Gleitlager
Reibungsminimierung durch intelligente Werkstoffe
Gleitlager basieren auf dem Prinzip der Reibungsminimierung zweier zueinander beweglicher Teile, die sich dabei zueinander abzustützen und die auftretenden Kräfte aufnehmen und übertragen. Anders als bei Wälzlagern wird die Reibungsminimierung durch die verwendeten Werkstoffe der Reibpartner erreicht. Der große Kontaktfläche ermöglicht sehr hohe Belastungen auf kleinstem Bauraum. Die Lebensdauer wird im wesentlichen durch den Verschleiß der Gleitflächen bestimmt und dieser wiederum durch die Beastung und Gleitgeschwindigkeiten der Anwendung. Somit sind intelligente Werkstoffe und Werkstoffkombinationen bei Gleitlagern entscheidend für hohe Zuverlässigkeit. Als Spezialist für Gleit- und Wälzlagertechnik bieten wir ein breites Spektrum – auch für spezielle, extreme Anwendungsbedingungen in vier Leistungsklassen bei optimalen Preisen und kurze Lieferzeiten.
Anwendungsbereiche
Gleitlager sind geeignet für hohe statische und dynamische Belastungen. Vorherrschend ist die zylindricher Bauform mit rein radialer Kraftaufnahme. Gleitlager mit Flansch nehmen sowohl Kräfte in axialer wie radialer Richtung auf. Viele Werkstoffe verfügen über hervorragende Korrosionsbeständigkeit und hervorragende Zerspanungmöglichkeiten.
Wesentliche Merkmale verschiedener Gleitlager und deren Materialien
Gleitlager oder Gleitlager-Buchsen werden zum Schutz vor Verschleiß durch Reibung zwischen bewegten Bauteilen eingebaut. Im Gegensatz zu Wälzlagern können Gleitlager wegen der Reibung und Wärmeerzeugung keine hohen dynamischen Bewegungen realisieren. Der Vorteil von Gleitlagern liegt dafür in der großen Krafübertragung bei sehr kompakter Bausweise. Den Gleitlagern kommt die Nadelhülse bzw. der Nadelkranz in Kompaktheit und Kraftübertragung am nähesten.
Das Lieferportfolio von Findling umfasst zerspante oder gerollte Gleitlager sowie massive Gleit- und Sinterlager in unterschiedlichsten Ausführungen – zum Beispiel aus Bronze oder Eisen oder einer Kombination von Werkstoffen; die Legierungen können auf Basis von Weißmetallen, Kupfer oder Aluminium erfolgen.
Verbundgleitlager
Verbundgleitlager bestehen aus drei Schichten
- Gleitfläche
- Bronzeschicht
- Trägermaterial (oder Rücken genannt)
Die Gleitfläche besteht meist aus PTFE oder POM, der sich in der Einlaufphase auf die Welle überträgt. Im Dauerbetrieb gleitet sodann die Bronzeschicht auf der PTFE-Schicht der Welle. Zur besseren Montage sind Verbundgleitlager geschlitzt. Wesentliches Qualitätsmerkmal und für die Betriebslebensdauer maßgeblich ist die Schichtdicke der Bronze.
Die Gleitlager sind als Zylinderbuchsen mit einem Innendurchmesser von drei bis 300 mm und als Bundbuchsen mit einem Innendurchmesser von drei bis 60 mm sowie als Anlaufscheiben und Streifen erhältlich.
Massivgleitlager
Massivgleitlager bestehen aus einer massiven Bronzelegierung, die im Wesentlichen die Lagereigenschaft festlegt. Zahlreiche Werksofflegierungen, Schmiernuten nach DIN ISO 12128 und eingebettete Festschmierstoffe wie Graphit können auf die Anwendungsbedingungen optimal abgestimmt werden. So kann die Kombination erhebliche Vorteile bieten:
- geringe Empfindlichkeit in verschmutzten Umgebungen
- hohe Beständigkeit gegenüber Stössen und Schwingungen bei niedrigen Drehzahlen
- hohe Beständigkeit gegenüber korrosiven Medien
- Schmiernuten verhindern das Austreten von Schmierstoff aber dienen auch als Depot für Fremdpartikel
Die Massivgleitlager sind als Zylinderbuchsen mit und ohne Schmiernuten, sowie als Bundbuchsen erhältlich. Der Einsatz von Graphit-Festschmierstoffen als Implantate erhöhen die Leistungsfähigkeit und sind auch für Unterwasseranwendungen verfügbar.
Kunststoffgleitlager
Unser Sortiment basiert zumeist auf den Produkten der Firma Igus GmbH, vertrieben unter dem Markennamen iglidur®. Diese Gleitlager sind schmierstoffrei und korrosionsbeständig. Die Werkstoffeigenschaften des Gleitlagers zum Wellenwerkstoff erzeugt den zuverlässigen Gleitsitz, ohne dass eine zusätzliche Schmierung benötigt.
Die Vielfalt an Kunststoffen und deren einfache Verabeitung ermöglicht eine sehr große Anzahl an Bauformen für sehr unterschiedliche Einsatzbedingungen. Eine Beratung ist hier zwingend erforderlich, um technisch wie wirtschaftlich optimale Ergebnisse zu erzielen.
Sintergleitlager
Sinterlager sind "selbstschmierende Lagern". Der Schmierstoff (Öl) wird in einem mikroporösen Sinterwerkstoff gebunden und gibt während der Bewegung kontinuierlich den Schmierstoff ab. Zwischen Sinterlager (meist aus Sinterbronze oder Sintereisen) und Welle bildet sich ein Schmierfilm, der eine geringe Reibung ermöglicht. Die Sinterbuchse hat 15-30% Porengehalt, bei dem in einem Vakuumisierungsprozess die Luft herausgesogen und durch en Schmierstoff ersetzt wird.
Sinterlager sind
sehr temperaturbeständig
- korrosionsbeständig
- formgenau
- sehr wärmeleitfähig
- antimagnetisch
und durch den Verarbeitungsprozess in sehr großen Stückzahlen wirtschaftlich herzustellen.
Schmierung von Gleitlagern
Hydrodynamische Schmierung
Die hydrodynamischen Schmierung ist gekennzeichnet durch den Aufbau des Schmierfilms durch die dynamische Bewegung. Bei niedrigen Drehzahlen besteht eine Mischreibung zwischen Welle und Lager. Bei zunehmender Drehbewegung und ausreichender Ölzuführung wird der Druck um die Welle erhöht und Flüssigkeitsreibung entsteht. Bei stark wechselnder Start-Stop-Belastung hat dieser Effekt einen stark negativen Einfluss auf die Lebensdauer von öl- und fettgeschmierten Gleitlagern, da während des Anfahrens und Auslaufens wenig Druck besteht und der Mischreibungs-Anteil überwiegt.
Hydrostatische Schmierung
Bei der hydrostatischen Schmierung wird das Öl unter hohem Druck zwischen die Gleitflächen gepresst und die eingebrachten Öltaschen im Lager konstant mit Öl versorgt. Es findet dadurch auch ohne Drehzahl eine vollständige Trennung der Gleitpartner statt und damit entsteht nur geringster Verschleiß.
Ddiese Konstruktionsart erfordert allerdings hohen technischen Aufwand und ist damit kostspielig.
Dauerschmierung
Der Schmierstoff wird bereits bei der Herstellung in das Gleitlager eingebracht und ist damit wartungsfrei. Dabei kommen Werkstoffe zum Einsatz, die den Schmierstoff gut aufnehmen können. Zum Beispiel Kunststoffe oder mikroporöse Sinterwerkstoffe (siehe Sinterlager).
Bei Verbundgleitlagern dient das PTFE als Schmierstoff zwischen metallischer Welle und der Zwischenschicht aus Bronze. Das PTFE überträgt sich im Einlaufprozess auf die Welle und wirkt so als Festschmierstoff.
Schmierstofftaschen
Manche Bauarten von Gleitlagern können zusätzlich mit Schmiernuten oder Schmierstofftaschen ausgeführt werden. In diesen sammelt sich der Schmierstoff und bildet ein Schmierstoffreservoir. Solche lösungen gelten als wartungsarm, aber nicht wartungsfrei, da hier nach und nach die Schmiersofftaschen wieder mit Schmierstoff gefüllt werden müssen. Zusätzlich diesen diese Taschen als Ablagerungsmöglichkeit für verschleißerhöhende Fremdstoffe.
Abgrenzung zu Wälzlagern
Gleitlager sind nicht zwangsweise "kostengünstigere" Varianten zu Wälzlagern, da die Werkstoffe starken Materialpreisschwankungen unterliegen und gerade Hochleistungsmaterialien sehr kosteninensiv in der Herstellung sind. Daher ist eine unabhängige Beratung und Anwendungsberatung bei Findling selbstverständlich.
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
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Welche Arten von Gleitlagern gibt es?
Ein Unterscheidungskriterium bei Gleitlagern ist die Fertigungsweise, die gleichzeitig den Werkstoff bedingt. Dabei kann grob unterteilt werden in
Gleitlager werden zerspanend gefertigt, aus einem speziell beschichtetem und vorbehandeltem Bandmaterial gerollt, gesintert oder im Spritzgussverfahren hergestellt. Gängige Werkstoffe sind Kupfer- und Aluminium-Legierungen. Sintergleitlager werden in der Regel aus Sinterbronze oder alternativ aus Sintereisen hergestellt, das heißt, unter Druck- und Temperatureinwirkung in die gewünschte Form gebracht.
Außerdem unterscheidet man verschiedene Arten der Schmierung:
- Hydrodynamische Schmierung
- Hydrostatische Schmierung
- Dauerschmierung
- Schmierstofftaschen
Die Art der Schmierung beeinflusst den Anteil der Mischreibung beim Betrieb des Lagers und damit dessen Verschleiß. Außerdem hat die Gleitlager-Schmierung direkten Einfluss auf die Herstellungskosten und den Wartungsaufwand. Die Poren der Sinter-Werkstoffe saugen sich in einem Vakuumverfahren mit Öl voll. Dadurch bildet sich im Betrieb zwischen den Gleitflächen ein dünner Ölfilm, wodurch dieser Gleitlagertyp selbstschmierend und wartungsfrei ist.
Funktionsweise und Eigenschaften eines Gleitlagers
Anders als Kugellager arbeiten Gleitlager ohne Wälzköper. Sie basieren auf dem Prinzip der Reibungsminimierung zweier zueinander beweglicher Teile, die sich gegenseitig abzustützen und die auftretenden Kräfte aufnehmen und übertragen. Dabei wird die Reibungsminimierung durch die verwendeten Werkstoffe der Reibpartner und die zum Einsatz kommende Schmierung erreicht.
Die große Kontaktfläche ermöglicht sehr hohe Belastungen auf kleinstem Bauraum. Im Gegensatz zu Wälzlagern lassen sich mit Gleitlagern jedoch aufgrund der Reibung und der damit verbundenen Wärmeentwicklung keine hohen Drehzahlen realisieren. Die Lebensdauer eines Gleitlagers wird im Wesentlichen durch den Verschleiß der Gleitflächen bestimmt und dieser wiederum durch die Belastung und Gleitgeschwindigkeiten der Anwendung.
Leistungsfähigkeit von Gleitlagern
Der Vorteil von Gleitlagern liegt in ihrer Fähigkeit, große Kräfte bei gleichzeitig sehr kompakter Bauweise zu übertragen. In dieser Hinsicht kommen dem Gleitlager die Nadelhülse und der Nadelkranz am nächsten. Auf der anderen Seite lassen sich mit Gleitlagern aufgrund der entstehenden Reibungswärme keine hohen Drehzahlen realisieren. Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Lager haben neben der Lagergeometrie vor allem der eingesetzte Werkstoff sowie die Art der Schmierung.
Werkstoff
Der eingesetzte Werkstoff bestimmt die statische und dynamische Belastbarkeit sowie die maximale Gleitgeschwindigkeit des Gleitlagers. Darüber hinaus wirkt er sich maßgeblich auf die Widerstandfähigkeit bezüglich Temperatur, Korrosion und Chemikalien sowie auf die Herstellungskosten und damit den Preis aus.
Intelligente Werkstoffe und Werkstoffkombinationen sind bei Gleitlagern entscheidend für deren Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit. So gibt es beispielsweise bei den gerollten Verbundgleitlagern eine große Bandbreite an möglichen Beschichtungen und Füllstoffen, die sich jeweils auf die Funktion auswirken.
Schichten aus PTFE besitzen zum Beispiel gute mechanische Gleit- und Schmiereigenschaften, leiten Wärme und lassen sich in einem großen Temperaturbereich anwenden. Der optionale Zusatz von Blei, MoS2 oder Grafit erhöht wiederum Haftfähigkeit und Glättung.
Typische Füllstoffe sind Glas- oder Kohlefasern. Glasfasern verringern die Kaltflusseigenschaften und verbessern das Reibungs- und Verschleißverhalten sowie die Druckfestigkeit. Die Zugabe von Kohlefasern hingegen steigert die Härte und die Verschleißfestigkeit in Wasser und verringert gleichzeitig die Druckdeformation.
Gleitlanger-Schmierung
Bei der hydrodynamischen Schmierung baut sich der Gleitfilm erst mit der dynamischen Bewegung des Gleitlagers auf. Bis dahin wird ein verschleißintensiver Bereich der Mischreibung durchlaufen. Entsprechend wirkt sich eine hohe Start-Stopp-Belastung negativ auf die Lebensdauer des Lagers aus. Die Hydrostatische Schmierung bewirkt dagegen auch ohne Drehzahl eine vollständige Trennung der Gleitpartner, ist aber technisch aufwändiger und teurer.
Bei der Dauerschmierung wird der Schmierstoff bereits bei der Herstellung des Lagers eingebracht (siehe auch Sinterlager). Bei Verbundlagern wirkt unter anderem PTFE als sogenannter Festschmierstoff. Manche Lager-Bauarten können mit zusätzlichen Schmiernuten oder Schmierstofftaschen ausgeführt werden. Diese Lager sind wartungsarm, aber nicht wartungsfrei.
Übersicht wichtiger Normen für Gleitlager
| Norm | Bezeichnung |
|---|---|
| DIN 118-1 | Antriebselemente; Steh-Gleitlager für allgemeinen Maschinenbau, Hauptmaße |
| DIN 502 ff | Gleitlager - Flanschlager |
| DIN 1850 | Gleitlager - Buchsen - Teil 1-6 |
| DIN 31651 | Gleitlager; Formelzeichen, Systematik und Anwendung |
| DIN 31670-8 | Gleitlager; Qualitätssicherung von Gleitlagern; Prüfung der Form- und Lageabweichungen und Oberfächenrauheit an Wellen, Bunden und Spurscheiben |
| DIN 31692-1 | Gleitlager - Teil 1: Schmierung und Schmierungsüberwachung |
| DIN 31692-2 | Gleitlager - Teil 2: Temperaturüberwachung |
| DIN 31692-3 | Gleitlager - Teil 3: Schwingungsüberwachung |
| DIN 31692-4 | Gleitlager - Teil 4: Elektrische Lagerisolation |
| DIN 31692-5 | Gleitlager - Teil 5: Checkliste zur Überprüfung der Öldichtheit |
| DIN ISO 3547 | Gleitlager - Gerollte Buchsen - Teil 1-4 |
| DIN ISO 4378 | Gleitlager - Begriffe, Definitionen und Einteilung - Teil 1-4 |
| DIN ISO 6691 | Thermoplastische Polymere für Gleitlager - Klassifizierung und Bezeichnung |
| DIN ISO 7905 | Gleitlager - Gleitlager-Ermüdung, Teil 1-4 |