Dichtung

SKF entwickelt maßgeschneiderte Lösung für U.S. Steel

| Redakteur: Bernhard Richter

Probleme mit den Rollgangsrollen beeinträchtigten immer wieder mal die Stahlproduktion im Werk „Granite City Works“ von U.S. Steel.
Probleme mit den Rollgangsrollen beeinträchtigten immer wieder mal die Stahlproduktion im Werk „Granite City Works“ von U.S. Steel. (Bild: SKF)

Im einem Werk der U.S. Steel Corporation streikten immer wieder die Rollgangsrollen. Was zunächst nach Schmierungsproblem aussah, erwies sich als ein völlig anderes Problem...

Die Erzeugnisse der United States Steel Corporation, kurz U.S. Steel, kommen im Automobil- und Anlagenbau, im Baugewerbe sowie in einer Vielzahl anderer Branchen zum Einsatz. Der Stahlproduzent mit Sitz in Pittsburgh produziert 24,4 Millionen Nettotonnen Stahl pro Jahr und betreibt große Stahlwerke in Europa und Nordamerika. Eines davon, Granite City Works, befindet sich in St. Louis, Illinois. Hier kam es oft zu vorzeitigen Lagerausfällen in den Rollgängen der Warmbreitbandstraße: Über einen Zeitraum von 16 Jahren ließen sich 30 % aller Probleme mit den Rollgangsrollen auf deren Lagerung zurückführen. In den vergangenen drei Jahren hatten die Ausfälle sogar so stark zugenommen, dass sie nunmehr die Hälfte dieser Störungen verursachten.

Umfangreiche Ursachenforschung

Um dem entgegenzuwirken, pumpte U.S. Steel – gemäß der gängigen Praxis – zunächst mehr Schmierfett in die Lagergehäuse. Doch dadurch verschlimmerte sich das Problem noch. Daraufhin beauftragte der Stahlhersteller SKF als strategischen Partner, Möglichkeiten für eine höhere Zuverlässigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu ermitteln. Dabei entschieden sich die Unternehmen zu einer ebenso konsequenten wie strukturierten Vorgehensweise, um der wahren Ursache für die Lagerausfälle auf den Grund zu gehen: 18 Monate lang sammelte ein gemeinsames Team aus SKF- und U.S. Steel-Experten detaillierte Informationen. Im Zuge ihrer Untersuchungen prüften die Spezialisten jede Rollenkomponente – von der Welle über das Lager und Lagergehäuse bis hin zu Dichtungen und Schmiersystem. Außerdem stellte die Task Force im Werk diverse Wartungsdaten zusammen; beispielsweise in Sachen „Schmierungsprocedere“ oder auch „Wirksamkeit des Dichtungssystems“.

Erste Erkenntnisse: Schiefstellungen beim Lager-Einbau und starke Verunreinigungen begünstigten die Ausfälle. Also machten sich die Experten von U.S. Steel und SKF da ran, die Einbau- und Instandhaltungsverfahren zu verbessern. Darüber hinaus befassten sie sich mit einer möglichen neuen Schmierungslösung. Wie sich allerdings bald herausstellte, lag hier nicht der Kern des Problems. „Was zunächst nach einer Frage der Schmierung aussah, entpuppte sich in Wirklichkeit als Dichtungsfrage“, sagt Paul Conley, Cheftechniker im Geschäftsbereich Schmiersysteme von SKF in den USA.

Denn eine genauere Betrachtung der Statistiken, Tests und Analysen ergab: Die Dichtungen in den Rollgängen der Warmbreitbandstraße funktionierten nicht ordnungsgemäß. Dadurch konnten z. B. Kühlwasser, Schlacke und sonstige Partikel in die Lagerhohlräume eindringen – mit weitreichenden Konsequenzen:

Wenn Lager ausfielen und die Rollgangsrollen sich nicht mehr drehten, musste die Produktion gestoppt werden. Darüber hinaus kam es durch das zwischenzeitliche Gleiten der heißen Brammen auf den blockierten Rollen zu Einschlüssen im Rohling. Der so geschädigte Metallblock konnte dann nur noch verschrottet werden.

SKF liefert die passende Lösung

Um die Dichtungssysteme nachhaltig zu verbessern, setzte U.S. Steel auf Lösungen von SKF Österreich. „Unsere nordamerikanischen Kollegen baten uns dafür um Unterstützung“, berichtet Christian Kogler, Entwicklungsingenieur bei SKF in Judenburg. Angesichts der sehr anspruchsvollen Bedingungen im Stahlwerk (wie etwa der abrasiven Umgebung und den hohen Rotationsgeschwindigkeiten sowie Temperaturen) sei das eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe gewesen.

„Letztlich schlugen wir speziell angepasste Dop pellippendichtungen aus Ecopur vor“, so Kogler. Dieses thermoplastische Polyurethan-Elastomer (TPU) besitzt eine außergewöhnlich hohe Abriebfestigkeit, eine geringe Druckverformung, gute physikalische Eigenschaften und eine hohe Einreißfestigkeit. Die hier genutzte Werkstoff-Variante S-Ecopur kann aufgrund ihrer höheren Steifigkeit auch ohne Federelemente eingesetzt werden, was die korrekte Montage vereinfacht, und ist außerdem selbstschmierend, was angesichts der rauen Bedingungen im Werk zusätzlichen Ausfall-Schutz bietet.

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„Um die statische Dichtheit zu erhöhen und ein Mitdrehen im Gehäuse zu verhindern, haben wir die Dichtung mit zwei Dichtlippen und zwei O-Ringen am Außendurchmesser gestaltet“, erklärt Kogler. Die gesamte Dichtungsentwicklung (inklusive Konzeptionierung und Simulation) haben Kogler und seine Kollegen bei der SKF Sealing Solutions Austria GmbH durchgeführt. Außerdem drehten die dortigen Fachleute per SKF Seal-Jet-Verfahren gleich ein paar maßgeschneiderte Prototypen. „Wir haben die Dichtungen genau angepasst, damit sie als verschleißfreie Barrieren arbeiten und Verunreinigungen regelmäßig ausgespült werden können“, betont Kogler. „Damit haben wir bei U.S. Steel den Wassergehalt in den Lagern beträchtlich verringert. Lag der Wasseranteil zuvor bei 30 % bis 35 %, beträgt er mit den neuen Dichtungen nur noch 5 %.“ Auch die Kontamination mit Feststoffen sei drastisch geschrumpft. Ein weiteres Plus war die 50-%ige Einsparung beim Schmierfettverbrauch.

Zuverlässigkeit auf 60 Monate erhöht

Zusätzlich haben die Experten an den Rollgängen SKF sog. Speedi-Sleeves installiert; dünnwandige Reparaturhülsen aus Metall: Jede Hülse wurde über einen bereits verschlissenen Bereich einer Welle gepresst und bot damit erneut eine ausgezeichnete Dichtungsoberfläche. Feldversuche bestätigten die Ergebnisse. „Wir konnten die Ursachen des Problems definitiv beheben“, erklärt Mike Bekeske, Leiter RCM (Reliability Centered Maintenance; Zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung) im Stahlwerk.

„Denn ausgehend von diesen Versuchen waren wir in der Lage, die Intervalle zwischen Rollgangsrollenausfällen von durchschnittlich sechs auf geschätzte 60 Monate zu verlängern. Weniger Ausfälle bedeuten mehr Betriebszeit und weniger Kosten für den Austausch der Komponenten.“ Inzwischen werden die Rollenbaugruppen der Rollgänge auch kontinuierlich überwacht. Nach den erfolgreichen Feldtests hat nun SKF in USA die Fertigung der Dichtungen übernommen. Und die strukturierte Vorgehensweise bei der Fehleranalyse hat sich bei U.S. Steel als praxiserprobtes Konzept etabliert. Aus diesem Grund wird das Pilotprojekt bei Granite City Works auch an anderen Standorten umgesetzt.

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