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Auf den Prüfstand gebracht: Schaeffler ist es gelungen, WEC-Schäden auf einem FE8-Prüfstand reproduzierbar zu simulieren. Bild: Schaeffler
„White Etching Cracks“

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Damit Lager Widerstand leisten

Multi-MW-Windturbinen belasten Komponenten immer stärker. Hoffnung bietet eine Technologie zur effizienten und wirtschaftlichen Reduktion von Schäden.

Windkraftanlagen wachsen und wachsen. Das Wachstum hin zu Multi-Megawatt-Kraftwerken führt zu höheren Kräften und Momenten, die die Komponenten immer stärker belasten. Gleichzeitig wachsen auch die Kosten, vor allem aufgrund von Stillstandszeiten und Wartungsarbeiten insbesondere bei Offshore-Anlagen. Eine Schlüsselrolle kommt deshalb zuverlässigen Komponenten zu.

Ein Phänomen, das die Zuverlässigkeit von Lagern auch außerhalb der Windindustrie negativ beeinflusst, sind sogenannte „White Etching Cracks“ (WEC). WEC sind Gefügeveränderungen im Werkstoff, die sich unterhalb der Lageroberfläche bilden. Als Folge entwickeln sich unter Einfluss verschiedener äußerer Belastungen Risse. Unter Beanspruchung breiten sie sich bis zur Oberfläche aus und können schließlich ein Reißen des Innen- oder Außenrings und somit den vorzeitigen Ausfall des betroffenen Lagers verursachen.

Diese Risse treten sowohl in durch- als auch in einsatzgehärteten Wälzlagern auf. Lösungen von Schaeffler helfen dabei, die Widerstandsfähigkeit von Lagern gegenüber WEC zu steigern und frühzeitige Lagerausfälle zu verhindern.

Ursachen noch ungeklärt

Neben Lagern für Windkraftanlagen sind WEC auch bei Lagerungen anderer Industrieanwendungen, wie Elektromotoren, Papiermaschinen, Industriegetriebe (etwa für Großhydraulikbagger), Pumpensysteme oder Schiffsantriebe, sowie im Automotive-Bereich festzustellen. Einflüsse, die sich auf eine Bauteilermüdung auswirken können, wie Flächenpressung, unzureichende Stahlreinheit oder Überlast, lassen sich auf das Auftreten von WEC nicht übertragen. So sind die Ursachen für die Entstehung von WEC noch nicht vollständig nachvollziehbar.

Jedoch bilden nach heutigem Wissensstand Zusatzbeanspruchungen in Form von Dynamik, Mischreibung oder Elektrik die Voraussetzung für die Entstehung von WEC. Schaeffler verfügt über umfassende Prüfmöglichkeiten, um White Etching Cracks zu erzeugen, die Ursachen zu untersuchen und Lösungskonzepte zur Senkung des WEC-Risikos zu entwickeln.

Insgesamt lässt sich festhalten, dass sich das WEC-Risiko durch die Lagerauslegung und die Schmierstoff- oder Werkstoffwahl eindämmen lässt. Durch die optimale Auslegung kann die Beanspruchung des Lagers vermindert werden, durch Abstimmung der Schmier- und Konservierungskonzepte und die Wahl des optimalen Werkstoffs wiederum kann das Lager höher belastet werden.

Darüber hinaus bietet Schaeffler verschiedene Lösungen an, um Lagerungen gegenüber White Etching Cracks widerstandsfähiger zu machen und sie vor einem frühzeitigem Ausfall zu schützen.

Effiziente und wirtschaftliche Reduktion von Schäden

Die von Schaeffler empfohlene und statistisch belegte Technologie für eine effiziente und wirtschaftliche Reduktion von WEC-Schäden ist das Durchhärten der Lager in Kombination mit dem Brünieren der Außen- und Innenringe sowie der Wälzkörper. Das Schichtsystem Durotect B von Schaeffler ist eine Weiterentwicklung konventioneller Brünierschichten und verfügt über ein gesteigertes Leistungsvermögen.

Es vermindert die Gefahr von Schlupfschäden, verbessert das Einlaufverhalten, bietet Schutz vor Korrosion und nicht zuletzt erhöhten Schutz gegenüber WEC. So traten bei 482.000 mit Durotect B beschichteten, durchgehärteten Lagern, die innerhalb der letzten Jahre von Schaeffler für den Einsatz in Windkraftanlagen produziert und geliefert wurden, WEC nur bei weniger als 100 Lagern auf. Das entspricht einer Ausfallquote kleiner 0,02 Prozent.

Ist eine höhere Tragzahl gefordert, bietet Schaeffler carbonitrierte Wälzlager aus dem Werkstoff Mancrodur mit der Beschichtung Durotect B an. Beim Carbonitrieren werden die Lager einem speziellen Erhitzungsverfahren unterzogen, bei der die Lageroberfläche mit Kohlenstoff und Stickstoff angereichert wird. Die Lager erhalten so eine höhere Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit.

Durch den Einsatz des hochchromhaltigen Spezialstahls Cronidur 30 kann die Entstehung von WEC nach heutigem Kenntnisstand vollkommen ausgeschlossen werden. So ist bisher kein WEC-Fall mit Cronidur 30-Lagern bekannt. Auch gemäß eines eigens von Schaeffler durchgeführten Prüfprogramms zur Ermittlung individueller Lösungen je nach Anwendungsfall und Zusatzbeanspruchung sind beim Einsatz von Cronidur 30 keine WEC aufgetreten. Durch Verwendung dieses Materials lassen sich zudem eine um bis zu 70 Prozent gesteigerte Tragzahl und dadurch höhere Lebensdauer sowie ein besserer Korrosionsschutz erzielen.

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