Eine Publikation der Binkert Medien AG
Selbstschmiereffekt sorgt für niedrigen Gleitwert und geringen Verschleiss : Ausgabe 02/2014, 08.10.2014

Hohe Lasten trocken lagern

Ein fehlender Schmierfilm führt bei der Lagerung hoher spezifischer Lasten immer wieder zu Lagerausfällen. Vollkunststoffgleitlager spielen bei Schwerlastanwendungen ihre Vorteile aus. Doch welches sind die Einflussfaktoren auf das tribologische System von Kunststoffgleitlagern?

Autor: Gerhard Baus, Prokurist für Gleitlager bei der igus GmbH, Köln

Hohe spezifische Lagerbelastungen kommen nicht nur im Schwermaschinenbau vor. Auch kleinste Lagerungen weisen oftmals sehr hohe spezifische Belastungen auf. Eine genaue Trennung zwischen niedrigen, mittleren und hohen spezifischen Belastungen gibt es nicht. In der Praxis lassen sich aber solche Lageranwendungen mit mehr als 10 N/mm² zusammenfassen. Die spezifische Lagerbelastung ist die mittlere Belastung des Lagers pro Flächeneinheit. Während im Radiallager die Belastungen an jeder Stelle variieren, geht die Berechnung der spezifischen Belastung von einer Verteilung der Kraft auf die projizierte Auflagefläche der Welle im Lager aus. Die spezifische Belastung (P) errechnet sich aus der Kraft (F), der Lagerbreite (B) und dem Innendurchmesser (D):

P = F : D × B

Kunststoffgleitlager nehmen hohe Belastungen auf

Die maximal zulässige mittlere Flächenpressung ist für Gleitlager eine sehr wichtige mechanische Eigenschaft. Sie drückt aus, für welche spezifischen Belastungen man ein Gleitlager höchstens einsetzen kann. Mit Gleitlagern aus modifizierten thermoplastischen Kunststoffen mit eingelagerten Festschmierstoffen lassen sich Lagerungen mit Flächenpressungen bis 150 N/mm² realisieren. Interessant ist, dass diese Lager sogar unter solchen Belastungen Bewegungen mit geringen Geschwindigkeiten aufnehmen können. Andere Gleitlager, die Gleit- oder Schmiermittel benutzen, lassen oft nicht einmal Belastungen von 50 N/mm² zu. Noch geringer ist die Belastbarkeit bei ölgeschmierten Lagern, die hydrodynamisch arbeiten.

Die Tragfähigkeit ist vom Schmierstoff selbst, aber auch von der Wellenoberfläche, der Temperatur, vom Lagerspiel und vielen anderen Faktoren abhängig. Bei Gleitbewegungen muss sich ein Schmierfilm aufbauen, der die Welle vom Lager trennt. Bei sehr langsamen Bewegungen oder im Aussetzbetrieb kann der Film reissen. Auf kleinstem Raum, auf dem sich niemals ein Schmierfilm bilden kann, werden Spitzenbelastungen wirksam. Misch- und Trockenreibung stel-len sich ein, der Verschleiss schreitet rasch fort.

Mikroabrieb macht zusätzliche Schmierung überflüssig

Die Lösung können trocken laufende Gleitlager sein. igus entwickelt seit rund dreissig Jahren Werkstoffe, die ohne zusätzliche Schmierung auskommen. Durch den Mikroabrieb werden die homogen verteilten Festschmierstoffteilchen freigesetzt, der Selbstschmiereffekt entsteht. Sie lagern sich in die Täler der Wellenoberfläche ein, und ohne einen Film auf der Welle zu bilden, entsteht so eine optimale Paarung von Gleitlager und Welle.

Die iglidur-Gleitlager bestehen aus speziell entwickelten thermoplastischen Compounds. Die hochleistungsfähigen Werkstoffe setzen sich aus unterschiedlichen Materialien zusammen. Der Zusatz von technischen Fa- sern verstärkt die mechanische Belast- barkeit thermoplastischer Legierungen. Ausserdem übernimmt die Fasermatrix wichtige Aufgaben bei der Wärmformbeständigkeit und der Verschleissfestigkeit. Festschmierstoffe senken die Reibwerte. Damit sie sich auch unter höchsten radialen Be- lastungen nicht wegdrücken können, müssen sie mikrofein in dem Werkstoff ver- teilt sein.

Ideal auch bei linearen Bewegungen unter hohen Lasten

Auch unter hohen statischen Lasten können sich keine Schmiermittel wegdrücken. Dieser wichtige Unterschied erklärt auch die gute Eignung von iglidur-Gleitlagern für lineare Bewegungen. Das Lager muss nicht die Welle über die gesamte Strecke dauernd mit einem Gleitfilm überziehen. Probleme mit Gleitschichten entstehen, weil das Lager diesen Film bei der nächsten Bewegung vor sich her schiebt. Oder es binden sich feine Schmutz-partikel in der Gleitschicht. Bei Kunststoffgleitlagern reicht es, wenn sich Welle und Lager einlaufen. Dann können sie lange Strecken mit niedrigem Gleitwert und geringem Verschleiss bewältigen.

Beispiel Förderketten: Homogene Verteilung zahlt sich aus

Ein Anwendungsbeispiel für die Vorteile der homogenen Verteilung der Festschmierstoffe sind Förderketten. Hier entstehen grösste Zugkräfte auf die Kettenglieder und die Gelenke. An den Umlenkpunkten kommt es zu sehr kleinen Schwenkbewegungen in den Gelenken. Ein weicher Schmierfilm würde sich von der eigentlichen Lagerstelle wegdrücken. Durch die kleine Schwenkbewegung wird das Schmiermittel nicht wieder an die Lagerstelle transportiert. iglidur-Gleitlager bringen hier entscheidende Vorteile. Trotz hoher radialer Drücke gibt das thermoplastische Compound mit seiner Fasermatrix nicht nach. Die mikroskopisch kleinen Schmierstoffpartikel bleiben so zwischen Welle und Lager eingebettet und werden bei der kleinsten Bewegung wirksam. In den Förderketten werden Belastungen an den Gelenkstellen bis zu 50 N/mm² erreicht. Hier wirken sich zudem die elastischen Eigen- schaften von Kunststoffen positiv aus. Sie verhindern, dass es zu einer bleibenden Verformung der Lager kommt.

Beispiel Betonbohrmaschinen: Hohe Unempfindlichkeit gegen Schmutz

Auch die Führungen an Betonbohr- und -sägemaschinen sind ein Beispiel für die hohe Abriebfestigkeit bei gleichzeitiger Unempfindlichkeit gegen Schmutz. Die standardmässig eingesetzten Bronzebuchsen unterliegen bei diesem sehr rauen Einsatz hohem Verschleiss. Während des Betriebs pumpt man zur Kühlung der Werkzeuge Wasser mit Druck in den Bohr- bzw. Sägeschlitz. Das Wasser schwemmt Betonsplitter und Bohrschlamm aus. Diese äusserst abrasive Mischung umspült die Lagerstellen ständig. Die Lebensdauer der Bronzebuchsen beträgt in diesem Betrieb nur ein halbes Jahr.

Zunächst überzeugte einen Kunden bei der regelmässigen Wartung der deutlich geringere Preis von iglidur-Gleitlagern. Doch nach eineinhalb Jahren Einsatzdauer war auch der Beweis für die wesentlich höhere Unempfindlichkeit gegenüber Schmutz und Staub erbracht. Das Fazit: preiswerter, leichter montierbar, unempfindlich gegen Kantenbelastung und groben Schmutz und die Verdreifachung der Lebensdauer – der Test hatte sich gelohnt.

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Da man iglidur-Gleitlager nicht fetten oder ölen muss, kann sich an ihnen kein Schmutz festsetzen, der den Lauf des Lagers behindert


45 verschiedene Katalogwerkstoffe bietet igus ab Lager in verschiedensten Abmessungen oder Formen an