So vielfältig die Anwendungen, so vielfältig auch die Anforderungen an Gleitlager im Großanlagenbau: Während es im Offshore-Bereich die galvanische Korrosion ist, die dem Lager das Leben schwer macht, ist es in der Stahlindustrie die Hitze, im Bergbau der Explosionsschutz und bei einem Einsatz im Wasser die Umweltverträglichkeit. Deshalb sind Spezialwerkstoffe gefragt, die exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind.
Gleitlager sind in vielen Industriebereichen unentbehrlich. Sie finden vor allem dort Anwendung, wo schwierige Umgebungsbedingungen herrschen und Notlaufeigenschaften gefragt sind. Präzise gefertigt sorgen sie für eine störungsfreie Produktion, senken die Betriebskosten, verringern Stillstandzeiten und sichern so den zuverlässigen Betrieb der Anlagen.
Dies gilt besonders für Großanlagen, beispielsweise den Off- shorebereich, Berg- und Wasserbau, die Stahlproduktion oder die Energieerzeugung. Hier gefährden sicherheitsrelevante Störfälle Mensch, Umwelt und Anlage und jeder ungeplante Stillstand verursacht enorme Kosten und zusätzlichen Wartungsaufwand. Den im Vergleich zur Größe der Anlagen eher klein dimensionierten Lagerungen kommt angesichts der hier herrschenden mechanischen Belastungen und thermischen Schwankungen besondere Bedeutung zu. Denn fällt eins von ihnen aus, steht oft die ganze Anlage. Robustheit ist also gefordert. Bei diesen Anforderungen treten selbstschmierende und wartungsfreie Gleitlagerlösungen immer stärker in Konkurrenz zu herkömmlichen Kugel- oder Rollenlagerlösungen – und machen immer öfter das Rennen.
Gleitlager bis mehrere Tausend Millimeter Durchmesser
Federal-Mogul ist vor allem als Zulieferer in der Automobilindustrie bekannt. Der Konzern hat aber auch enorme Erfahrungen im Bereich industrieller Gleitlager, die er in einem entsprechenden Geschäftsbereich bündelt: Die Federal-Mogul Deva GmbH, Stadtallendorf, eines der führenden Unternehmen im Bereich Großgleitlager, koordiniert die weltweiten Aktivitäten dieses Konzernsegments, die Lagerdurchmesser von 1 bis mehrere Tausend Millimeter abdecken.
Die für Großanlagen gebräuchlichsten Durchmesser reichen von 250 bis 2500 mm. Allerdings hat Deva auch schon – segmentierte – Gleitlager mit einem Durchmesser von über 20 m geliefert, zum Beispiel für die Andockvorrichtung auf riesigen Tankschiffen, die zur Übernahme von Rohöl und Gas aus Tiefseefeldern erforderlich sind.
So unterschiedlich die Anwendungsbereiche, so unterschiedlich auch die speziellen Anforderungen an die Lager, die maßgeschneiderte tribologische Systeme bedingen. Für alle gilt es, einen maximal zulässigen Verschleiß der Lagerung innerhalb der geplanten Lebensdauer zuverlässig einzuhalten. Dabei sind Eigenschaften wie Reibbeiwert, Korrosionsbeständigkeit, thermische Stabilität oder Duktilität (die Fähigkeit des Lagerwerkstoffes sich ohne „Fresser“ an die reale Wellenposition anzupassen) von Bedeutung.
Spezialwerkstoffe: Für jeden das Richtige
Mit Spezialwerkstoffen wie „Deva.metal“, „Deva.bm“, „Deva.glide“ und „Deva.tex“ treten die Entwicklungsingenieure und Anwendungstechniker von Federal-Mogul diesen Anforderungen gegenüber.
- Deva.metal ist ein Produkt der Sinter-Metallurgie, hochverdichtet und mit eingelagertem Festschmierstoff. Es eignet sich für Trockenlauf bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten und zeichnet sich durch hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit aus. Einsatzgebiete sind Hütten und Stahlwerke, Gießereimaschinen, Pumpen sowie Wasser-, Dampf- und Gasturbinen.
- Deva.tex ist ein aus zwei Schichten aufgebauter Lagerwerkstoff. Die Tragschicht aus glasfaserverstärktem Epoxidharz ermöglicht hohe Festigkeit, die Gleitschicht aus nicht-abrasiven Fasern und Festschmierstoffen sorgt für sehr gute tribologische Eigenschaften auch in feuchter Umgebung und bei Kantenpressungen. Der Werkstoff eignet sich für Anwendungen mit hoher, lang anhaltender statischer und dynamischer Belastung bei relativ niedrigen Gleitgeschwindigkeiten, zum Beispiel in Wasserturbinen, im Stahlwasserbau oder in der chemischen Industrie.
- Bei Deva.bm handelt es sich um einen selbstschmierenden Verbund-Gleitstoff, der in einem Spezial-Sinterverfahren hergestellt wird. Er ist wartungsfrei, besitzt ein hohes statisches und dynamisches Lastaufnahmevermögen und weist einen niedrigen Reibwert auf, da in die Bronzematrix Festschmierstoffe wie Graphit oder PTFE homogen eingelagert sind. Aktuelle Anwendungsbeispiele sind beispielsweise das Zentrallager von Kränen, Windkraftanlagen oder Brückenbauwerke.
- Deva.glide ist ein selbstschmierender Gleitwerkstoff aus hochverschleißfester Bronze und ermöglicht den wartungsfreien Ersatz von bisher geschmierten Gleitlagern aus Bronze. Es empfiehlt sich vor allem für große Abmessungen, besitzt einen niedrigen Reibwert und hat eine sehr hohe Verschleißfestigkeit. Einsatzbereiche sind Berg- und Tagebaumaschinen, die Offshore-Industrie oder Hütten- und Stahlwerke.
Jede Anwendung eine andere Herausforderung
Bei Offshore-Anwendungen ist die Herausforderung der galvanischen Korrosion, also der Beschädigung der Bauteile durch Salzwasser, zu lösen. In der Stahlindustrie ist es die Hitze, im Bergbau der Explosionsschutz und bei Einsatzbereichen im Wasser (Wasserkraft- oder Schleusenbauwerke) ist es die Umweltverträglichkeit. Dabei sind Nachhaltigkeit und Umweltschutz Themen unserer Zeit: Nicht zuletzt die gesellschaftliche Orientierung hin zu umweltverträglichen Lagersystemen hat den Festschmierstoff geschmierten Gleitlagern einen deutlichen Schub verliehen. Schließlich sind Graphit oder Molybdän-di-Sulfid auch natürliche Stoffe, die über bergmännischen Abbau aus der Erde gewonnen werden.
Diese Umwelt orientierte Ausrichtung wird auch durch eine ganze Reihe von Deva-Werkstoffen unterstützt, die Wasser als „Schmierstoff“ akzeptieren. Schließlich sind Anlagenkonzepte zur Nutzung regenerativer Energieformen nur bedingt glaubhaft, wenn durch die Maschinen selbst oder durch austretende Schmierfett- oder Ölreste die unmittelbare Umgebung belastet wird. Auch die Verwendung toxikologisch absolut unbedenklicher PTFE-Typen und die Entwicklung eines Deva-Sonderwerkstoffes, der beispielsweise im Schifffahrt-Infrastrukturbereich als Gleitpartner den Naturstein Granit (anstatt wie üblich Edelstahl) akzeptiert, kommen dieser Grundhaltung sehr entgegen.
Bei der Auswahl des Festschmierstoffes sowie der Lagermatrix ist das Lastkollektiv, also Last, Bewegungsart, Gleitgeschwindigkeit und Temperatur bis hin zu den Umgebungseinflüssen zu berücksichtigen. Dazu nutzt Federal-Mogul neben Software-gestützten Berechnungs-Tools den Erfahrungsschatz und die Versuchsergebnisse, die auf den acht hauseigenen Prüfständen in mehreren Jahrzehnten erarbeitet wurden.
Bauraum beeinflusst Lagerentscheidung
Wesentlich beeinflusst wird die Entscheidung für die Lagerart durch den verfügbaren Bauraum. Bi-Metall-Lager (oder Verbundgleitlager) sind dünnwandig, andere dagegen relativ dickwandig, dafür mit hoher Lebensdauerreserve ausgestattet. Naturgemäß können Lagerwerkstoffe mit PTFE-basierter Gleitschicht die sehr niedrigen Reibbeiwerte dieses Fluor-Polymers nutzen. Wenn aber Betriebstemperaturen über 300° oder gar 800 °C abzudecken sind, kommen nur noch spezielle Deva-Metalllegierungen in Betracht.
Online-Info
Tore der Kaiserschleuse laufen auf Granit
Im Stahlwasserbau kommt es bei gleichzeitigem Einsatz von Edelstahl und sogenanntem „schwarzen“ Stahl oft zu unzulässig hoher Korrosion. Die IRS Rapsch & Schubert GmbH, Würzburg, hat deshalb für die Lagerungen der Hubschiebetore beim Neubau der Kaiserschleuse in Bremerhaven nach Alternativen gesucht und wollte mit Granit einen nativen, mineralischen Werkstoff als einen Partner einer Gleitpaarung nutzen.
Nun galt es für Federal-Mogul einen Werkstoff zu finden, der sowohl unter Wasser als auch an Luft die geforderten Gleiteigenschaften sicherstellt, also neben Robustheit vor allem hohe Lebensdauer und konstante Reibwerte. Zusätzlich soll auf jede Nachschmierung der Gleitpaarung verzichtet werden – die Gleitelemente müssen also über die geplante Lebensdauer von 25 Jahren selbstschmierend arbeiten.
Auf den hauseigenen Prüfständen in Stadtallendorf konnten nach einigen Anpassungsarbeiten jene Betriebsbedingungen simuliert werden, wie sie in der Kaiserschleuse für die 55 m breiten Tore zu erwarten sind. Dabei waren anwendungsbedingt auch größere geometrische Abweichungen wie Biegeverformungen durch den einwirkenden Wasserstaudruck (alleine durch den Tidenhub von 3,8 m beträgt er rund 400 t) zu berücksichtigen. Als Folge davon können Kantenpressungen entstehen, die im schlimmsten Fall zur Überlastung oder gar Zerstörung der Gleitleisten führen. Auch die Ausbildung eines Transferfilms, also der gesteuerte Übertrag von Festschmierstoffen auf den (hier mineralischen) Gegenwerkstoff, folgt anderen Gesetzmäßigkeiten als im Falle metallischer Werkstoffe. Zunächst wurden die gängigen Werkstoffe aus dem Portfolio getestet. Auf Basis des Materials, das am besten abschnitt, wurden Varianten erzeugt, bis alle geforderten Eigenschaften sicher erfüllt wurden.
Heute stellt in der Kaiserschleuse Bremerhaven eine spezielle Version von Deva.tex die Bewegungsfunktion der Schleusentore im Außen- und im Binnenhaupt sicher.
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