Hoch beanspruchbare Wälzlager mit besonderem Korrosionsschutz
NSK DEUTSCHLAND GMBH, RATINGEN. “Exzellenter rostfreier Stahl” oder ES1 ist die Bezeichnung eines neuen Werkstoffs, den NSK für Wälzlager entwickelt hat, die unter korrosiven Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Zu den Eigenschaften von ES1 gehören eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und hohe Wälzfestigkeit in feuchter und nasser Umgebung. Hier weisen die Lager aus ES1 sowohl in Testreihen als auch in der Praxis deutlich bessere Ergebnisse auf als Lager aus gebräuchlichem rostfreiem Stahl vom Typ 1.4125.
Das Material 1.4125 oder AISI 440C war bislang erste Wahl, wenn ein hoch verschleißfester rostfreier Stahl für die Herstellung von Wälzlagern für korrosive Umgebungen gesucht wurde. Dies ist z.B. in vielen Einsatzbereichen der Lebensmitteltechnik der Fall, wo Maschinen und Anlagen häufig gereinigt und dabei mit Wasser oder mehr oder weniger aggressiven Reinigungsmitteln beaufschlagt werden. Auch in der Chemieindustrie werden häufig korrosionsfeste Wälzlager eingesetzt.
Korrosionsfest ist 1.4125 in der Tat. Er weist aber den Nachteil auf, dass das Gefüge eutektische Karbide enthalten kann, die Rauigkeiten an der Oberfläche erzeugen und unter der dauernden Beanspruchung an den Berührungsstellen der Rollkörper zu Bruchstellen führen. Deshalb erwiesen sich Lager aus diesem Werkstoff in manchen Einsatzfeldern als nicht zufriedenstellend: Vorzeitiger Verschleiß führte vor allem bei hohen mechanischen Beanspruchungen zu Ausfällen.
Der von NSK entwickelte Werkstoff ES1 weist keine eutektischen Karbide auf. Er ist aus feineren Karbiden, Nitriden und einem starken martensitischen Gefüge aufgebaut, so dass er sowohl gegenüber Korrosion als auch gegenüber Ermüdung und Verschleiß deutlich resistenter ist und dank höherer Wälzfestigkeit eine längere Lebensdauer erreicht.
Um dieses Eigenschaftsprofil zu erzielen und bei der Werkstoffherstellung die Bildung von eutektischen Karbiden zu unterdrücken, wurde der Stickstoffgehalt von ES1 optimiert und der Karbidgehalt reduziert.
Die Ergebnisse der Werkstoffentwicklung – ein Feld, auf dem NSK über große Kompetenz verfügt – wurden in ausgiebigen Testreihen geprüft. Dazu gehörten Salzsprühtests, Lebensdauertests in Wasser sowie Tauchbäder in einer fünfprozentigen Lösung aus Natriumchlorid, in 5-N Schwefelsäure und in 5-N Salzsäure.
Bei der Tauchprüfung in Natriumchlorid wurden Wälzlager aus den Werkstoffen ES1, 13Cr und 1.4125 bei Raumtemperatur für acht Stunden eingetaucht. Zuvor waren alle Lager sorgfältig poliert und einer Passivierung unterzogen worden. Die Tests zeigten, dass die Lager aus 1.4125 und 13Cr sichtbar korrodiert waren, das Lager aus ES1 hingegen nicht. Auch beim Salzsprühtest zeigte ES1 im Gegensatz zu den anderen beiden Lagern keinen Rostbefall, die anderen beiden Lager jedoch deutliche Rostspuren.
Die Tauchprüfung in Wasser zeigte weitere Vorteile von ES1. Dabei wurden Axialkugellager vom Typ 51305 mit Käfigen aus faserverstärktem Fluormaterial und Kugeln aus Siliziumnitrid-Keramik verwendet und einer Last von 980 N (das entspricht einem maximalen Anpressdruck von 1.470 MPa) bei einer Drehzahl von 1.000 min-1 ausgesetzt. Die Tests wurden jeweils beendet, wenn die Lagerschwingungen das Fünffache des Ausgangswertes erreicht hatten. Unter diesen Bedingungen wiesen die Wälzlager ES1 eine fünfmal höhere Lebensdauer auf als die Lager aus 1.4125.
Wälzlager aus rostfreiem Stahl sind in vielen Anwendungsfällen Reinigungsflüssigkeiten ausgesetzt, die Anteile von Schwefel- oder Salzsäure enthalten können. Deshalb führte NSK zusätzliche Korrosionstests durch, bei denen die Lager über einen Zeitraum von 20 Stunden diesen Säuren ausgesetzt wurden. Anschließend wurde der Grad der Korrosion gemessen – und wiederum erwies sich das Lager aus ES1 als überlegen.
NSK hat die Wälzlager aus dem neuen Werkstoff inzwischen ins Programm aufgenommen. Die ES1-Lager sind als Kugellager und Axialkugellager verfügbar
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In feuchter und nasser Umgebung erreichen die neuen ES1-Lager eine fünffach höhere Lebensdauer als Wälzlager aus den üblichen rostfreien Stählen.
Bild: NSK Deutschland GmbH
