösungsansätze zur Modernisierung von Arbeitswalzen für extreme Geschwindigkeiten entwickelt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitswalze berechnet sich aus der linearen Walzgeschwindigkeit und ist eine Funktion des Durchmessers des Walzenballen. Bei einer bestimmten Walzgeschwindigkeit hat die Arbeitswalze aufgrund ihres kleineren Ballendurchmessers eine höhere Rotationsgeschwindigkeit als die Stützwalze. Deshalb muss die höhere Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitswalze unter Berücksichtigung der ausgelegten Maximalleistung des Walzwerks sorgfältig ausgewertet werden. Walzwerkbetreiber benötigen häufig technische Unterstützung bei der Aufrüstung einer Arbeitswalze für extreme Betriebsgeschwindigkeiten. THEORETISCHE ÜBERLEGUNGEN Wie bei den meisten Lageranwendungen wird auch ein Arbeitswalzen-Zapfenlager zunächst nicht aufgrund seiner Tragzahl ausgewählt. Stattdessen werden die wichtigsten Auswahlparameter für ein Lager vom Walzwerkkonstrukteur vorgegeben: n Durchmesser des Walzenballens – Ø B , (Nominal- und Minimalwert) n Zapfendurchmesser – Ø N n Länge des Walzenballens – L n Abstand der Walzenanstellung – X Diese Überlegungen bestimmen den minimalen Bauraum für Einbaustück und Lager. Anwendungsingenieure für Wälzlager begin- Nicolae Tudor ist Anwendungsingenieur und Konnerth Octavian ist Service- Manager, beide bei Timken Europe Customer Engineering in Ploiești, Rumänien nen ihre Suche mit existierenden Lagern, die den Bauraumkriterien genügen. Aus der Liste geeigneter Lager wählt der Ingenieur die Lager aus, die der vom Kunden angeforderten Lagerlebensdauer L10 entsprechen. Ferner wird die Innengeometrie des Lagers bei der ausgelegten Maximalbelastung und der maximalen Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitswalze ausgewertet. Die Innengeometrie des Lagers kann aufgerüstet werden oder es kann ein neues Lager entwickelt werden, wenn die existierenden Teilenummern die Ansprüche des Kunden nicht erfüllen. MONTAGE MIT LOSER PASSUNG Ein schneller Ein- und Ausbau von Einbaustück und Lager ist aufgrund der häufigen Arbeitswalzenwechsel unbedingt erforderlich. Eine lose Passung zwischen den vier Reihen von Kegelrollenlagern und dem Walzenzapfen ist deshalb gängige Praxis für die Lagerpositionen der Arbeitswalze, ungeachtet der Walzgeschwindigkeit. Die Außenringe müssen formschlüssig im Einbaustück eingespannt werden und die Innenringe müssen mit einem Axialspiel zwischen 0,5 und 1 mm relativ zur Stirnseite des Lagerinnenrings montiert werden. Da der Durchmesser des Walzenzapfens kleiner ist als die Innenringbohrung, bewegen sich die Lagerinnenringe naturgemäß in Umfangsrichtung relativ zum Walzenzapfen. Der Walzenzapfen und die Innenringbohrung haben dieselbe lineare Geschwindigkeit an den Stellen, an denen sie sich berühren. Aufgrund des geringen Durchmesserunterschieds zwischen Walzenzapfen und Innenringbohrung ist die Rotationsgeschwindigkeit des Innenrings gering- 22 antriebstechnik 2019/09 www.antriebstechnik.de

WÄLZ- UND GLEITLAGER fügig niedriger als die Rotationsgeschwindigkeit des Walzenzapfens. Deshalb ist es wichtig, dass die Richt linien bezüglich des Mindestdurchmessers des Walzenzapfens eingehalten werden, um übermäßigen Verschleiß des Walzenzapfens durch diese Kriechbewegung zu verhindern. Und dass ein Axialspiel zwischen den Innenringen und den anliegenden Stirnseiten der Anlageringe oder der Halteringe vorhanden ist, damit die beiden Innenringe sich frei bewegen können und der Verschleiß der Stirnseiten möglichst klein gehalten wird. GESCHWINDIGKEIT BEGRENZEN Die Begrenzung einer derartigen Anordnung wird durch die Geschwindigkeit in Verbindung mit der Walzlast gegeben. Lose eingepasste TQOW-Lagereinheiten werden seit Jahrzehnten erfolgreich auf allen Arten von Walzenzapfen in Walzwerken bei niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten eingesetzt. Die meisten dieser Walzwerke arbeiten je nach aufgebrachten Lasten und Umgebungsbedingungen bei Band geschwindigkeiten bis zu 800 m/min. Außerdem haben wir Betriebs erfahrung mit Walzwerken, die sogar bei Bandgeschwindigkeiten von 1 000 m/min oder noch höher arbeiten. Bei höheren Betriebsdrehzahlen können jedoch die Reib- und Abriebkräfte zwischen den Lagerinnen ringen und den anliegenden Stirnseiten der Anlageringe oder der Halteringe auf der Arbeits walze zu hohem Verschleiß der Stirnseiten der Lager innenringe führen. An diesen Stellen kommt es dann zu tiefgehendem Lochfraß. Wärmerissbildung beginnt auf der vorderen Stirnseite des Innenrings und dehnt sich über die Bohrung auf die hintere Stirnseite aus, worauf es zu einem Bruch des Innenrings kommt. Wird das Walzwerk nicht angehalten und das Lager ausgetauscht, kommt es zur völligen Zerstörung des Lagers. Wartungszeiten und die Kosten des Lageraustauschs können die Grenzparameter der Walzwerkleistung werden. 01 02 MODERNISIERUNG DER ARBEITSWALZEN Timken empfiehlt mehrere Maßnahmen, um übermäßigen Verschleiß zwischen den Lagerinnenringen und den anliegenden Stirnseiten der Anlageringe oder der Halteringe zu verhindern: 1. Verwenden Sie je nach Lagergröße einen Axialspalt von 0,5 bis 1 mm zwischen der Stirnseite des Innenrings und dem zugehörigen Anschlussteil. Dieser Spalt verhindert den Verschleiß der Innenringstirnseiten beim Kriechen auf dem Walzenzapfen. 2. Der Durchmesser des Innenringstützrings soll möglichst groß sein. Der Außendurchmesser der Anschlussteile (Anlage-/Halteringe) soll am Tangentenpunkt des Radius des Innenringführungsbords liegen. 01 Montage mit loser Passung 02 Arbeitswalzen- Konstruktion – isometrische Ansicht www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/09 23

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