Für die Korrosionsschutzindustrie

Die Korrosionsschutzlager haben die Eigenschaft, starke Säuren, Laugen, Meerwasser und andere besondere spezifische Eigenschaften zu verhindern. So werden sie häufig in den medizinischen und biotechnologischen Maschinen, chemischen Geräten, Erdölfeldern, elektronischen Geräten, Schifffahrtsgebieten, Lebensmittelmaschinen usw. verwendet.

Korrosion ist der natürliche Feind eines Wälzlagers, und noch dazu ein hinterhältiger Feind. Wenn chemische Reaktionen aus Feuchtigkeit, Dämpfen und Säuren Lageroberflächen angreifen, werden die Schäden oft erst zu spät sichtbar. Glücklicherweise gibt es in der Konstruktionsphase viele Dinge, die Sie tun können, um Ihr Lager vor diesen hinterhältigen Angriffen zu schützen.


Der erste Schritt besteht wie üblich darin, die Servicebedingungen vollständig zu definieren. Die zweite besteht darin, Ihre Überprüfung der verfügbaren Korrosionsschutztechniken unter Berücksichtigung dieser Anforderungen durchzuführen. In diesem frühen Stadium können Sie die Beratung durch einen Lagerhersteller oder Schmierstoffhersteller hilfreich finden, da diese typischerweise über Erfahrung in einem breiten Anwendungsspektrum verfügen.


Dienstleistungskonditionen

Es gibt viele Betriebsbedingungen, die berücksichtigt werden müssen, aber alle lassen sich in fünf Hauptkategorien einteilen: Leistungsanforderungen, Verunreinigungen, Korrosionsbeständigkeitsbewertungen, Wartungshäufigkeit und extreme Bedingungen.


1. Leistungsanforderungen

Viele Leistungskriterien sollten berücksichtigt werden. Die häufigsten sind:


Welche Belastungen muss das Lager tragen?

Was ist der erwartete Arbeitszyklus?

Welche Rotationsart ist erforderlich und mit welcher Geschwindigkeit?

Welche Positionsgenauigkeit?

Wie lange muss es dauern, zB L(10) Ermüdungslebensdauer?

Wie wird es montiert?

Welche Schmierung wird benötigt?

Wie zugänglich wird es für Wartungsarbeiten sein?

Diese Leistungskriterien werden normalerweise nicht durch eine korrosive Betriebsumgebung beeinflusst, aber es kann sein, dass Sie einige Konstruktionsänderungen vornehmen müssen, um sicherzustellen, dass alle diese Kriterien erfüllen. Die Art der Modifikationen wird zum großen Teil von der Art der Verunreinigung(en) abhängen.


2. Identifizieren Sie Verunreinigungen

Bei den meisten Schadstoffen handelt es sich um eine Art Luftfeuchtigkeit, die jedoch unterschiedliche Formen und Konzentrationen aufweisen können. Wasser ist am offensichtlichsten, aber selbst Wasser ist nicht einfach: Der gleiche Schutz ist beispielsweise nicht sowohl gegen ionenreiche Flüssigkeiten als auch gegen sauerstoffreiche Kondensate wirksam. Salze und Säuren bieten viele weitere Variationen; wenn das lager einem dieser lager ausgesetzt ist, ist es wichtig zu wissen, welcher typ und seine konzentration.


Es ist eine gute Idee, über Verunreinigungen hinauszuschauen und die Auswirkungen jedes Elements in der Betriebsumgebung zu berücksichtigen. Einige sind offensichtlich (extreme Temperaturen und Druck), andere jedoch nicht. Unter bestimmten Umständen reagieren beispielsweise Trockenschmierstoffe mit Wasser zu Schwefelsäure im Lagerring.


Auch vor dem Einbau, während der Herstellung, des Versands und der Lagerung sind Lager Verschmutzungen ausgesetzt. In all diesen Phasen ist eine feuchtigkeitsdichte Verpackung eine gute Idee. Darüber hinaus neigen Betriebe, die korrosionsbeständige Beschichtungen aufbringen, zu sauren Atmosphären, daher sollten dort hergestellte unbeschichtete Lager mit einem Schmierfilm geschützt werden.


Tests zur Salzsprühnebelbeständigkeit

Tests der Kaydon Bearings Division zeigen, dass galvanisch abgeschiedene Verchromungen eine äußerst wirksame Barriere gegen Korrosion durch Salzsprühnebel darstellen.


Zwölf Lagerlaufringe wurden in zwei Sätze unterteilt, wobei jeder Satz sechs Ringe enthielt – jeweils zwei aus glattem 52100-Stahl, 440C-Edelstahl und 52100 mit galvanisch abgeschiedenem hochdichtem Chrom. Die Forscher behandelten einen Ring jedes Materials mit einem wasserbeständigen Fett, das der Spezifikation MIL-PRF-23827 entspricht, und ließen den anderen Ring jedes Materials unbehandelt.


Die Rennen wurden in einer Testkammer aufgehängt und 96 Stunden lang 5% Natriumchlorid-Spray bei 95°F ausgesetzt. Die Forscher untersuchten die Ringe regelmäßig und zeichneten den Korrosionsfortschritt auf. Die gemittelten Ergebnisse der beiden Tests sind:

KlingeltypGeschätzter Prozentsatz der verrosteten Oberfläche
8 Std16 Stunden24 Stunden48 Stunden72 Stunden96 Stunden
52100 (einfach)509095999999
440C (einfach)101025607088
Verchromt 52100 (einfach)keinerkeiner1102363
52100 (gefettet)257590999999
440C (gefettet)keiner15202543
Verchromt 52100 (gefettet)keinerkeinerkeiner468

3. Korrosionsbeständigkeitsbewertungen

Bearings should have a corrosion life about the same as their expected service life. Why, for example, choose a material that offers 20 years of corrosion protection (like 17-4 precipitation hardening stainless steel) for a bearing with an expected fatigue life of only six years? Conversely, you can't expect a fatigue life of 10,000 hours from a shipboard bearing made of materials likely to rust solid after being exposed to salt spray for just 96 hours. All criteria must be in sync.


4. Frequency of maintenance

Die Korrosionsbeständigkeitsbewertungen sind spezifisch für die Umgebung eines Lagers, und die Wartung ist in jeder Umgebung ein Hauptfaktor. Bis zu einem gewissen Grad liegt die Zuverlässigkeit des Korrosionsschutzes in der gemeinsamen Verantwortung des Konstrukteurs, des Maschinenbedieners und in vielen Anwendungen des Technikers, der das Lager zur Inspektion oder Wartung demontiert. In leicht korrosiven Umgebungen kann eine ordnungsgemäße Wartung nach einem gewissenhaft befolgten Zeitplan ausreichend sein – natürlich vorausgesetzt, dass das Lager zugänglich ist. Unabhängig davon, wie oft das Lager ausgebaut wird, können Sie bestimmen, wie viel Korrosionsschutz in die Konstruktion integriert werden muss.


5. Extreme Umgebungen

Während alle korrosiven Umgebungen die Lager belasten, sind einige besonders extrem. Der Weltraum ist ein gutes Beispiel. Für den Phoenix Mars Lander, den die NASA 2008 zum Sammeln von Boden- und Eisproben startete, war ein reibungsloser Betrieb bei -108°C, etwa 171 Millionen Meilen vom nächsten Servicetechniker entfernt, eine der wichtigsten Anforderungen. Die Lager mussten beheizt und mit einem ausgasungsarmen Schmierstoff gefüllt werden, der bei solch extremen Temperaturen nicht zu zähflüssig wird oder in der dünnen Atmosphäre verdampft.


Korrosionsschutzoptionen

Nachdem alle Servicebedingungen definiert wurden, können Sie mit der Bewertung Ihrer Lagerschutzoptionen beginnen und Ihre Suche entsprechend eingrenzen. Schmiermittel, Dichtungen, Beschichtungen und alternative Materialien sind die gebräuchlichsten Formen.


Schmierstoffe

Während die Hauptfunktion eines Schmierfilms darin besteht, den Metall-auf-Metall-Verschleiß zu minimieren (und manchmal das Lager zu kühlen), können einige Schmiermittel in einer leicht korrosiven Umgebung als Schutz dienen. Ein hochgradig wasserbeständiges Schmierfett – wie MIL-PRF-23827, wie Shells Aeroshell 7 – kann dazu beitragen, ein Lager in einer leicht feuchten Umgebung zu schützen, während andere Schmierfette dies nicht können.


Dieser Schutz ist natürlich nur bei intaktem Schmierfilm möglich. Sollte es zwischen den Betriebszyklen überhitzen, austrocknen oder sich absetzen, kann man sich nicht darauf verlassen. Manche Leute versuchen, dies durch Überschmieren auszugleichen, aber dies erhöht einfach das Reibungsmoment und führt normalerweise zu einer Überhitzung des Lagers. Leerlaufgeräte sollten regelmäßig gedreht werden, um die Schutzeigenschaften des Schmiermittels zu erhalten.


Dichtungen

Dichtungen werden häufig verwendet, um Partikel aus einem Lager (und Schmiermittel darin) herauszuhalten. Aber typische Dichtungsmaterialien (Nitrilkautschuk, PTFE) bieten wenig Schutz gegen Flüssigkeiten oder Gase, und das sind die Formen von Korrosion, die normalerweise auftritt. Sie erhalten bessere Ergebnisse, wenn Sie das Lager aus einem korrosionsbeständigen Material oder einem Material herstellen, das eine korrosionsbeständige Beschichtung akzeptiert.


Schutzbeschichtungen

Auf Lagerkomponenten werden verschiedene Schutzbeschichtungen verwendet, von der Beschichtung und dem thermischen Zinkspritzen bis hin zu galvanisch abgeschiedenen und chemisch abgeschiedenen Barrieren.


Chrom- und Nickelbeschichtungen bieten eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und sind in stark korrosiven Umgebungen wie Säurebadanlagen oder Salzsprühnebel wirksam. Eingebrannte Festschmierstoffe oder Phosphate von Zink und Mangan bieten eine gute Beständigkeit und sind für mäßig korrosive Betriebsbedingungen geeignet.


Konservierungsöl- oder Schwarzoxidbeschichtungen sind nur für den sehr kurzfristigen Schutz vor leicht korrosiven Umgebungen geeignet. Sie werden manchmal zur Lagerung von Lagern vor der Wartung verwendet. Eine längerfristige Lösung bietet das thermische Zinkspritzen, das dem Metall kathodischen Schutz verleiht.


Irgendwann beginnen sich jedoch die meisten Beschichtungen und Beschichtungen vom Grundmetall abzulösen – Absplittern, Abblättern oder Abblättern. Eine Ausnahme: die galvanische Abscheidung von hochdichtem Chrom auf Laufringen aus traditionellem 52100-Lagerstahl. Unabhängige Tests haben gezeigt, dass galvanisch abgeschiedenes Chrom mit hoher Dichte – wie das von Kaydon Bearings verwendete Endurakote®-Verfahren – mindestens genauso korrosionsbeständig ist wie 440C-Edelstahl.


Diese Schutzschichten – mit Ausnahme von DLC – werden häufiger auf die Lagerringe aufgetragen als auf die Wälzkörper, deren Form und der vergleichsweise kleine Durchmesser es schwierig machen, selbst 0,0001" dicke Bleche innerhalb der zulässigen Toleranzen zu halten. Bei Wälzkörpern ist ein Materialwechsel in der Regel ratsam.


Alternative Materialien

In extrem korrosiven Umgebungen ist der beste Weg – und oft der teuerste und zeitaufwändigste – der Ersatz von Standardstahl durch korrosionsbeständige Materialien. Martensitischer Edelstahl und Keramik sind heute Standardwerkstoffe für Wälzkörper, auch Laufringe können aus Keramik bestehen.



2021-12-02