Wichtige Überlegungen zur Auswahl von Wasser

Sep 05, 2023

Wassergeschmierte Lager werden in vielen Branchen eingesetzt, darunter Wasserkraft, Schifffahrt, Offshore, Pumpen, Tiefbrunnen mit großem Durchmesser und Petrochemie (wo ein funkenfreier Betrieb unerlässlich ist), Wasseraufbereitung und Abwasserentsorgung.

In allen Umgebungen treten im Laufe der Zeit bei allen Lagern Probleme auf. Wassergeschmierte Lager stellen besondere Herausforderungen an das Lager, und abrasives Wasser bringt noch weitere Herausforderungen mit sich.

Der Zweck jedes Lagermaterials besteht darin, als Opferschnittstelle zwischen einer festen Einheit und einer rotierenden Welle zu fungieren. Das Lagermaterial darf nicht zu viel Haftreibung aufweisen – die Haftreibung, die überwunden werden muss, um eine Relativbewegung stationärer Kontaktobjekte zu ermöglichen – und steif genug sein, um den Belastungen standzuhalten, aber nicht so hart, dass die rotierende Welle beschädigt wird. Bei der Berücksichtigung dieser Eigenschaften ist die Lagerauswahl von entscheidender Bedeutung.

Unabhängig davon, ob die Lager aus Metall, Polymer/Kunststoff oder einem natürlichen Material bestehen, sollten sie reibungslos laufen und eine Wartung zwischen geplanten Ausfällen vermeiden. Hier sind die wichtigsten Überlegungen, die Sie bei der Entscheidung über den zu verwendenden Lagertyp berücksichtigen sollten.

Da man weiß, dass die Reduzierung der Reibung das Endziel ist, ist es ideal, ein Material zu finden, das über eine selbstschmierende Glasur verfügt, um die Reibung zu brechen und dann leicht in einen hydrodynamischen Zustand überzugehen. Besser ist es, Materialien zu finden, die nur den Läufer und das Lager selbst ohne interne Kugellager, Rollen oder andere bewegliche Teile ermöglichen.

Metalllager wie Bronze, Messing und Babbitt weisen beim Start den höchsten Reibungskoeffizienten (COF) auf und werden im Allgemeinen nicht unter Wasser eingesetzt. Metalle, einschließlich Wälzlager aus hartem Stahl, sind für ihren Betrieb ausschließlich auf einen flüssigen Öl- oder Fettfilm angewiesen, was eine ordnungsgemäße Abdichtung in einer Wasserumgebung erschwert. Eine geölte Lagerkonfiguration birgt zwei große Risiken: Erstens, dass Öl ins Wasser gelangt, und zweitens, dass es zu einem Ausfall kommt, wenn nur 2 Prozent Wasser eindringen.

Die Chemie von Kunststoffen und Polymeren ist ein fortlaufendes Experiment mit mehr als 20 Formeln. Kunststoff-/Polymermaterialien weisen im Allgemeinen einen niedrigen COF auf, können jedoch langfristig zu „Kriechen und Quellen“ führen, was dazu führen kann, dass Wellen die zunehmende Betriebsreibung nur schwer überwinden können oder ganz festfressen. Darüber hinaus können Schleifmittel im typischen Flusswasser zu übermäßigem Verschleiß und Ausfällen dieser Materialien führen. Die meisten Kunststoffe und Polymere sind auf große Spiele angewiesen, die einen vorzeitigen Verschleiß und eiförmige Verschleißmuster an der Unterseite des Lagers ermöglichen.

Die natürlichen Materialien Lignum Vitae und Gummi wurden beide Mitte des 19. Jahrhunderts als geeignete Lagermaterialien eingeführt und werden seitdem verwendet. Lignum Vitae hat einen niedrigen COF und Gummi einen hohen COF, aber beide überwinden die Haftreibung, wenn Wasser vorhanden ist. Eine Eigenschaft von Lignum Vitae ist sein Guajakharz, das eine Glasur bildet, die es ihm ermöglicht, sich selbst zu schmieren, wenn Wasser zum Lager gepumpt wird. Es ist diese Eigenschaft, die es Lignum Vitae ermöglicht, in tiefen Brunnen zu funktionieren, da Wasser von unten angesaugt wird, um das Lager zu bedecken.

Das Lagermaterial sollte eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, um eine Materialextrusion zu verhindern und Kantenbelastungen standzuhalten. Eine geringe Druckfestigkeit kann zu Nachgeben und übermäßigem Spiel führen.

Eine hohe Ermüdungsfestigkeit oder Zähigkeit ist wünschenswert, um Oberflächenrisse bei Metallen und Hydrolyse bei Kunststoffen zu vermeiden, bei denen Wasser die chemischen Bindungen aufbricht. Hydrolyse führt zur Verschlechterung des Kunststoffs und zum Eintrag von Verunreinigungen. Ein wesentliches Merkmal der Naturmaterialien Gummi und Lebensholz ist ihre hohe Elastizität und Zähigkeit, die eine Migration und Abspülung von Verunreinigungen im Kühlwasserkanal ermöglicht. Die molekulare Struktur und die hohe Dichte des Lignum Vitae, gebunden in einer Zellstruktur, umgeben von Guajakharz, verleihen ihm eine ausgeprägte Zähigkeit. Aufgrund seiner aluminiumähnlichen Härte kann Lignum Vitae auch ohne Filterung mit Schleifmitteln in braunem Wasser umgehen.

Dadurch wird sichergestellt, dass die Abmessungen des Lagers auch bei Temperaturschwankungen konstant bleiben.

Das Lagermaterial sollte elastisch genug sein, damit das Lager nach Entspannung, die zu vorübergehender Verformung, Fehlausrichtung und Überlastung führen kann, in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann. Viele Schäfte sind nicht perfekt. Dies verleiht der Welle einen Nockeneffekt, der ein Hämmern auf das Lager verursachen kann, was das Gedächtnis zu einem wichtigen Merkmal macht.

Die Anpassungsfähigkeit ist wichtig, wenn Schäfte Riefen oder Löcher aufweisen. Metalllager können sich kaum oder gar nicht anpassen und Kunststoffe können Material auf der Welle verschmieren, schmelzen oder abstreifen. Lignum Vitae und Gummi passen sich Unvollkommenheiten an und tragen nicht ab oder schmelzen weg.

Im Gegensatz zu Babbitt-Lagern, bei denen das Lagermetall Verunreinigungen einfängt, müssen wassergeschmierte Lager der Einlagerung von Fremdstoffen standhalten, damit diese weggespült werden können. Bei Betriebstemperaturen bildet das Guajakharz in Lignum Vitae eine Glasur, die es nahezu unempfindlich gegen die Einlagerung von Fremdstoffen macht.

Wählen Sie von Anfang an Materialien aus, die keine galvanische Korrosion verursachen, da zwischen dem Lagerzapfen und dem Lager unterschiedliche Metalle verwendet werden. Wenn möglich, wählen Sie ein nichtleitendes Lager, da eine Elektrolyse vollständig vermieden wird.

Berücksichtigen Sie die Umgebung, in der das Lager eingesetzt wird. Lager müssen problemlos alles vertragen, von braunem Wasser bis hin zu Meerwasser und sogar rauen sauren oder alkalischen Umgebungen, und absolut korrosionsbeständig sein.

Die Verfügbarkeit von Lagern ist schwierig geworden, da viele davon im Ausland hergestellt werden, was eine „Just-in-time-Lieferung“ schwieriger macht. Bei der Lagerauswahl muss berücksichtigt werden, ob ein Lager zum richtigen Zeitpunkt dort ist, wo es benötigt wird.

Angesichts der aktuellen Vorschriften der US-Umweltschutzbehörde (EPA), der Anforderungen der National Sanitation Foundation (NSF) 61 und allgemeiner Toxizitätsbedenken muss das Umweltbewusstsein Teil der Lagerauswahl sein. Metalllager erfordern Abbau-, Raffinations- und Recycling-Vorkehrungen. Bei der Herstellung von Kunststoffen/Polymeren sind Ölgewinnung, Raffinierung und der Einsatz giftiger Chemikalien erforderlich, weshalb bei der Entsorgung dieser Materialien mehr Überlegungen angestellt werden müssen. Der Hauptvorteil der natürlichen Materialien Kautschuk und Lignum Vitae ist die Erneuerbarkeit. Lignum vitae ist so wie es ist für die Bearbeitung und den sofortigen Gebrauch bereit und es bestehen keine Bedenken hinsichtlich der Entsorgung. Latexsäfte müssen zu Gummi verarbeitet werden, und bei Gummi gibt es Überlegungen zur Entsorgung.

Bei der Auswahl eines Lagers ist es wichtig, nicht nur die Anschaffungskosten zu berücksichtigen. Die vollen Nutzungskosten umfassen regelmäßige Anpassungen und voraussichtliche Ersetzungen. Die Durchführung eines Austauschs kann ein großes Unterfangen sein und erfordert wahrscheinlich umfangreiche Vorbereitungen, um Zugang zum Lager zu erhalten, sowie den Arbeitsaufwand für den Ausbau und Austausch. Ersatzkosten fallen sowohl für geplante als auch für ungeplante Ausfälle an. Daher sind die Reparatur- und Wartungshistorie sowie Langlebigkeit und Zuverlässigkeit wichtige Faktoren bei der Analyse der Gesamtkosten. Wenn es zu ungeplanten Ausfällen kommt, entstehen zusätzliche Kosten durch Umsatzeinbußen. Alle diese Überlegungen müssen zusammengenommen werden, um den wahren Wert eines Lagers richtig beurteilen zu können. Die Wahl des Lagers ist von entscheidender Bedeutung und könnte nicht zutreffender sein, als wenn man die vollen Nutzungskosten berücksichtigt. Bei richtiger Auswahl können wassergeschmierte Lager jahrzehntelang halten und einen sauberen, ölfreien Betrieb in allen Bereichen gewährleisten, von Pumpen bis hin zu Flugzeugträgern.

Gene Metzger ist im Vertrieb für Lignum Vitae Nordamerika tätig. Metzger hat einen Bachelor-Abschluss in Ingenieurwissenschaften von der University of Alabama und einen MBA in Finanzen von der University of Pennsylvania. Weitere Informationen finden Sie unter www.lignum-vitae.com.