Das Keramiklager für chemisch aggressive Umgebungen kann eine sinnvolle Alternative sein, da es Korrosion wirksam verhindert. Keramiklager sind nicht nur deutlich korrosionsbeständiger, sondern werden auch in all den Bereichen eingesetzt, in denen Hochgeschwindigkeits‑ oder Hochtemperaturlager erforderlich sind.
Ein wichtiger Aspekt, der sorgfältig bewertet werden muss, wenn Maschinen oder Anlagen in chemisch aggressiven Umgebungen arbeiten, ist die Korrosion der mechanischen Komponenten. In solchen Umgebungen können Lager in direktem Kontakt mit hochaggressiven Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen stehen, etwa mit Salzwasser, chlorhaltigem Wasser, Salzsprühnebel, Wasserdampf, Säure‑ oder Laugendämpfen sowie sauren oder basischen Flüssigkeiten. Die Korrosion kann sich sehr schnell einstellen und dadurch die Funktionalität der Maschine oder Anlage erheblich beeinträchtigen.
Es ist zu einer guten Konstruktionspraxis geworden, die Bauteile, die mit solchen aggressiven Medien in Kontakt kommen, zu schützen – sei es durch geeignete Dichtungen (hinsichtlich Geometrie und Werkstoff), durch das Einkapseln sensibler mechanischer Komponenten in Schutzgehäusen oder durch den Ersatz von normalem Stahl mit korrosionsbeständigen Stählen oder Metallen. Im Fall von Lagern können anstelle des Standardstahls 100Cr6 auch rostfreie Stähle verwendet werden.
Jede dieser Lösungen weist jedoch Nachteile auf, die sorgfältig abgewogen werden müssen. Wenn man sich zum Beispiel dafür entscheidet, die mechanischen Komponenten in ein druckdichtes Gehäuse zu kapseln, kommen zu den möglichen Schwierigkeiten bei der Umsetzung höhere Kosten, ein aufwendigerer Wartungszugang sowie potenzielle Betriebsprobleme hinzu (wenn wir zum Beispiel einen Elektromotor in ein Gehäuse ohne Belüftung einschließen, erreicht seine Temperatur in kurzer Zeit einen unzulässig hohen Wert).
Wenn man hingegen – wie im Fall der Lager – beschließt, Edelstahllager anstelle von Standardstahl‑Lagern zu verwenden, muss man eine Reduzierung der Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig höheren Kosten in Kauf nehmen. Es ist nämlich zu beachten, dass die rostfreien Stähle, die für die Herstellung von Lagern eingesetzt werden können, grundsätzlich in zwei Gruppen eingeteilt werden:
- Martensitische Stähle wie AISI 420 und AISI 440
- Austenitische Stähle wie AISI 304 oder AISI 316
Der grundlegende Unterschied zwischen diesen beiden Stahlgruppen besteht darin, dass martensitische Stähle gehärtet werden können und so eine Härte der Laufbahnen und Wälzkörper von 52–55 HRC erreichen, während austenitische Stähle nicht härtbar sind und daher eine sehr geringe Härte aufweisen, die 20 HRC nicht erreicht. Dies bedeutet, dass Edelstahllager nicht die gleiche Tragzahl wie Lager aus 100Cr6 erreichen können. Im Einzelnen gilt:
- Tragzahl AISI 304/316 ≈ 7–8% der Tragzahl von 100Cr6
- Tragzahl AISI 420 ≈ 70% der Tragzahl von 100Cr6
- Tragzahl AISI 440 ≈ 80% der Tragzahl von 100Cr6.
Aus Korrosionssicht sind austenitische Edelstähle dank ihres höheren Chromgehalts und des gleichzeitigen Nickelanteils den martensitischen Güten überlegen.
Zusammenfassend gilt:
- Die Umrüstung von Lagern aus 100Cr6 auf Edelstahllager aus AISI 304/316 bietet zwar eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, jedoch nur eine sehr geringe Tragfähigkeit.
- Die Umrüstung von Lagern aus 100Cr6 auf Edelstahllager aus AISI 420/440 bietet eine gute Korrosionsbeständigkeit, allerdings mit einer Reduzierung der Tragfähigkeit um etwa 20–30%.
Neben der Tragzahl und der Korrosionsbeständigkeit müssen auch die Schmierungsprobleme berücksichtigt werden. Selbst bei Edelstahllagern sind eine korrekte Schmierung, die Wahl des geeigneten Schmierstoffs und die Einhaltung der Wartungsvorschriften entscheidend für einen zuverlässigen Betrieb.
Heute steht jedoch eine alternative und wirksamere Lösung für die bislang aufgezeigten kritischen Punkte zur Verfügung: das vollkeramische Lager.
Die wesentlichen Aspekte, die das vollkeramische Lager in chemisch aggressiven Umgebungen so wirkungsvoll machen, sind:
- Die Tragfähigkeiten von vollkeramischen Lagern können als vergleichbar mit denen von Lagern aus 100Cr6 angesehen werden.
- Die Schmierung ist bei vollkeramischen Lagern nicht so kritisch wie bei Lagern aus 100Cr6; Vollkeramiklager können auch ohne Schmierung oder mit dem Medium, in dem sie arbeiten (z. B. Wasser oder Säuren), als Schmierstoff betrieben werden.
- Eventuelle Käfige und Dichtungen können aus Kunststoffen hergestellt werden, die gleichermaßen beständig gegen chemische Angriffe sind.
- Sind Dichtungen vorhanden, können diese als berührungslose Dichtungen ausgeführt werden, was die Leichtläufigkeit des Lagers weiter verbessert.
- Die Auslegung der Maschine oder Anlage lässt sich vereinfachen, da keine druckdichten Schutzgehäuse für die Lager vorgesehen werden müssen.
