Lagerslubricatie: vaste olie tegen olie, vullingsintervallen en automatische systemen

1. Inleiding

Onderzoek naar betrouwbaarheidsindicatoren van industriële apparatuur op Oekraïnsche bedrijven in de machinebouw en de mijnbouwsector toont aan dat tot 36% van de vroegtijdige storingen van rollelementen wordt veroorzaakt door problemen met het smeren. Onvoldoende hoeveelheid smering, degradatie van het smermateriaal, vervuiling door vreemde deeltjes of het gebruik van een onjuiste viscositeitsklasse leidt tot droog wrijven, microsoldering van de rolvlakken en thermische staking. De exploitatievoorwaarden op staalwerkerijen of cementfabrieken vereisen van mechanische ingenieurs diep kennis van tribologie om het doelwit van betrouwbaarheid MTBF (Mean Time Between Failures) boven de 50 000 uren te bereiken.

Specialisten van UNITEC-D GmbH stoten dagelijks aan problemen met het kiezen van onderdelen en het opstellen van onderhoudsrichtlijnen voor complexe productieomstandigheden. In deze technische artikel bespreken we de fysische basis voor het kiezen tussen vaste smeringen en vloeibare olie, geven we rekenformules voor het bepalen van de vervuilingsintervallen volgens de geldende normen en analyseren we de efficiëntie van automatische smeringssystemen (Centalized Lubrication Systems).

2. Fundamentele principes van tribologie van lagers

De hoofdoog van het smeren in rollelagers is het creëren van een scheidende oliefilm tussen de rollelementen (kogels of rolletjes), de rolwegingen van de ringen en de separator. De dikte van deze film wordt bepaald door het parameter van de specifieke filmdikte $\\lambda$:

\\lambda = \frac{h_{min}}{\\sqrt{R_{q1}^2 + R_{q2}^2}}

De $h_{min}$ — minimale dikte van de oliefilm (μm), en $R_{q1}, R_{q2}$ — de wortelgemiddelde ruwheid van de contactoppervlakken (μm). De waarde $\\lambda$ bepaalt het wrijvingsmode in het knooppunt:

• $\\lambda > 3$: Volledige hydrodynamische of elastohydrodynamische (EHD) film. Direct contact tussen metaal is afwezig, slijtage is bijna nihil.
• $1 < \\lambda \\le 3$: Gemengd wrijving. Er is gedeeltelijke microcontact tussen de onregelmatigheden. Vereist pakketten van EP (Extreme Pressure) en AW (Anti-Wear) additieven.
• $\\lambda \\le 1$: Grensweerstand. Hoog risico op schade, plastische vervorming en vermoeiingsverlies van de oppervlakte (micropitting).

De basisviscositeit van het smeringsmateriaal ($\ u_1$) bij de werktemperatuur is een kritisch parameter voor het bereiken van $\\lambda > 2$. Volgens ISO 15312 wordt deze berekend op basis van het gemiddelde diameter van de lagers $d_m = (d+D)/2$ en de toerental $n$. Indien de werktemperatuur van het lager +70 °C bedraagt en de berekende kinematische viscositeit 30 mm²/s is, zorgt het gebruik van een smering van klasse NLGI 2 op basis van minerale olie ISO VG 100 voor een stabiele werking tot $n \\cdot d_m = 300 000$ mm·omt/min.

3. Technische specificaties en standaarden

Ontwerp en onderhoud van wrijvingsonderdelen wordt gereguleerd door een complex van internationale en nationale normen. Het behouden van deze normen garandeert veiligheid van bedrijf en compatibiliteit van leverde onderdelen van UNITEC-D GmbH:

• ISO 281: Rollingspinnen. Berekening van de dynamische drukverdrachting en de nominale levensduur (met rekening houdend met het gemodificeerde vermoeiingssterktegetal $a_{ISO}$ voor smeringsomstandigheden).
• DIN 51825: Consistentieolieën van type K. Classificatie van olieën op basis van toepassing (bijvoorbeeld KP2K-30 voor hoge belastingen).
• ISO 6743-9: Smerenmaterialen, industriële olieën en verwante producten (klasse L). Classificatie van systemen en smeren (groep X voor vaste smeren).
• DSTU GOST 21150:2009: Vloeistoffen van algemeen gebruik (technische eisen, harmoniseerd met Europese normen).
• IEC 60034-9 / DIN 51818: Classificatie van vaste smeringen op grond van de penetratiegraad NLGI (National Lubricating Grease Institute) van 000 tot 6.

4. Kiezen en berekenen: smeermiddel of olie

De keuze tussen smering en olie hangt af van de draaitoerental ($n$), belasting ($P$), werktemperatuur en constructieve kenmerken van het lichaam. Hieronder volgt een vergelijkende matrix voor het nemen van ingenieurskeuzes.

Berekening van het opladingsinterval van het vloeibare smeringssysteem ($t_{f}$):
Voor standaard radiale kugelgewichtsontspanners heeft SKF een empirische formule voor het bepalen van het opladingsinterval (in uren) die als volgt is:

\\log t_f = 6.54 - 2.6 \\cdot \frac{n}{N_{F}} - 0.03 \\cdot d

De:
- $n$ — werkingssnelheid (omw/min)
- $N_{F}$ — grensnelheid van het smeringsoil (omw/min)
- $d$ — binnen diameter van de lager (mm)

Voor het lagersysteem 6312 ($d = 60$ mm, $D = 130$ mm) bij een werkingssnelheid van 2000 omw/min en een oliesnelheidsgrens van 6300 omw/min, is de berekende vullingsinterval ongeveer 3800 uren onder normale omstandigheden (temperatuur tot +70 °C, geen trillingen).

5. Praktische montage- en inbedrijfstellingsoverwegingen

Onjuiste initiële olie-inbreng in de lagers leidt vaak tot defecten binnen de eerste weken van bedrijf. Volg deze ingenieursnormen:

1. Vulvolume van de lichaam: De rollelementen moeten met olie worden gevuld tot 30-50% van het vrije volume in het lichaam. Oververvulling (meer dan 70%) leidt tot intensief mengen van de olie, scherpe toename van hydraulische verliezen, verwarming en uitstoot van olie via de sealing.
2. Compatibiliteit van vetten: Het is categorisch verboden om vetten van verschillende soorten te mengen. Bijvoorbeeld, het mengen van een lithiumcomplex met een sulfaat-kalium of bentonietgebaseerd vet kan leiden tot het verlies van de structuur van het vet (verdunnen en lekken) door onverenigbaarheid van de zeepgrondstoffen. Raadpleeg de technische gegevensbladen van de fabrikant voorziening.
3. Schoonheid tijdens montage: Bewaar smeringen in dichtheidsverpakkingen of verpakkingen met verpakkingen. Gebruik spuiten en pompen die uitsluitend zijn bedoeld voor een bepaald type smering om kruisvervuiling door abrasieve deeltjes te voorkomen.

6. Typische vormen van beschadiging en oorzaakanalyse (RCA)

Analyse van falen, uitgevoerd in de laboratoria van UNITEC-D, maakt het mogelijk drie hoofdschijfscenario's van degradatie van lagers door problemen met het smeren te onderscheiden:

• Thermische veroudering (vergrijsing): Het smering verliest zijn basisolie en verandert in een dichte, kovkoppige of zwarte harde massa. Oorzaak is overschrijding van de maximale werktemperatuur (bijvoorbeeld boven +120 °C voor standaard lithiumsmeringen) of langdurige werking in een hoog belastingsmode zonder koeling.
• Brinellvorming en vals Brinell: Verschijning van gaten op de rolwegingen in de vorm van sporen van kogels of rollen door trillingen van niet in gebruik genomen apparatuur (bijvoorbeeld reserve pompen). De olieplaat wordt door de trillingen uitgedrukt, waardoor microverslechtering ontstaat. Oplossing: gebruik van EP-anti-slijtvaste toevoegingen en regelmatige draaitoerental van de as.
• Abrasiieve slijtage (Vervuilingsslijtage): Inbrengen van stof, splinters of technische slib door verouderde verstopperingen. Het olie werkt als een vullingsmassa die de rollichamen slijt en de radiale afstand van de lager vergroot.

7. Prognostisch onderhoud en toestandmonitoring

Om storingen op kritieke knooppunten (hoofdventilatoren, kussers, extruders) te voorkomen, gebruikt de moderne industrie een complex van monitoringmethoden:

• Vibratieanalyse (High-Frequency Acceleration / SPM - Shock Pulse Method): De schokpulsmethode maakt het mogelijk om beschadigingen van de oliefilm en het begin van oppervlakte-microfissuren te detecteren voordat een verhoogde algemene vibratiegraad optreedt. Een stijging van de dBm-waarde wijst op droog rijden.
• Acoustische emissie en thermografie: Niet-contact temperatuurmeting van de lagerschijf met infrarood pirameters en thermografie detecteert lokale warmtepieken die wijzen op een tekort of een overvloed aan olie.
• Tribologisch onderzoek van het olie (Oil Condition Monitoring): Voor vloeibaar smeringssystemen wordt een spectrometrisch weergave van slijtage (bepaling van concentratie Fe, Cu, Cr in ppm) en bepaling van viscositeitsdaling van meer dan 10% van het initiële waarde volgens ISO 3104.

8. Vergelijkingsmatrix van moderne smeringsystemen

Voor optimalisatie van de kosten voor onderhoud van grote ondernemingen is het zinvol om te overstappen van handmatig spuiten naar automatische systemen. Een vergelijking van de belangrijkste opties is hieronder weergegeven:

9. Conclusie

De juiste keuze van smeringsmateriaal en naleving van de voorschriften voor het vullen — de zekerheid van ononderbroken werking van industriële apparatuur. Ingenieurs van UNITEC-D GmbH zijn bereid expertische ondersteuning te geven bij het kiezen van lagers, hoge temperatuur smeringen en componenten van automatische smeringssystemen die voldoen aan de strenge Europese kwaliteitsnormen.

Ontdek onze volledige assortiment industriële componenten en lagers in digitale catalogus UNITEC-D.

10. Referentie

• ISO 281: Rollenonderdelen — Dynamische belastingen en levensduur. Internationaal Normalisatieorgaan.
• DIN 51825: Vloeistoffen — Smeren K — Specificatie van smeren voor rollen- en platte lagers.
• SKF Algemene Categorie: Lagerschuifolie en onderhoudsrichtlijnen, Publicatie 10000 EN.
• ISO 15312: Rollenonderdelen — Thermische snelheidsclassering — Berekening en coëfficiënten.
• IEV (Internationaal Electrotechnisch Woordenboek) - IEC 60050: Industriële Tribologie en Onderhoudstermen.