Wälzlager

Andreas Mühlbauer,

Selbstschmierende Rillenkugellager für Tieftemperatur-Einsätze

Für den Einsatz in Tauchpumpen, die tiefkalte Gase wie Wasserstoff und LNG fördern, hat NSK Wälzlager entwickelt, die ohne externe Schmierung auskommen. Diese Edelstahllager mit einem Käfig aus selbstschmierendem Fluorkunststoff kommen in Tauchpumpen zum Einsatz.

Die Tieftemperatur-Rillenkugellager von NSK. © NSK

Weltweit werden viele Projekte angestoßen, um die Nutzung der Energiequelle Wasserstoff voranzutreiben. Dabei kommen häufig spezielle Tauchpumpen zum Einsatz, die gasförmige und flüssige Medien zuverlässig im Dauerbetrieb oder intermittierend fördern können – bei Tieftemperaturen bis rund -200 oC.

Bei diesen Pumpen ist die zweifache Lagerung der Pumpenwelle ein kritisches Konstruktionselement. Korrosionsbeständigkeit ist ein Muss, und es kann kein anderes Schmiermittel verwendet werden als die Medien, die das Lager umspülen. Das aber ist tribologisch ungünstig. Deshalb werden hohe Anforderungen an die Materialpaarung gestellt. Außerdem müssen die Lager auch bei Tieftemperaturen eine lange Lebensdauer erreichen.

NSK hat eine Baureihe von Rillenkugellagern entwickelt, die eigens für diese ungewöhnlichen Betriebsbedingungen ausgelegt ist. Diese Lager unterscheiden sich in wesentlichen Konstruktionsmerkmalen von herkömmlichen Pumpenlagern. Zum Beispiel werden ihre Innen- und Außenringe aus einem rostfreien Stahl gefertigt, der an die besonderen Anforderungen von Wälzlagern angepasst wurde.

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Die Wälzkörper – ebenfalls aus Edelstahl – werden in einem stabilen Käfig geführt, der das gesamte Innenvolumen des Lagers einnimmt. Der Käfigwerkstoff – ein selbstschmierender Fluorkunststoff – gewährleistet reibungsarmen Lauf des Lagers ohne externe Schmierung. Zudem ist der Hochleistungs-Kunststoff extrem verschleißfest und bietet gute Tieftemperatur-Eigenschaften bei Drehzahlen bis 3600 min-1. Der Käfig ist zweiteilig ausgeführt, die beiden Hälften sind durch Edelstahlnieten verbunden.

In Labortests und auch in der Praxis erreichen diese Rillenkugellager deutlich längere Standzeiten als andere Lager für diese Anwendung, z.B. solche mit einem Käfig aus Phenol-Hartgewebe. Sie werden in verschiedenen Baugrößen (Wellendurchmesser 30 bis 100 mm) gefertigt und sind damit sowohl in größeren Pumpstationen der Wasserstoff-Infrastruktur einsetzbar als auch dezentral, z.B. in Wasserstofftankstellen.  Selbstverständlich eignen sich die Pumpenlager auch für die Förderung von anderen Kryo-Gasen wie z.B. Stickstoff.

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