Designhinweise

Schmierungsmechanismus

Wenn zwischen zwei sich zueinander bewegenden Oberflächen ein Schmierfilm vorhanden ist, können die Reibungsverhältnisse in drei Schritten wie folgt klassifiziert werden:

  • Hydrodynamische Schmierung
  • Grenzschmierung
  • Feststoffschmierung

Hydrodynamische Schmierung

Der Schmierfilm zwischen den zwei Kontaktflächen ist ausreichend stark und die zwei Kontaktflächen sind durch einen viskosen Ölfilm vollständig voneinander getrennt. Die Reibungskräfte zwischen zwei Kontaktflächen werden durch den Viskositätswiderstand des Schmiermittels bestimmt, wobei die Reibungskräfte sehr gering sein können (Reibungskoeffizient kann bei 0,0001 - 0,01 liegen). Unter diesen Bedingungen dreht sich das Öl um die Welle aufgrund der Viskosität des Schmieröls mit, sobald die Welle gedreht wird, und baut im Kontaktbereich zwischen Welle und Lager Öldruck auf. Dieses Phänomen wird als Keilwirkung bezeichnet. Der innerhalb des Schmierölfilms entstehende Öldruck P wird durch Änderung der Temperatur und der Viskosität des Schmieröls sowie der Oberflächenrauheit, Spiel und Drehgeschwindigkeit der Welle beeinflusst.

 

Grenzschmierung

Der Schmierölfilm zwischen den zwei Kontaktflächen ist extrem dünn, und zwischen den Kontaktbereichen existiert kein viskoser hydrodynamischer Ölfilm, sondern nur ein Film aus absorbierten Ölmolekülen. Ein Film von absorbierten Ölmolekülen entsteht, indem die Moleküle des Schmierstoffes an der Oberfläche des Festkörpers haften bleiben, und sein Scherwiderstand ist größer als beim hydrodynamischen Ölfilm. Die Reibungskräfte weisen einen größeren Wert als bei der hydrodynamischen Schmierung auf. Der Schmierfilm wird an den Reibungspunkten häufig unterbrochen. Deshalb wird der Schmierzustand, der solch einen Reibungszustand verursacht, Grenzschmierung genannt. Durch den Einsatz von selbstschmierenden Lagern kann die Reibung unter diesen Bedingungen wesentlich reduziert werden.

Feststoffschmierung (Trockenreibung)

Unter diesen Arbeitsbedingungen bleiben zwei Festkörper direkt in Berührung, da kein Schmierfilm wie beispielsweise ein hydrodynamischer Film oder ein Film aus absorbierten Ölmolekülen existiert. Die Reibung ist nur proportional zur senkrecht zur Kontaktfläche des Festkörpers wirkenden Kraft. Der Reibungskoeffizient ist unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit, und die Haftreibung ist größer als die Gleitreibung. Deshalb ist die Auswahl selbstschmierenden Lagermaterials entscheidend für die Leistung.

Einflüsse auf die Lebensdauer:

Verschleiß und Lebensdauer der CSB-Gleitlager hängen von folgenden Faktoren ab:

 

  • Spezifische Lagerbelastung
  • Gleitgeschwindigkeit
  • PV-Wert
  • Rautiefe der Gegengleitfläche
  • Gegengleitflächenmaterial und -temperatur usw.

PV-Wert

Der PV-Wert hat einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer des Lagers. Der PV-Wert - einer der wichtigsten Konstruktionswerte - ist das Produkt aus der spezifischen Lagerbelastung P und der Gleitgeschwindigkeit V. Es wird ein PV-Wert unter der geforderten Spezifikation empfohlen, um eine längere Lebensdauer zu erreichen.

Die in diesen Katalogen angegebenen PV-Werte sind zulässige PV-Werte für den Gleitlagerdrehbetrieb. Ingenieure müssen bei der Planung kleinstmöglicher PV-Werte oftmals die tatsächliche Arbeitssituation der Lager berücksichtigen, um deren Lebensdauer zu verlängern, und die Überprüfung der optimalen Daten erfordert natürlich eine Vielzahl von Tests.

Außerdem muss die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, da das Spiel aufgrund von dimensionalen Veränderungen des Lagers und Gehäuses sowie die Härte des Kontaktmaterials und das Übermaß temperaturbedingten Schwankungen unterliegen.

Bewegungsrichtung und PV-Wert

Lagerbelastung

Im Allgemeinen wird die Lagerbelastung durch die max. Belastung, geteilt durch die projizierte Fläche (dxL) und Anzahl der Lagerstellen ermittelt.

Art der Belastung

Geschwindigkeit

Die Hauptursache der erzeugten Wärme ist die an der Reibungsfläche des Lagers geleistete Arbeit. Erfahrungsgemäß wird der Temperaturanstieg an der Reibungsfläche eher durch die Geschwindigkeit als durch den Druck beeinflusst. Bei gleichen PV-Werten gilt: je größer der V-Wert, desto höher die Lagertemperatur. Beim Einsatz im Hochgeschwindigkeitsbetrieb wird empfohlen, die Lager so auszulegen, dass der Reibungskoeffizient durch Ölzufuhr zwecks Steigerung der Kühlungs- und Schmierungseffizienz reduziert wird.

Oszillierende Bewegung

Die oszillierende Bewegung gilt als eine der schwierigsten Bedingungen für Lager mit Nullgeschwindigkeit in jedem Bewegungszyklus. Der Ölfilm kann abreißen, Materialermüdung und -verschleiß werden beschleunigt, und Abriebpartikel verbleiben länger. Hauptsächlich für Drehbewegungen ausgelegte Kugellager weisen eine sehr kleine Kontaktfläche auf, wodurch übermäßig hohe Kontaktspannungen an ihren drucktragenden Flächen entstehen. Aus diesem Grund sind Kugellager für oszillierende Bewegungen nicht geeignet. Da die Kontaktflächen von Gleitlagern größer als die von Kugellagern sind, gelten Gleitlager in der Regel als bessere Lösung für solche Anwendungen. Selbstschmierende Lager von CBS sind für oszillierende Bewegungen optimal, da ihre sehr harte Gleitfläche nur kleine Verschleißpartikel erzeugt und die Lager aufgrund ihrer Ölimprägnierung keine Geräusche aufgrund einer Unterbrechung des Ölfilms verursachen.

Betriebsintervalle

Die Lager können im Dauer- oder intermittierenden Betrieb eingesetzt werden. Der intermittierende Betrieb kann für Lager üblicher Ausführung vorteilhaft sein, da die erzeugte Reibungswärme in den Standzeiten abkühlen kann. Dadurch kann der PV-Wert relativ hoch bleiben. Der Nachteil des intermittierenden Betriebs liegt darin, dass häufige Betriebsunterbrechungen zu höherem Verschleiß führen. Außerdem erhöht sich der Verschleiß beim erneuten Anfahren. Die starke Belastung im intermittierenden Betrieb führt zu Grenzschmierungsbedingungen. Es sollte ein unter solchen Bedingungen reibungs- und verschleißbeständiges Lager gewählt werden. Ölimprägnierte Lager versorgen die Gleitfläche selbst mit Schmieröl und weisen hervorragende schmierstofferhaltende Eigenschaften auf. Insbesondere das Lager CSB650 verfügt über eine hohe Belastungskapazität und erbringt aufgrund eines Films aus Festschmierstoffen auf der Gleitfläche hervorragende Leistungen im intermittierenden Betrieb mit hohen Lasten.