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Verschleißfeste, leichtgängige Stahlgleitlager von Dr.-Ing. Folz

Für Betonpulverisierer und Universalscheren
Verschleißfeste, leichtgängige Stahlgleitlager von Dr.-Ing. Folz

Bei Abbrucharbeiten oder Betonzerkleinerungen hängen Leistung und Wirtschaftlichkeit eines Baggereinsatzes von der Qualität und der Standzeit der Anbauwerkzeuge ab. Idealerweise sollten Pulverisierer und Abbruchscheren bei kleinem/leichtem Bauvolumen eine große Zerkleinerungsenergie entfalten. Die energieübertragende Baugruppe Achse-Gleitlager soll radial gering bauen, die statischen/dynamischen Lagerkennwerte müssen dennoch die Übertragung großer Radialkräfte bei definierten Gleitgeschwindigkeiten und ausreichenden Gebrauchsdauern gewährleisten. Ihre Gleitflächen müssen stoßfest sein und Abrasions-/Adhäsionsverschleiß sowie einer Zerrüttung der Kontaktflächen widerstehen.

Dr.-Ing. Franz Folz, Konstruktion und Entwicklung, Johannes Folz, technische Beratung, Dr.-Ing. Folz Gleitlagertechnik GmbH, Püttlingen/Saar

Nicht vorteilhaft haben sich für diesen Einsatzfall in Betonpulverisierern und Universalscheren z. B. durchgehärtete Wälzlagerstähle gezeigt. Andere Werkstoffe mit Randschichthärtungen zeigen bei diesen Heavy-duty-Applikationen plastische Verformungen und/oder Risse bzw. verschleißen zu schnell.Bei einem international führenden Baumaschinenhersteller wurden sehr gute Betriebserfahrungen in den Lagerungen an verschiedenen Werkzeuggrößen mit dem hartzähen Verbundwerkstofftyp ZFO-P gemacht.

Beanspruchung der Werkzeuglagerungen

Im Diagramm auf der nächsten Seite, oben links, sind die einwirkenden Elemente der intensiv auf Reibung und Verschleiß beanspruchten Lagerpunkte eines Pulverisierers bzw. einer Schere systemtechnisch aufgezeigt. Hauptelemente sind die Achsen (Gegenkörper) und die Gleitlager (Grundkörper), die unter definierten Reibungsbedingungen interagieren. Aus den mechanischen Eingangsgrößen X, im Wesentlichen auf die Zeit abgebildete Kraft- und Bewegungsgrößen, resultieren aus den vorliegenden Reibungs- und Umgebungsbedingungen ebensolche Ausgangsgrößen Y, vermindert um die Verluste Z .Diese spalten sich auf in irreversible Energie- bzw. Reibungs- und Werkstoffverluste (Energie- und Werkstoffdissipation). Insbesondere die für diese Werkzeuge außergewöhnlich hohen kinetischen Ein- und Ausgangsgrößen sind von besonderer Relevanz für die die Gebrauchsdauer (p·v-max.-Werte).

Beim Zerkleinern von Stahlbeton müssen Materialien unterschiedlicher Festigkeit periodisch durchbrochen werden mit betragsmäßig variierenden Lagerreaktionen. Die Werkzeugarbeit aus Stauch- und Trennvorgängen innerhalb der Stahlbetonstrukturen bewirkt hohe lokale Flächenpressungen. Den Grundlastkollektiven sind periodisch anfallende Stoßkräfte überlagert. Bei der Gestaltung der Kontaktflächen ist auch die Kraftflussrichtung, von der drehbeweglichen Lagerbuchse auf die fest eingespannten Achse,zu berücksichtigen.

Auf die Gebrauchsdauer der Lagerungen wirkt sich die staubige Arbeitsumgebung aus. Prozessbedingt wird Fein- bis Feinststaub mit definierten Kornhärten und Korngrößen erzeugt. Trotz Schmierung und Abdichtung kann eine mehr oder weniger große Lagerbeanspruchung auf Dreikörper-Abrasionsverschleiß nicht vermieden werden. Optimierte Reibungsflächen müssen daher in Abhängigkeit zur Abrasivkornhärte in einem ausgewogenen Verhältnis von Härte zu Zähigkeit stehen. Die Gebrauchsdauer wird erheblich erhöht,wenn die Abnutzung lange Zeit im Low-wear-Bereich verbleibt.

Unbefriedigende Gebrauchsdauer und Ausfälle

In vielen Fällen ist die Ursache für den Ausfall der Lagerungen bei Pulverisierern und Zangen die Wahl nichtangepasster Lagermaterialien und Geometrieausführungen. So ist z. B. häufig die statische Belastbarkeit der Dauereinwirkung durch Stöße nicht gewachsen. Plastizitäten können dann z. B. wegen des „Eierschaleneffektes“ vorzeitige Ausfälle hervorrufen.

Mikrogeometrischer Aufbau der Werkstoffe

Die Werkstofffamilie basiert auf verschiedenen chemisch komponierten Spezialstählen mit Feingefügen in Verbindung mit Mikrolegierungen. Die Lager, gepaart mit Gegenkörperachsen aus randschichtgehärteten Vergütungs- oder Einsatzstählen, laufen im Mischreibungsgebiet verschleißarm und sind beständig gegen Stoß. Wesentliche Gestaltungsmerkmalen sind Mikrogeometrien mit multiplen oberflächennahen Schichten durch spezielle thermochemische Verfahren auf diverse angepasste Wärmebehandlungen des Grundwerkstoffes. Die oberflächennahe Kontaktschicht ist als Verbundwerkstoff intensiv mit dem Grundwerkstoff verklammert. Von Bedeutung für den Verschleißablauf in der Tieflage ist die Einstellung der richtigen Relation von Härte und Zähigkeit. Die reaktiven Widerstandskräfte gegen die mechanische Aktionswirkung von abrasiven/oberflächenzerrüttenden Kräften aus Fluid- und Festkörper-Reibungsanteilen sind wesentlich verstärkt.

Gleitlager des Typs ZFO-P sind hochverschleißfest auch bei konstanter Lastrichtung mit nur rudimentärer Schmierwirkung. Sie sind unempfindlicher gegen Abrasion und Oberflächenzerrüttung. Durch Aufbringung einer Konversionsschicht sind sie bestens gewappnet gegen Verschleiß durch Tribooxidation und Adhäsion. Die dynamische Belastung kann dabei mehr als 130 N/mm² betragen.

Makrogeometrische Gestaltung

Von Bedeutung ist das optimale Zusammenspiel von Härteverhältnissen, Zähigkeit, Radialspiel und Schmierung. Tests im Labor zeigen, dass die gesamte Kontaktfläche zum Gegenkörper überdeckende Rhombus-Nutenfacetten die Schmierwirkung sehr wirksam erhöhen. Durch fein- oder feinstverteilte Benetzung (Typ ZFO-P oder ZFO-Psmart), kombiniert mit hartzähen Schichtelementen, wird eine vollflächige Verringerung der Schubbeanspruchung in der Reibfläche dauerhaft erreicht. Damit sind Mischreibungszustände mit Reibungskoeffizienten von 0,08 bis 0,1 realisierbar. Die Backen bzw. Scherenschneiden drehen gleichmäßiger, Stöße werden elastischer aufgenommen.

Produktivität und Nachhaltigkeit verbessern

Für Anbauwerkzeuge (work-tools) hat sich eine geeignete stählerne Werkstoffmatrix mit optimierter mikro-/makrogeometrischer Gestaltung der oberflächennahen Kontaktschichten als ausschlaggebend für die Werkzeugeffizienz herausgestellt. Die Vorteile der verschleißfesten Stahlkonstruktionen kommen umso stärker zum Tragen, je anspruchsvoller die Umgebungsbedingungen sind. Gegenüber „Altkonstruktionen“ können sich die Standzeiten vervielfachen.

Auch Schmierkosten lassen sich einsparen bei einer insgesamt höheren Verfügbarkeit der Werkzeuge. Die daraus resultierende Produktionssteigerung gleicht die etwas größere Anfangsinvestition in die haltbareren Lager mehr als aus – zumal die Kosten für diese kleinen, aber entscheidenden Lagerkomponenten, neben den Gesamtpreisen der Anlagen, nur gering ins Gewicht fallen.

Darüber ist das Gewusst wie einer Gleitlagerung auch im Hinblick auf Umweltschutz und Nachhaltigkeit bedeutungsvoll. Verschlissene Lager bedeuten Energie- und Werkstoffverluste und sind daher auch für eine rohstoffarme Volkswirtschaft von hoher Relevanz. bec

Detaillierte Informationen zu den robusten Stahlgleitlagern:

http://hier.pro/A0bHe

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