Schwerlast-Nadelrollelager des Atlas Copco RD18U in Brasilien

Der Carajás-Komplex von Vale im nördlichen Bundesstaat Pará weist eine Bohrmaschine mit einem Problem auf, das nicht an der Oberfläche sichtbar ist und erst dann offensichtlich wird, wenn sich Lagerausfälle bei einer bestimmten Bohrtiefe häufen. Der Carajás-Erzkörper ist eine bandförmige Eisenformation (BIF), wobei die oberen 80 % der Reserven aus weichem, bröckeligem Limonit und angereichertem Hämatit bestehen – ein leicht zu bohrendes Gestein mit geringem Drehmoment und Lagerbelastungen, die deutlich innerhalb des zulässigen Konstruktionsbereichs liegen. Unterhalb von 150–200 Metern geht der Limonit in hartes, kieselsäurehaltiges Hämatit über, wobei der SiO₂-Gehalt von unter 1 % auf 8–12 % ansteigt, die einaxiale Druckfestigkeit (UCS) von 40 MPa auf bis zu 160 MPa anwächst und die abrasive Kieselsäure gegen sämtliche Lagerflächen reibt, mit denen die Bohrrohrstange in Kontakt kommt. RD18U-Bohrhammer, die im oberen, weichen Bereich problemlos 1.200 Betriebsstunden durchlaufen, können im harten, kieselsäurereichen Übergangsbereich bereits nach 600 Betriebsstunden ein Nadellager verbrauchen – dieselbe Ausrüstung, andere Tiefe, andere Lagerlebensdauer.

Das Nadellager im Drehmotor Atlas Copco RD18U übernimmt die radialen Lasten aus dem Zahnradgriff, während die Welle das Drehmoment an den Treiber weiterleitet. In der weichen Zone von Carajás sind diese radialen Lasten gering, und das Lager läuft kühl. In der kieselsäurehaltigen Hämatitzone steigt der Drehmomentbedarf für die Rotation um 40–60 %, da die abrasive Formation dem Bohrkopf Widerstand leistet; die radiale Last auf das Lager steigt proportional an, und feine Kieselsäurepartikel, die über abgenutzte Spülabdichtungen in den Schmierkreislauf des Schaftes eindringen, wandern über den Entwässerungspfad des Rotationsgehäuses in den Lagerring.

Wie sich die Tiefenübergänge auf die Lagerbelastung auswirken

Der Verunreinigungspfad, der die Lagerlebensdauer verkürzt

Feine Quarzpartikel aus der kieselsäurehaltigen Hämatitzone gelangen nicht allein über das Hydrauliköl zum Nadellager – dieser Verunreinigungspfad wird gefiltert. Sie gelangen über den Abflusskreislauf des Rotationsgehäuses dorthin: Die Abflussleitung, die verbrauchtes Schaftschmieröl aus dem Gehäuse entfernt, führt auch feine abrasive Partikel mit, die sich auf der Oberfläche des Schaftadapters abgesetzt haben und durch den Schmierfilm bei jedem Schlaghub wieder ins Gehäuse zurücktransportiert werden. In der weichen oberen Zone nimmt die Schaftoberfläche nur minimale abrasive Materialien auf, und der Abfluss führt sauberes Öl. In der kieselsäurehaltigen Zone läuft der Schaft gegen eine Formation, die feinkörnige, quarzhaltige Bohrbruchstücke erzeugt, von denen einige bei jedem Rückhub des Schlagmechanismus an der Wischerdichtung vorbeigelangen und in das Schaftgehäuse eindringen.

Der praktische Indikator ist die Farbe des abgelassenen Öls: sauber bernsteinfarben im weichen Bereich, zunehmend dunkler mit feinen, suspendierten Partikeln im kieselsäurehaltigen Bereich. Brasilianische Bohrüberwachungsingenieure, die diese Farbänderung nach 200 Betriebsstunden bei einem Bohrprogramm in einem kieselsäurehaltigen Gestein erkennen und das Lagerinspektionsintervall entsprechend verkürzen, verlängern die Lagerlebensdauer um 30–40 % gegenüber denen, die das Standardintervall von 500 Stunden unverändert beibehalten. Die Farbprüfung dauert 30 Sekunden.

Lagerinspektionsprotokoll für brasilianische tiefevariable Programme

Bei Carajás Serra Norte und S11D, wo einzelne Bohrprogramme häufig im weichen Bereich beginnen und in die kieselsäurehaltige Übergangszone absteigen, wird ein formationsadaptiver Lagerinspektionsplan statt eines festen Zeitintervalls empfohlen. Sobald das Bohrprotokoll zeigt, dass der Bohrkopf in kieselsäurehaltiges Hämatit eindringt – erkennbar daran, dass die Eindringgeschwindigkeit sinkt und der Drehdruck gleichzeitig steigt, ohne dass sich die Schlagparameter ändern – sollte das Intervall für die Lagerinspektion von 500 auf 250 Stunden halbiert werden. Diese einzige Anpassung, konsequent angewandt, synchronisiert den Wartungszeitpunkt mit der tatsächlichen Lagerbelastung statt mit kalenderbasierten Annahmen, die für den weichen Bereich erstellt wurden.

Der Austausch von Nadellagern nach 250 Betriebsstunden in der kieselsäurehaltigen Zone kostet genauso viel wie nach 500 Betriebsstunden; der Unterschied besteht darin, dass ein Lager, das nach 250 Betriebsstunden ausgetauscht wird, mit intakter, betriebsfähiger Käfiggeometrie herausgenommen wird. Ein Lager, das in der kieselsäurehaltigen Zone bis zu 500 Betriebsstunden weiterläuft, erzeugt häufig Käfigbruchstücke als Verunreinigung, die im selben Wartungszyklus die Treiberverzahnung und die Führungskolbenbohrung erreichen – wodurch ein geplanter Lagertausch in einen ungeplanten Austausch mehrerer Komponenten umgewandelt wird. HOVOO liefert hochbelastbare Nadellager des Typs RD18U, die gemäß den OEM-Spezifikationen für den brasilianischen Markt dimensioniert sind und kurzfristig ab dem Verteilzentrum in São Paulo verfügbar sind. Vollständige Artikelnummern unter hovooseal.com.