Die Funktion des Lagerschmiermittels besteht darin, einen dünnen Ölfilm zu erzeugen, der die Wälzkörper und Laufbahnoberflächen des Lagers voneinander trennt, um Reibung und Verschleiß zu verringern und so die Ermüdungslebensdauer zu erhöhen. Bei den meisten Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung wird dazu ein lebensmitteltaugliches Schmierfett verwendet. Häufige Reinigungszyklen und extrem hohe Temperaturen können die Leistung dieses Schmierfetts stark beeinträchtigen. Bei wasserbasierten Reinigungslösungen und Desinfektionsmitteln besteht die Gefahr, dass sie die chemischen Eigenschaften des Schmiermittels durch Verdünnen des Grundöls und Zersetzung des Verdickers verändern. Hohe Temperaturen hingegen beschleunigen die Oxidation des im Schmierfett enthaltenen Öls und reduzieren dadurch seine Wirksamkeit.
Häufig werden die Lager daher regelmäßig nachgeschmiert, manchmal sogar täglich. Aber auch diese Lösung ist problematisch:
- Verbrauchtes Schmierfett kann durch die Lagerdichtungen austreten, wenn neues Fett nachgefüllt wird.
- Haben die Lager Endabdeckungen, sammelt sich dort Wasser an, in dem sich Bakterien ansiedeln könnten.
- Das Nachschmieren, die Beseitigung von ausgetretenem Schmiermittel oder Leckagen sowie die Erneuerung von Lagern vor Erreichen ihrer erwarteten Lebensdauer beeinflussen die Maschinenlaufzeiten.
- Die Nachschmierung selbst kostet.
Um diese Probleme zu vermeiden, bietet sich der Einsatz von Polymer-Festschmierstoff (PSL, Polymer Solid Lube) anstelle von herkömmlichem Wälzlagerfett an. Damit lassen sich Maschinenlaufzeiten verlängern und die manuelle Nachschmierung der Lager mit ihren Risiken entfällt.
Abgedichtete Rillenkugellager sind nur ein Beispiel für Lager, die in der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung häufig verwendet werden und für die der Einsatz von Festschmierstoff anstelle von Standardschmierfett von Vorteil sein kann. Diese Wälzlager sind lebensdauergeschmiert.
Festschmierstoff nach Maß
PSL bestehen aus einem mikroporösen Polymer, das mit Öl imprägniert ist und das gesamte freie Lagervolumen zwischen den Lagerringen, den Wälzkörpern und dem Käfig einnimmt. Während der Rotation des Lagers gibt das Polymer des Festschmierstoffs die zur Schmierung benötigte Ölmenge ab. Aufgrund seiner mikroporösen Struktur kann der Festschmierstoff bis zu drei Mal mehr Öl enthalten als ein vergleichbares Volumen an Schmierfett. Da die Komplettbefüllung die Menge der in das Lager eindringenden Reinigungslösung limitiert, kann das zudem größere Ölreservoir die Kontaktflächen besser mit frischem Öl versorgen. Dieser spezielle Ansatz zur fettlosen Lagerschmierung erhöht die Lebensmittelsicherheit, da das Risiko von Leckagen und Kontamination gesenkt und Stellen eliminiert werden, an denen sich Bakterien ansiedeln können. Darüber hinaus entfallen Ausfallzeiten aufgrund von Nachschmieren, Reinigung und Lagerstörungen.
Um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, wurden die verschiedensten Polymer-Festschmierstoffen entwickelt. Als erstes seien die lebensmitteltauglichen Universal-Polymer-Festschmierstoffe genannt. Sie sind mit einem Hochleistungsöl, das Korrosions- und Verschleißschutzadditive enthält, imprägniert, ermöglichen Betriebstemperaturen von -45 bis +93 °C und sind als Schmierstoff der Klasse NSF H1 registriert (d. h. Schmiermittel mit gelegentlichem Lebensmittelkontakt). Ihr Anwendungsbereich reicht von Förderanlagen, Mischgeräten und Schneidemaschinen bis zu Tiefkühlschränken. Die Tieftemperatur-
fähigkeit des Festschmierstoffs in Verbindung mit der Komplettbefüllung, die den verringerten Eindringschutz der Lagerdichtungen bei niedrigen Temperaturen kompensiert, machen diese PSL zu einer beliebten Wahl. Die Komplettbefüllung mit dem PSL empfiehlt sich auch für Anwendungen wie Beschichtungs- und Zerkleinerungsmaschinen, bei denen Feststoffe Dichtungen beschädigen und in das Lager eindringen können. Festschmierstoff kann als zusätzliche Barriere gegen größere Partikel agieren.
Müssen aggressivste Reinigungschemikalien mit organischen Lösemitteln eingesetzt werden, greift man zu PSL mit erhöhter chemischer Beständigkeit. Bei diesen PSL wird ein gegen diese Lösemittel beständiges Öl eingesetzt. Aufgrund ihrer geringen Viskosität und Oberflächenspannung können organische Lösemittel Lagerdichtungen passieren, das vom Polymer-Festschmierstoff abgegebene Öl löst sich darin und der zur ordnungsgemäßen Schmierung des Lagers benötigte Schmierfilm wird beeinträchtigt.
Hochtemperatur-Polymer-Festschmierstoffe wurden für Anwendungen entwickelt, bei denen sowohl Abwaschungen als auch (relativ) hohe Temperaturen üblich sind. Zwei Beispiele sind Kocher und Mikrowellenherde, bei denen die obere Temperaturgrenze eines Universal-Polymer-Fettschmierstoffs unzureichend ist. Die spezielle Zubereitung eines Hochtemperatur-Polymer-Festschmierstoffs ermöglicht Betriebstemperaturen bis zu 176 °C.
Bei Graphit-Festschmierstoff (GSL) handelt es sich um ein echtes Trockenschmiermittel, das die Eigenschaften des Graphits nutzt, um die Wälzkörper und Laufbahnoberflächen des Lagers voneinander zu trennen und dadurch Reibung und Verschleiß zu verringern. Das freie Lagervolumen wird vollständig mit Graphitpartikeln gefüllt, die miteinander verbunden sind. Dreht sich das Lager, bildet sich durch die Reibbewegung der Rollkörper gegen den Graphit-Festschmierstoff eine Graphitschicht auf deren Oberfläche, die die Rollkörper und Laufbahnen voneinander trennt und schützt. Typische Anwendungen sind Backöfen für Brot, Gebäck, Cracker und andere Backwaren.
Erfolgreiche Einsatzbeispiele
An der Entbeinungsmaschine eines Geflügelverarbeiters führte die Reinigung mit Hochdruckdüsen dazu, dass sich die Dichtungen der Kugellager lösten und herunterfielen. Da die entstehenden Fremdkörper nur schwer nachzuweisen waren, stellte diese Situation eine Gefahr für die Lebensmittelsicherheit dar. Insgesamt beliefen sich die Kosten für kontaminierte Waren und Wartungsarbeiten auf 50 000 USD.
Timken ersetzte die abgedichteten Kugel-
lager durch abgeschirmte Kugellager. Die Abschirmungen sind Metallscheiben, die das Lager umgeben, um es gegen größere Fremdkörper zu schützen. Sie sind besser am Lager befestigt als Dichtungen und außerdem metalldetektierbar. So ließ sich das Risiko einer Lebensmittelkontamination deutlich verringern. Da die Abschirmungen die Lager jedoch nicht gegen Eindringen von kontaminierten Waschlösungen schützen und auch nicht die Schmierfettretention im Lager fördern, wurde ein Polymer-Festschmierstoff zur Schmierung gewählt. In der Folge erhöhte sich die Lagerlebensdauer von zwei auf acht Monate und es kam nicht mehr zu Produktkontaminationen.
Bei einem anderen Geflügelverarbeiter traten Schäden an den Kugellagern seiner Bratanlage auf. Paniermehlrückstände führten zu Abriebverschleiß an den Lagern, die alle zwei Wochen erneuert werden mussten. Darüber hinaus musste mehrmals pro Woche nachgeschmiert werden. Neue Lager mit verschleißfesteren Oberflächen und Graphit-Festschmierstoff-Füllung erhöhten die Lagerlebensdauer von zwei Wochen auf vier Monate. Allein der Graphit-Festschmierstoff sparte 9000 USD pro Jahr ein.
Ein Hersteller von Babynahrung hatte Probleme mit seinen aseptischen Abfüllanlagen. Wiederholte Waschzyklen führten zum Eindringen von Wasser und Chemikalien in die Kugellager. Der Betrieb rund um die Uhr ließ wenig Zeit für vorbeugende Wartungsmaßnahmen, eine Nachschmierung zur Auswaschung von Verunreinigungen war somit keine Option. Entsprechend kurz war die Lebensdauer der Lager, was Produktionsausfälle mit Gesamtkosten von mehr als 500 000 USD zur Folge hatte. Durch Umrüstung auf einen Polymer-Festschmierstoff ließ sich die Lagerlebensdauer auf über ein Jahr erhöhen, was die Maschinenlaufzeit verbesserte und zu erheblichen Kosteneinsparungen für das Unternehmen führte.
Suchwort: Timken
The Timken Company, North Canton, Ohio
Autor: Sébastien Lukat
Manager, Application Engineering, Food & Beverage, The Timken Company
Autor: Steve Boyd
Senior Application Engineering Specialist,
The Timken Company
