Additive Fertigung für Antriebswellen von Containerschiffen

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Ein Fortschritt in der Produktion von Gleitlagern: Nur wenige Millimeter Metallschicht aus der Pulverdüse werden benötigt, um die großen Wellenlager in Schiffen oder Kraftwerken zuverlässig, kostengünstig und einfach vor Verschleiß zu schützen. O.R. Lasertechnologie GmbH entwickelt und produziert roboter-gestützte Lasersysteme für Direct Metal Deposition (DMD), die die Herstellung und Reparatur von Gleitlagern neu gestalten.
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Ein Fortschritt in der Produktion von Gleitlagern: Nur wenige Millimeter Metallschicht aus der Pulverdüse werden benötigt, um die großen Wellenlager in Schiffen oder Kraftwerken zuverlässig, kostengünstig und einfach vor Verschleiß zu schützen. O.R. Lasertechnologie GmbH entwickelt und produziert roboter-gestützte Lasersysteme für Direct Metal Deposition (DMD), die die Herstellung und Reparatur von Gleitlagern neu gestalten.

Die riesigen Containerschiffe, die heute weltweit auf allen Ozeanen kreuzen, benötigen einen starken Antrieb: Dieselmotoren mit bis zu 110’000 PS, ausgestattet mit 14 Zylindern. Die Antriebswelle der Schiffsschraube hat einen Durchmesser von rund 600 mm, wiegt bis zu 300 Tonnen und dreht sich 84 Mal pro Minute. Die Welle lagert in hydrodynamischen Gleitlagern, die bei diesem Kraftakt einem starken Verschleiß ausgesetzt sind. Der Grund dafür liegt im funktionellen Aufbau: Die Maschinenkomponenten — Welle und Lager — gleiten aufeinander und haben direkten Kontakt. Ein tragender Schmierfilm soll die Reibung reduzieren, baut sich jedoch erst bei steigendem Öldruck richtig auf.

Verschleißreduktion derzeit enorm aufwendig

Vor allem beim Anfahren und Auslaufen der Welle ist der schützende Ölfilm noch nicht oder nicht mehr komplett vorhanden, um Festkörperkontakt zu verhindern. Die Kontaktstellen sind dann einer starken Reibung mit hohem Verschleiß ausgesetzt, was die Haltbarkeit der Lager erheblich reduziert.

Um die Leistungsfähigkeit der Gleitlager zu erhöhen, wird gewöhnlich in einem Gussverfahren der Lagerhohlkörper komplett mit einer tribologischen Schicht ausgegossen. Das Verfahren ist extrem aufwendig: die Metalle werden bei 700 Grad Celsius geschmolzen und verarbeitet. In einem langwierigen Nachbearbeitungsprozess wird rund 90% des aufgebrachten Materials wieder abgetragen, um das Lager in Form zu bringen.  An diesem Verfahren hat sich in den letzten 100 Jahren kaum etwas verändert.

DMD-Verfahren bietet Vorteile

Heute bietet die neue Generation der Lasertechnik unter Einsatz einer Pulverdüse im Rahmen des DMD Verfahrens ganz erhebliche Vorteile: Die Metalllegierung wird im trockenen Zustand als Pulver über die Düse koaxial zum Laser zugeführt und auf der Innenseite des konkaven Stahlgrundkörpers aufgeschmolzen. Der Laser ermöglicht ein gezieltes, partielles Auftragen der Legierung. Dabei ist nur auf etwa 20% der Oberfläche tatsächlich eine Legierung notwendig, beim Gussverfahren wird das gesamte Lager mit dem kostspieligen Material ausgekleidet. Zudem spart das Laserverfahren Zeit und Energie, da jeweils nur eine geringe Metallmenge aufgeschmolzen wird.

Die neue Generation des Additive Manufacturing (AM) eignet sich besonders für Lager, die im Dauerbetrieb arbeiten, für sehr große Lagerdurchmesser und dort, wo große Lagerkräfte wirken und hohe Drehzahlen gefordert sind. Außerdem können defekte Lagerschalen kostengünstig repariert und in einen neuwertigen Zustand gebracht werden.

Ein schneller Wechsel der Legierung und Beschichtungen mit fast jeder Art von Metall erweitern die Entwicklung neuer Produkte. AM ermöglicht es, dass mit völlig neuen Produktionsprozessen in kürzester Zeit auf individuelle Kundenwünsche reagiert werden kann.

Lasersystem bei ADMOS Gleitlager im Einsatz

Seit kurzem kommt das Lasersystem von OR LASER beim Berliner Unternehmen ADMOS Gleitlager zum Einsatz. Neben über 100 Jahren Erfahrung in der Fertigung von gegossenen hydrodynamischen Verbundgleitlagern zeichnet sich das Unternehmen durch permanente Weiterentwicklung seiner Produkte und Konzeptmethoden aus.

Mit einem roboter-gestützten Lasersystem, einem 6 KW Faserlaser und zwei High Power Beschichtungsköpfen in Form von Pulverdüsen geht  ADMOS jetzt neue Wege in der Fertigung von Gleitlagern. Was im bisher angewandten Gießprozess unmöglich war, wird nun Realität: Werkstoffe auf Kupferbasis wie CuSn oder CuPb, die zuvor nicht verwendet werden konnten, kommen zum Einsatz. Ein weiterer Vorteil bei der neuen Vorgehensweise ist die hohe Bindefestigkeit der unterschiedlichen Materialien. In Summe lassen sich gleich mehrere Produktionsschritte mit dem neuen Verfahren komplett einsparen, zudem reduziert sich die Nachbearbeitung auf ein Minimum.

Kurz nach Inbetriebnahme der Laseranlage zeigte sich bereits, dass die Materialkosten durch den ressourceneffizienten Auftrag um 50 Prozent bis hin zu beachtlichen 80 Prozent verringert wurden. Darüber hinaus sanken die Energiekosten um 50 bis 70 Prozent gegenüber dem herkömmlichen Vergießen der Legierungen.

Jörg Hosemann, Geschäftsführer der ADMOS Gleitlager ist begeistert: “Die Möglichkeiten, die sich mit der neuen Laseranlage für uns eröffnen, sind enorm: schnellere Produktionsabläufe, kurzfristige Liefermöglichkeiten und das alles mit hohem Einsparpotenzial. Ich rechne damit, dass sich die Investition in neue Lasertechnik kurzfristig für uns amortisieren wird.”

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