Boek concurrentiewinst met NSK TL tweerijige tonlagers

De TL serie tweerijige tonlagers van NSK wordt wereldwijd gebruikt in een groot aantal toepassingen in de papierindustrie. Tegenover conventionele tweerijige tonlagers met standaard warmtebehandeling, blijkt dit geavanceerde product steeds populairder te worden door een aantal duidelijke voordelen, zoals hogere sterkte van de binnenring, langere levensduur en dimensionele stabiliteit bij hoge bedrijfstemperaturen.

Aanleiding voor de ontwikkeling van TL (tough and long life) lagers was het probleem, dat in de binnenring van tweerijige tonlagers met conische boringen breuken kunnen ontstaan, met name als deze lagers toegepast worden met een relatief hoge vaste passing. Dit probleem kan zich voordoen bij droogcilinders (inclusief Yankee droogrollen) en kalanderwalsen, waar oververhitte stoom door de holle astappen van droogwalsen en door het midden van lagers stroomt. Het temperatuurverschil dat hierdoor ontstaat vergroot de vaste passing, waardoor de hoepelspanning (omtrekkracht) op de binnenring enorm toeneemt en daarmee de kans op scheuren.

NSK wist dat de sleutel tot een succesvolle oplossing lag in de ontwikkeling van een lager dat beter bestand was tegen hoepelspanning. Begonnen werd daarom met het opstellen van de TL specificatie op basis van een staaltype dat geschikt is om te carboneren, maar waarop een speciale warmtebehandeling worden toegepast. Metaalkundig gezien zijn de loopbanen van dit type staal harder dan bij conventioneel lagerstaal, terwijl de kern zacht blijft. Dit contrast zorgt zowel voor de benodigde schokbestendigheid die breuk voorkomt, als voor de noodzakelijke oppervlaktehardheid voor een lange levensduur van de lagers.

Benchmarktests

De sterkte van de binnenringen die voldoet aan de TL specificatie is hoger dan die van de binnenringen die zijn vervaardigd van bainitisch staal of standaard lagerstaal, zoals aangetoond in een serie benchmark breuktesten. Bij de tests werden de binnenringen onderworpen aan een radiale belasting van 2000 kg bij een rotatiesnelheid van 1800 rpm, terwijl tegelijkertijd een gemeten waarde van de hoepelspanning werd toegepast.

Met name de ringen van lagerstaal, sommige met standaard warmtebehandeling en andere met bainiet behandeling, braken al bij een hoepelspanning van 400 MPa na respectievelijk 1 x 10⁷ omwentelingen en 7 x 10⁷ omwentelingen (gemiddeld). Daarentegen brak het staal met TL specificatie niet bij een hoepelspanning van 430 MPa, zelfs niet na 3 x 10⁸ omwentelingen (afbeelding 2). De TL ringen presteerden ook iets beter dan die van gecarboneerd staal met dimensioneel stabiliserende behandeling.

De reden van deze hoge prestaties was voor een deel terug te voeren op de restspanning (na warmtebehandeling) in de op scheuren geteste binnenringen van het TL gespecificeerde staal. Deze restspanning was aanzienlijk hoger in de proefstukken van TL staal dan in die van lagerstaal met ofwel een standaard warmtebehandeling ofwel een bainiet behandeling. Aangezien de restspanning werkt in de omgekeerde richting van de hoepelspanning onderdrukt deze de ongewenste krachten.

Bij de vermoeiingslevensduurproeven vertoonden alle lagers uit de TL serie aanzienlijk betere resultaten dan bij andere typen lagermateriaal, zo bleek uit vergelijking van de Weibull plots van de testresultaten (afbeelding 3).

Een ander belangrijk kenmerk van de TL specificatie is de hogere oppervlaktehardheid van het loopvlak vergeleken met lagers van bainitisch of gehard staal. Metingen van TL gespecificeerd staal toonden een hardheid van 710-720 HV (60,5-61,0 HRc). Deze waarde steekt gunstig af bij lagerstaal met dimensioneel stabiliserende behandeling (690-700 HV, 59,5-60,0 HRc), lagerstaal met bainiet behandeling (670-680 HV, 58,5-59,3 HRc) en gecarboneerd staal met dimensioneel stabiliserende behandeling (680-700 HV, 59-60 HRc).

De door NSK in eigen huis ontwikkelde materiaalwarmtebehandelingstechnologie dient ook ter ondersteuning van de dimensionele stabiliteit bij hoge temperaturen, zoals blijkt uit andere tests. Lagers van TL staal (bij een lagertemperatuur van 150°C) vertoonden na 10.000 uur een te verwaarlozen maatverandering (ongeveer 0,002%) - minder dan bij lagerstaal met een dimensioneel stabiliserende behandeling (bij 130°C) en beduidend minder dan bij lagerstaal met een standaard warmtebehandeling.

Bewezen voordelen

Uiteindelijk biedt NSK’s TL gespecificeerd lagerstaal 60% meer weerstand tegen hoepelspanning en heeft het een vijf keer langere vermoeiingslevensduur dan lagerstaal met bainiet behandeling, en 180% meer weerstand tegen hoepelspanning en een twee keer zo lange vermoeiingslevensduur dan lagerstaal met standaard warmtebehandeling. Deze prestatievoordelen vertalen zich in een hogere productiviteit en reële concurrentievoordelen voor gebruikers.

De populariteit van de TL lagers groeit in heel Europa. Zo heeft een bekend Russisch bedrijf in de papierindustrie, dat zijn kartonproductiemachine wilde moderniseren, onlangs een partij tweerijige tonlagers uit de TL serie voor 108 droogcilinders (aandrijf- en niet-aandrijfzijde) aangeschaft. Uitstekende prestaties en producteigenschappen waren de belangrijkste redenen voor de aankoopbeslissing. Veel lagers uit de TL serie zijn ook in gebruik in de droogsecties van papier- en kartonproductiemachines in andere fabrieken in Rusland, onder andere voor een viltroltoepassing.

Met een toenemend aantal machinefabrikanten en papierfabrieken die op zoek zijn naar maximale levensduur en bedrijfstijd, produceert NSK momenteel meer dan 100 verschillende TL lager maten/typen en helpt zo een breed scala van klanten bij het realiseren van betere en meer kosteneffectieve prestaties.

2) Resultaten van binnenringbreukproeven tonen de prestatiewinst die haalbaar is met NSK’s TL serie lagers.

3) De langere levensduur van NSK’s TL tonlagers blijkt duidelijk uit een reeks benchmark tests.

 

  Meer weten…