DE102004006161A1

DE102004006161A1 - Feuersichere Lager

Info

Publication number: DE102004006161A1
Application number: DE102004006161A
Authority: DE
Inventors: Lars Kahlman
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-07
Publication date: 2004-09-09
Also published as: FR2851625B1; GB0403823D0; FR2851625A1; BRPI0400566A; US20040213495A1; SE527151C2; GB2399147B; SE0300471L; GB2399147A; CN1530557A; SE0300471D0

Abstract

Eine Kombination aus einem Lager und einem Schmiermittel zur Verwendung als Lagersystem einer rotierenden Welle in einer Rauch- und Wärmeabzugsanlage soll eine Notfalltemperatur von 600 DEG C für wenigstens 60 Minuten bei einem Stillstand von 2 Minuten nach einer 15-minütigen Einwirkzeit der Notfalltemperatur widerstehen können. Erreicht wird dies durch die Kombination eines vollständig aus rostfreiem Martensitstahl bestehenden Lagers mit einem Stahlkäfig mit einem herkömmlichen Elektromotorschmiermittel mit einer Basisölviskosität im Bereich von 50-200 cSt bei 40 DEG C, welches das Lager schmiert.

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit feuersicheren Lagern und insbesondere Rillenkugellagern für Lüfter und Elektromotoren.
Ein guter Brandschutz von großen Bauwerken, wie z. B. Verkehrstunneln, Flughäfen, Warenhäusern, großen öffentlichen Gebäuden usw. wird heutzutage als eine notwendige Praxis angesehen. Seit 15 – 20 Jahren sind viele dieser Komplexe mit motorisch angetriebenen Rauch- und Wärmeabzugssystemen (SHEVS von "Smoke and Heat Exhaust Ventilation Systems") ausgerüstet worden. Diese SHEVS stellen die Einleitung von kühlerer und sauberer Luft unter die heißen Gase in Brandfällen sicher. Jedoch sollten diese SHEVS niedrige Betriebskosten für den Anwender verursachen, weil sich diese Systeme in einem dauerhaften täglichen Einsatz für die Komfortbelüftung befinden.
Ein neuer europäischer Standard (EN 12101-3) befindet sich in der Einführung. Dieser Standard führt aus, daß in Ventilatoren eingesetzte Elektromotoren in Klassen bis zu 600°C (siehe Tabelle 1) klassifiziert werden sollen. Der neue Standard stellt eine Harmonisierung alter Länderstandards dar, jedoch mit der wichtigen zusätzlichen Anforderung an eine zweiminütige Stillstandsdauer bei einem Notfall.
Tabelle 1

Es ist festzustellen, daß es der Standard den Herstellern und Endnutzern überläßt, niedrige Lebensdauerkosten für den Betrieb der SHEVS als alltägliche Komfortventilatoren sicherzustellen. Die nachfolgenden Anforderungen sind durch den Standard (I-II) vorgegeben, jedoch sind auch zusätzliche Bedürfnisse (III-IV) berücksichtigt:

I. Lauffähigkeit im Notfall bei 400°C (2 Stunden) und 600°C (1 Stunde) entsprechend dem Standard;
II. die Fähigkeit zum Anhalten und Wiederanfahren bei Notfalltemperatur gemäß dem Standard;
III. sehr lange Standzeit (Lebensdauerschmierung) bei normalen Motortemperaturen (70 – 120°C) und
IV. niedriges Geräusch bei normalen Arbeitstemperaturen.
V. Niedrige Kosten.

Derzeit verwenden für SHEVS zertifizierte Elektromotoren Lager aus gehärteten Lagerstählen (typischerweise ein AISI 52100 chromhaltiger Kohlenstoffstahl mit ungefähr 1 % Kohlenstoff und 1,5 % Chrom) und sie werden mit Hochtemperaturschmiermitteln oder -pasten geschmiert, die auf Silikon- oder PTFE-Verdickungsmitteln und -basisölen basieren. Oftmals werden die Lager auch einer speziellen Wärmebehandlung (Stabilisierung) unterzogen, um sicherzustellen, daß bei höheren Temperaturen (oftmals 'bis zu ungefähr 200 – 250°C) kein Verzug auftritt. Jedoch erfüllen diese Lagertypen nicht die Anforderungen I und II des Standards für F600-Motoren und, was besonders wichtig ist, sie haben keine guten Eigenschaften im Hinblick auf die Anforderungen III und IV.

Ausgehend von diesen Anforderungen ist es aus früheren Erfahrungen bereits bekannt (z. B. SKF Evolution Magazine 2/96, "Evaluating hybrid bearings for general applications"), daß Hybridlager (Lager mit AISI 52100 Stahlringen und Wälzkörpern aus Siliziumnitridkeramik) geschmiert mit Schmiermittel mit verlängerten Wechselintervallen für Elektromotoren die geforderten Eigenschaften (I-IV) für F400- und F600-Motoren erfüllen. Jedoch haben Hybridlager Schwierigkeiten, die Anforderungen an niedrige Kosten (V) zum Ermöglichen einer breiten Akzeptanz zu erfüllen.

Ein Sichtungstest wurde aufgebaut, um diese Hybridlager mit der Fähigkeit anderer Lager zu vergleichen, gemäß dem Standard für die Motoren zu arbeiten.

Beispiel 1 – Sichtungstest

Acht Konfigurationen (sechzehn Lager) mit unterschiedlichen 6205-Rillenkugellagerausführungen (Ring- und Käfigmaterialien) und Schmiermitteln wurden für den Test ausgewählt (siehe Tabelle 2). Die Tests wurden stufenweise in Abfolge bei 100°C (2 Stunden Laufzeit), 200°C (1 Stunde Laufzeit), 300°C (1 Stunde Laufzeit), 400°C (1 Stunde Laufzeit), 600°C (1 Stunde Laufzeit) bzw. bis zum Versagensfall durchgeführt.

Der Testablauf in den einzelnen Temperaturstufen war wie folgt: 15 Minuten Laufzeit unter der Temperatur, Anhalten und Stillstand für 2 Minuten und anschließend 45 Minuten Laufzeit bei der Temperatur.

Die Lastbedingungen waren wie folgt:

Axiallast (F_A):	190 N
Radiallast (FR):	350 N
Drehzahl:	1500 Umdrehungen/Minute
Schmiermittelvolumen (normale Befüllung) für 6205-Lager:	ungefähr 1,8 cm³ .

Tabelle 2

Klüber Asonic GHY 72 Schmiermittel – Elektromotorschmiermittel, niedriges Geräusch, verlängerte Wartungszeit im 70-120°C-Intervall (Polyharnstoffseife, auf synthetischem Esther basiertes Öl und Grundölviskosität ungefähr 72cSt bei 40°C) Klüber Barrierat L55/2 Schmiermittel – PTFE-basiertes Hochtemperaturschmiermittel
Dow Corning Molykote 41 Schmiermittel – Silikonbasiertes Hochtemperaturschmiermittel

Ergebnisse des Sichtungstests

Wie erwartet, überlebten die beiden Hybridlagervarianten (A und B) den Gesamtzyklus des Sichtungstests. Jedoch übertraf eine Variante C (rostfreier Martensitstahl X65Cr13) ganz aus rostfreiem Stahl mit einem Elektromaschinenschmiermittel alle anderen Ganzstahlvarianten, auch diejenigen mit Hochtemperaturschmiermitteln, und zeigte die gleichen Notlaufeigenschaften wie die beiden Hybridlagervarianten. Dies ermöglicht unerwarteterweise das Erfüllen der Anforderung V an niedrige Kosten und der Sicherheitsfunktion. Die Ergebnisse des Sichtungstests sind in der beigefügten 1 für Rillenkugellager (Kennzeichnung 6205) zur Verwendung in Motoren von Rauch- und Wärmeabzugssystemen gezeigt. Die anderen in dem Test erscheinenden Testmuster D – H fielen vor Erreichen der Testtemperatur aus.

Die Erfindung ist nicht auf die in der Beschreibung erörterte Kombination beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche abgewandelt sein.

Claims

Kombination aus einem Lager und einem Schmiermittel zur Verwendung als Lagereinrichtung für eine rotierende Welle in einem Rauch- und Wärmeabzugssystem, wobei die Kombination Eigenschaften besitzt, die das Erfüllen einer Anforderung nach einem Widerstehen gegenüber einer Notfalltemperatur von 600°C über wenigstens 60 Minuten bei einem Stillstand von 2 Minuten nach einer Zeit des Ausgesetztseins gegenüber der Notfalltemperatur von 15 Minuten erlaubt, wobei das Lager aus einem rostfreien Martensitstahl besteht, einen Stahlkäfig besitzt und mit einem herkömmlichen Schmiermittel für Elektromotoren mit einer Basisölviskosität im Bereich von 50 – 200 cSt bei 40°C geschmiert ist.
Kombination aus einem Lager und einem Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel eine Polyharnstoffseife aufweist.
Kombination aus einem Lager und einem Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein Basisöl aus synthetischem Esther aufweist.
Kombination aus einem Lager und einem Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Rillenkugellager ist.