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DER KONSTRUKTEUR 12/2017

DER KONSTRUKTEUR 12/2017

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE Folge, dass sich die Lebensdauer von Rillenkugellagern bei hoher Belastung und widrigen Umgebungsbedingungen verdoppelt. GROSSLAGER FÜR WINDKRAFTANLAGEN Ein weiteres Beispiel für eine anwendungsorientierte Werkstoffentwicklung kommt aus der Windenergietechnik. Hier kann bei Wälzlagern unter der Werkstoffoberfläche das bereits erwähnte Schadenbilds der White Etchings Cracks (WEC) auftreten. Diese im angeätzten Werkstoff-Schliffbild weiß erkennbaren Strukturen bestehen aus sprödem Ferrit, der sich durch Gefügeveränderungen bildet. Die veränderten Strukturen können den vorhandenen hohen Belastungen nicht mehr ausreichend standhalten. Es bilden sich Risse (WEC), die sich ausbreiten und schließlich an der Oberfläche zu Pittings bzw. Abblätterungen (WSF = White Structure Flaking) führen. Die Ursachen für die Entstehung von WEC sind wissenschaftlich nicht vollständig geklärt. Der aktuelle Wissensstand geht von Bedingungen aus, die in der Interaktion aller Komponenten des gesamten Antriebsstrangs begründet sind. Dazu gehören Dynamik, Mischreibung, elektrische Ladungen/Ströme, chemische Effekte, Schlupf/Gleitbewegungen im Wälzkontakt sowie Wasserstoffdiffusion. 04 05 SCHADENSBILDER REPRODUZIEREN – GEGEN- MASSNAHMEN ENTWICKELN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN NSK ist es im Labormaßstab gelungen, die Entstehung von WEC zu reproduzieren und auf dieser Basis Gegenmaßnahmen zu ent wickeln. Dazu gehört das Brünieren von martensitisch durchge här teten Wälzlagerstählen sowie von Sonderwerkstoffen. Diese Zusatzbehandlung führt nachweislich zu einer deutlichen Ver zögerung des Auftretens von WEC-Schäden. Eine weitere wirksame Maßnahme zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit von WEC-Schäden ist der Einsatz von Wälzlagerringen aus dem bereits erwähnten Super-Tough-Stahl (STF). Durch diese Kombination von Werkstoff und Oberflächenbehandlung kann eine typische Verbesserung der dynamischen Tragzahl um 23 % erzielt werden. Das entspricht bei Rollenlagern einer Verdoppelung der Ermüdungslebensdauer. Oberflächeninduzierter Verschleiß bei Mangelschmierung bzw. kontaminiertem Schmierstoff wird beim Einsatz von STF-Lagern stark reduziert, ferner werden potenzielle WEC-Schäden verzögert. Versuchsreihen ergaben hier eine Verdopplung der Zeit bis zum Schaden. Ebenfalls möglich und sinnvoll ist die Verwendung von Wälzlagerringen aus dem Material Anti-White-Structure-Tough (AWS-TF). Dieser NSK-eigene Sonderwerkstoff wurde dezidiert zur Vermeidung von WEC-Schäden entwickelt. In aufwendigen Versuchsreihen wurde zunächst die Standzeit bis zum Auftreten von WEC-Schäden bei herkömmlichem Wälzlagerstahl ermittelt. Danach wurden die Versuchsreihen mit AWS-TF durchgeführt. Nach achtfacher Betriebsdauer konnten keine WEA (White Etching Areas) im Werkstoff gefunden werden. KUNSTSTOFF UND KERAMIK Die Werkstoffentwicklung bei NSK beschränkt sich nicht auf Stahl. In der Kunststofftechnik sowie bei NE-Metallen (Messing) werden ebenfalls neue Materialien erprobt, um die Eigenschaften von Käfigen zielgerichtet zu verbessern. Keramik und Keramikbeschichtungen spielen eine zunehmende Rolle, wenn die elektrischen Eigenschaften der Wälzlager (Leitfähigkeit) sowie die Verschleißbeständigkeit beeinflusst werden sollen. Hier hat NSK aktuell eine neue Entwicklung mit der Bezeichnung HDY2 vorgestellt, die sich durch optimierte Isolationswerte und Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. 04 Typisches Schadensbild: White Etching Areas unter der Werkstoffoberfläche 05 Vorteile von STF bei Betrieb mit kontaminiertem Schmierstoff 06 Ein weiteres Forschungsfeld der Werkstoffentwicklung sind Keramikkomponenten und -beschichtungen für Wälzlager 06 14 DER KONSTRUKTEUR 12/2017

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt der Werkstofftechnologie liegt bei den Schmierstoffen, die letztlich auch ein Konstruktionswerkstoff der Wälzlager sind. Die Tribologie ist neben der Werkstofftechnik sogar eine zweite Kernkompetenz der Forschung und Entwicklung von NSK. SITZT KONSTRUKTIONSELEMENTE www.nskeurope.de LEE gewindelose Miniatur- Ventile, -Siebe und -Blenden Sicherer Sitz bis 400 bar Systemdruck Check Valves Relief Valves NEU Calibrated Orifices Flow Controls Pilot operated Check Valve Safety Screens WERKSTOFFE SIND DER SCHLÜSSEL ZUR STEIGERUNG DER ZUVERLÄSSIGKEIT VON WÄLZLAGERN RALF PETERSEN, Engineering Manager Industrial, European Technology Centre, NSK Deutschland GmbH Bei der Entwicklung hochleistungsfähiger Wälzlager spielt die Auswahl und Optimierung der verwendeten (Stahl-)Werkstoffe eine zentrale Rolle. Für die Forschung und Entwicklung von NSK gehört die Werkstofftechnik deshalb zu den vier Kernkompetenzen. Entsprechend breit ist das Spektrum der verwendeten Wälzlagerstähle und deren Oberflächenbehandlung. Airbleed NEU Betaplugs LEE Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH Am Limespark 2 · 65843 Sulzbach Telefon 06196 / 773 69-0 E-mail info@lee.de www.lee.de THE LEE COMPANY SINCE 1948

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