Gleitlager: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Bild:Bild2.jpg|right|150px ]]
  
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http://www.boesiger.ch/images/Illustration/qurschnt.jpg
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== Hinweis ==
  
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== Funktionsprinzip eines Gleitlagers ==
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Erklärung der benutzten Kürzel:
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Ein Gleitlager besteht aus einem beweglichen und einem festen Teil. Der bewegliche Teil, meist eine Welle oder ein Wellenzapfen, gleitet auf den Gleitflächen des festen Teils, meist eine Lagerschale oder eine Lagerbuchse in einem Gehäuse beim Radiallager oder ein mit der Welle drehender Laufring auf einem feststehenden Lagerring beim Axiallager.
 
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Bei einem Radiallager wirkt die von dem Lager aufgenommene Kraft senkrecht zur Drehachse. Ein Axiallager nimmt die Kraft Richtung Welle auf.
 
  
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[[Bild:radiallager.jpg]]
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Das Lehrbuch von Roloff Matek ist nur mit RM abgekürzt.
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Radiallager (Gleitlager (links) und Wälzlager)
 
  
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Die Formelsammlung mit RM und in Klammern die Formelnummer z.B. RM (15-15).
  
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Das Tabellenbuch mit TB und dann die Tabellennummer z.B. TB (15-3).
  
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[[Bild:axiallager.jpg]] Axiallager (Wälzlager)
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Alle Grafiken die nicht mit einer Quellenangabe versehen sind stammen aus denn Drei unten aufgelisteten Büchern von Roloff Matek.
  
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== Hydrodynamische Gleitlager ==
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== <u>Was ist ein Gleitlager?</u> ==
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Hydrodynamische Gleitlager arbeiten nach dem Prinzip der internen Druckerzeugung, durch die Drehfrequenz bildet sich ein ein tragender Schmierfilm zwischen Welle und Lager. Die Welle dreht sich exzentrisch im Lager und erzeugt durch den sich verengenden Querschnitt eine Schubspannung im Schmiermittel. Dadurch entsteht eine hydrodynamische Druckverteilung die auf die Welle eine Kraft ausübt. Das ist die Gegenkraft zur von außen wirkenden Lagerkraft. Ist die Gegenkraft groß genug trennt sie die Welle von der Lagerschale.
 
  
  
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[[Bild:Hydro.Rad.1.jpg]]
 
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[[Bild:Hydro.Rad.2.jpg]]
 
  
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Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
 
  
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<div style="text-align: center;">
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<span style="color: Red">'''Gleitlager sind Lager bei denen die Relativbewegung zwischen [[Welle]] und Lagerschale bzw. einem Zwischenmedium eine Gleitbewegung ist.'''</span>
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</div>
  
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Hydrodynamische Gleitlager benötigen eine Anfahrdrehfrequenz um einen ausreichenden Schmierfilm bilden zu können. Bei der Dimensionierung eines Gleitlagers muss darauf geachtet werden, daß sich der optimale Betriebspunkt im volltragenden Bereich befindet. Der Übergang zwischen Anfahrbereich und volltragender Bereich ist instabil und kann bei geringen Drehfrequenzschwankungen das Lager verschleißen.
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== <u>Allgemeines</u> ==
  
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Bei einem hydrodynamischen Gleitlager gibt es 4 Betriebsbereiche:
 
  
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1.) Stillstand/ Anfahren
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=== Funktionen und Wirkungen ===
  
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2.) Übergangsbereich
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Man unterscheidet Gleitlager nach zwei Kriterien 1. nach <span style="color: Blue">Art der Tragkrafterzeugung</span> und 2. nach <span style="color: Blue">Anordnung der Gleitflächen</span>.
  
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3.) Nennbetriebsbereich ( volltragender Bereich)
 
  
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4.) zentrischer Lauf ( kritisch)
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1. Nach Art der Tragkrafterzeugung unterscheidet man:
  
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Im Bereich Stillstand und Anfahren berühren sich die Welle und die Lagerschale. Mit zunehmender Drehzahl wird der Schmierfilm tragfähig und das Gleitlager befindet sich im Übergangsbereich. In diesem Bereich herrscht Mischreibung. Nimmt die Drehfrequenz weiter zu ist der volltragende Bereich erreicht. In diesem Bereich gibt es nur noch Flüssigkeitsreibung. Ein hydrodynamisches Gleitlager kann den tragenden Schmierfilm nur aufbauen, wenn die Welle exzentrisch läuft. Bei zu hoher Drehfrequenz nähert sich die Welle dem Mittelpunkt der Lagerschale. Beim Überschreiten einer bestimmten Drehfrequenz dreht sich die Welle zentrisch in der Lagerschale, wenn das geschieht ist die interne Druckerzeugung nicht mehr möglich und der tragende Schmierfilm ist nicht mehr vorhanden. Das Lager wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstört.
 
  
 +
* hydrodynamische Gleitlager
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** diese arbeiten nach aArt der internen Druckerzeugung, d.h. der tragende Schmierfilm wird durch die Relativbewegung zwischen Wellen und Lagerschale erzeugt.
  
−
Diese Betriebsbereiche können im Stribeck Diagramm nachvollzogen werden.
 
  
−
[[Bild:Stribeck Diagramm.jpg]]
+
* hydrostatische Gleitlager
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
+
** diese arbeiten nach Art der externen Druckerzeugung, d.h. der notwendige Schmierstoffdruck wird außerhalb des Lagers durch eine Pumpe erzeugt.
  
  
−
Aus dem Zusammenhang Ordinate Reibungszahl μ und Abzisse Drehfrequenz n ergeben sich bei konstanten Werten für die spezifische Lagerbelastung p<sub>L</sub> und die Viskosität des Schmierstoffes η die Reibungskurven.
+
* Trockenlaufgleitlager
−
Mit steigender Drehfrequenz n sinkt die Reibungszahl μ sehr schnell ab. Das Gebiet der Mischreibung wird durchlaufen und μ sinkt auf ein Minimum an den Ausklinkpunkten A (A<sup>'</sup>, A<sup>' '</sup> je nach p<sub>L</sub> und η ) ab. Es gibt keine metallische Berührung der Gleitflächen mehr und das Lager befindet sich im volltragenden Bereich.
+
** bei Trockenlaufgleitlagern wird kein Zwischenmedium genutzt, sie gleiten alleine auf Grund der Werkstoffpaarung.  
  
  
−
Das untere Schaubild stellt dies noch einmal vereinfacht da.
+
2. nach Anordnung der Gleitflächen unterscheidet man:
  
−
[[Bild:Stribek Einfach.jpg]]
+
* Axiallager (b)
 +
* Radiallager (a)
  
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
 
  
−
=== Sommerfeldzahl ===
+
[[Bild:Axiallager_und_Radiallager.jpg]]
  
−
Die Sommerfeldzahl ist die Kennzahl für den Lastbereich von Gleitlagern. Sie sagt aus, dass Lager mit gleicher S<sub>o</sub> Zahl, sofern das Verhältnis tragende Lagerbreite b/Lagerinnendurchmesser d<sub>L</sub> und die Ölzuführungselemente gleich sind, hydrodynamisch ähnlich sind, d.h. das Lager mit der gleichen Sommerfeldzahl im Betrieb das gleiche Verhalten aufzeigen.
+
=== Verwendung von Gleitlagern in der Praxis ===
  
−
Sommerfeldzahl
 
−
 
−
S<sub>o</sub>=(p<sub>L</sub>*Ψ<sup>2</sup><sub>B</sub>)/(η<sub>eff</sub>*ω<sub>eff</sub>)=(F*Ψ<sup>2</sup><sub>B</sub>)/(b*d<sub>L</sub>*η<sub>eff</sub>*ω<sub>eff</sub>)
 
  
−
S<sub>o</sub>&le;1 und ε=0,6...0,95  störungsfreier Betrieb
+
Die Verwendung von Gleitlagern ergeben sich aus den Vorteilen die diese bieten somit kommen wir auf den Schluss, dass Gleitlager speziell geeignet sind für:
  
−
S<sub>o</sub>&le;10 und ε 0,95...1  Verschleiß möglich
 
  
−
S<sub>o</sub><1 und ε<0,6  mögliche Instabilität der Wellenlage
+
* hohe Drehzahlen
 +
* hohe Belastungen
 +
* für "Dauerläufer"
 +
* geringen Platz
 +
* Stöße und Erschütterungen
 +
* geräuscharmen Lauf
 +
* Lagerungen mit hoher Verschmutzungsgefahr
 +
* verschleißfreie Lager (Flüssigkeitsreibung oder Magnetlagerungen)
 +
* Günstige alternative zu Wälzlager
 +
* geteilte Lager
  
  
−
relative Exzentrizität
 
−
 
−
ε=e/(0,5*s)=e/(0,5*d<sub>L</sub>*Ψ)
 
  
−
[[Bild:Sommerfeldzahl.jpg]]
+
Nachteile
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
 
  
−
Der Verschleiß während der Anlaufzeit ist recht hoch. Um diesen zu verringern gibt es z.B. Hybridlager. Diese Lager sind eine Kombination aus hydrodynamischen- und hydrostatischen Gleitlagern. Die besondere Eigenschaft eines hydrodynamischen Gleitlagers ist, daß die Reibung mit steigender Drehzahl geringer wird.
+
*hohes Anlaufdrehmoment
−
Vorteile eines hydrodynamischen Gleitlagers sind der einfache Aufbau, die einfache Herstellung und die unempfindlichkeit gegenüber Schmutz. Nachteilig wirken sich der hohe Anlaufreibwert, die Verlagerung des Wellenmittelpunkts und die erforderliche Einlaufzeit aus. Die Wahl der Werkstoffe des Lagers und der Welle spielen eine entscheidene Rolle.
+
*hoher Schmierstoffverbrauch
 +
*laufende Überwachung
  
−
== Hydrostatische Gleitlager ==
 
−
Bei einem hydrostatischen Gleitlager muss vor dem Anlaufen ein Schmierfilm zwischen Lager und Welle vorhanden sein. Dies wird durch eine Pumpe realisiert. Das Schmiermittel wird durch den Lagerspalt zugeführt. Die Pumpe drückt den Schmierstoff über Einlasskanäle in Schmiermitteltaschen. Das Schmiermittel wird zwischen die Lagerflächen gepresst und trennt diese durch einen dünnen Schmierfilm. Reibungsverluste entstehen nur durch die Scherkräfte der Flüssigkeiten . Bei der Verwendung von gasförmigen Schmierstoffen spricht man von Luftlagern.  Vorteilhaft bei einem hydrostatischen Gleitlager ist, daß es keine Anlaufreibung gibt. Der Werkstoff und die Oberfläche der Welle und des Lagers wirken sich nur geringfügig auf das Gleitverhalten aus. Es ist nur eine geringe Verlagerung des Wellenmittelpunktes zu beobachten und es besteht nahezu eine unbegrenzte Lebensdauer. Die aufwendige Konstruktion, die Empfindlichkeit gegenüber Schmutz und die aufwendige Schmierstoffzuführung zählen definitiv zu den Nachteilen.
 
  
  
−
[[Bild:Hydrost..jpg]]
 
  
−
Bildquelle: [http://www.zollern.de/centix/de/antriebstechnik/gleitlager/produktueberblick.html Firma Zollern]
+
Diese und alle anderen Einsatzgebiete von Gleitlagern sind sehr stark abhängig von:
  
−
== hydrodynamisches Axiallager ==
 
  
−
=== Spurlager mit ebenen Spurplatten ===
+
* den Reibungszuständen
 +
* hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlagern
 +
* dem Schmierstoff
 +
* der des Gleitlagerwerkstoffes und dessen Paarung
 +
* äußere Einflüsse
  
−
Die einfachste Form eines Axiallagers ist das Voll-Spurlager. Im Betrieb verteilt sich der Druck hyperbolisch (Wellenförmig) über die gesamte Kreisfläche und ist in der Mitte theoretisch unendlich groß. Dies führt zu starkem Verschleiß und schnellem Heißlaufen. Diese Lagerart wird so gut wie nie eingesetzt.
 
  
−
Bei Ring-Spurlagern vermeidet man diese theoretisch unendlich große Druckspitze durch einen Hohlraum.
 
  
−
[[Bild:Ring-Spurlager.jpg]]
+
Was hier aber klar werden soll ist, dass Gleitlager nicht gleich Gleitlager für jeden Zweck sind.
  
 +
                ''' <span style="color: Red">Eine gewissenhafte Berechnung ist nicht zu umgehen!!!</span> '''
  
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-02
 
  
−
=== Einscheiben- und Segment-Spurlager===
 
  
−
Das Einscheiben-Spurlager besteht aus einem feststehenden Axiallagerring in den mehrere sich in Drehrichtung verengende Keilflächen, diese sind in dessen Gleitfläche eingearbeitet. Die Keilflächen sind durch Schmiernuten voneinander getrennt. Um einen wechselnden Drehsinn zu ermöglichen müssen zwei Keilflächen eingearbeitet werden.
+
=== Was versteht man unter Reibungszustände? ===
  
−
[[Bild:Eischeibenlager.jpg]]
+
Unter Reibungszuständen versteht man das Reibungsverhalten was mit dem Symbol μ bezeichnet wird.
  
 +
1. μ hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab.
  
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-02
+
2. unterschieden werden:  
 +
Festkörperreibung (μ sehr hoch und somit eine kurze Lebensdauer möglich; μ hat hier ca. einen wert von 0,3) und
 +
Flüssigkeitsreibung (μ sehr klein und somit ist eine lange Lebensdauer möglich; μ erreicht einen Wert von 0,005 bis 0,001.
  
  
−
Das tragfähigste Axiallager ist das Segment-Spurlager. Diese können Axialkräfte bis zu 10MN aufnehmen. Die ringförmige und feststehende Lagerfläche wird in einzelne kippbewegliche Segmente unterteilt. In Bewegungsrichtung hinter der Mitte, werden sie durch Zapfen oder Kugeln gestüzt. Die Segmente stellen sich bei drehender Welle schräg und ein Schmierspalt entsteht zwischen den Segmenten und Wellenscheibe. Ein großer Vorteil dieser Lager ist, daß sich für jede Drehfrequenz und Lagerkraft der richtige Schmierspalt von selbst einstellt.
 
  
−
[[Bild:Segmentlager.jpg]]
+
[[Bild:Reibungszustände.jpg]]
  
  
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-02
+
Flüssigkeitsreibung tritt immer dann auf wenn ein Zwischenmedium zwischen Lagerschale und Lagerwelle ist, dies kann durch hydrodynamische oder hydrostatische Schmierung erzeugt werden.
  
−
== Schmierung ==
+
=== Schmierstoffe / Zwischenmedien ===
  
−
[[Bild:Messstab.jpg]]
 
  
−
Bildquelle [[http://www.carprofi.de carprofi]]
 
  
 +
Schmierstoffe sorgen für ein geringeres Reibungsverhalten und somit für eine längere Lebensdauer. An zweiter Stelle sorgen sie für eine Trennung von Lagerschale und Lagerwelle.
 +
(siehe hierzu hydrodynamische und hydrostatische Schmierung)
  
−
In jedem Lager zeigen sich im Betrieb Reibungskräfte. Reibungskräfte setzen der Gleitbewegung einen Widerstand entgegen und erzeugt dabei Wärme, die als Reibungswärme abzuführen ist. Geringes Benetzen der Gleitflächen mit Schmierstoff genügt, um die Reibung beträchtlich zu mindern und so auch den Verschleiß des Gleitlagers zu mindern. Es gibt eine Vielzahl von Schmierstoffen wie z.B. Fette, Gleitlacke, Öle, Wachse, Gase (Dämpfe,Luft).
 
  
−
=== Aufgaben des Schmierstoffes ===
 
−
Der Schmierstoff in einem Gleitlager übernimmt den Kraftschluss zwischen Lager und Welle und die kinematische Anpassung. Er dient der Kühlung, der Dämpfung von Stößen und Vibrationen und dem Korrosionsschutz.
 
  
−
=== Schmierungsarten ===
+
Kommen wir jetzt zu den Eigenschaften die ein Schmierstoff ausmacht und diese unterscheiden.
  
−
'''Ölschmierung'''
+
1. [[Viskosität]] (Zähigkeit)
  
−
Die Ölschmierung eignet sich für alle Betriebsbereiche eines Gleitlagers. Es werden vorwiegend Mineralöle eingesetzt, deren Schmiereigenschaften können durch Zusätze, wie Molybdänsulfid oder Graphit verbessert werden.
+
2. wird die Temperatur des Schmierstoffes größer, sinkt die Viskosität (siehe RM TB 15-9)
  
−
'''Fettschmierung'''
+
3. bei steigendem Druck ''p'' (z.B. in bar), steigt die Viskosität
  
−
Die Fettschmierung eignet sich vorwiegend bei geringen Drehzahlen und Pendelbewegungen oder bei stoßartiger Belastung. Sie wird auch eingesetzt, wenn eine Schwimmreibung nicht zu erreichen ist.
+
[[Bild:Schmieröl1.jpg |right|]]
  
−
'''Wasserschmierung'''
+
Als Schmierstoffe werden verwendet:
  
−
Die Wasserschmierung wird häufig bei Gleitlagern aus Holz, Kunststoff und Gummi verwendet.
 
  
−
'''Trockenschmierung'''
+
• Gase <sup>1</sup>
  
−
Molybdänsulfid oder Graphit werden bei hohen Temperaturen und zur Notlauf- und einmaligen Schmierung eingesetzt.
+
• Öle
  
 +
• Fette
  
 +
• Wasser
  
−
=== Schmierverfahren ===
+
• Festschmierstoffe
  
−
'''Durchlaufschmierung'''
+
• Magnetfelder <sup>2</sup>
  
−
Das Schmiermittel kommt nur einmal zum Einsatz. Dieses Verfahren ist sehr unwirtschaftlich und wir nur bei gering beanspruchten Lagern, einfachen Lagern oder wo aufgrund von Verunreinigungen das Schmiermittel unbrauchbar geworden ist eingesetzt.
 
  
 +
<sup>1</sup> Gas Gleitlager finden immer größerer Beliebtheit da es keinen störenden Schmierstoff gibt.
 +
Sie finden Anwendung in der Pharma-, Nahrungs- und Genussmittel-Industrie aber auch in der Raumfahrttechnik und bei Turbomaschinen.
  
−
'''Umlaufschmierung'''
 
  
−
Bei Steh-, Flansch- und Einbaulagern mit mittleren Gleitgeschwindigkeiten und waagerechten Wellen, wird die Ringschmierung am häufigsten eingesetzt. Schmierringe fördern das Öl an die Gleitflächen. Es gibt feste Schmierringe, die sich mit der Welle drehen oder lose Schmierringe, die sich auf der Welle abwälzen.
+
<sup>2</sup> Magnetlager finden derzeitig Anwendung bei Werkzeug- und Turbomaschinen und in der Vakuumtechnik.
 +
Sie eignen sich vorzugsweise für
  
−
Die Ölbadschmierung, bei der die gleitenden Flächen in Öl laufen, wird oft bei Spurlagern eingesetzt. Bei der Tauchschmierung tauchen die zu schmierenden Teile in Öl ein und fördern oder schleudern es an die Schmierstelle.
 
  
−
Bei der Druckumlaufschmierung wird mittels einer Pumpe die Schmierstelle mit Schmiermittel versorgt. Sie ist die sicherste und leistungsfähigste Schmierung. Sie wird bei hochbelasteten Lagern eingesetzt (Turbinen, Werkzeugmaschinen). Sie eignet sich auch als Zentralschmierung für ganze Maschinen. Mit Hilfe von einstellbaren Verteilern oder einstellbaren Einzelpumpen kann den Schmierstellen eine dosierte Schmierstoffmenge zugeführt werden.
+
[[Bild:Magnetlager1.jpg|right|]]
  
  
−
[[Bild:umlaufschmierung.jpg]]
 
  
−
Umlaufschmierung (schematisch)
 
  
 +
* berührungslosen Betrieb
 +
* einstellbare Steifigkeit und Dämpfung
 +
* hohe Drehzahlen bei mittlerer Traglast
 +
* hohe Laufgenauigkeit
  
−
Bildquelle [[http://medias.ina.de/medias/de!hp.tg.cat.body/tg_rot*CHEBHCFE medias.ina.de]]
 
  
−
=== Schmierstoffzuführung ===
 
  
−
Bohrungen und Kanäle im Lagerkörper ermöglichen, daß das Schmiermittel in den Gleitraum gelangt. Damit der Schmierstoff im Gleitraum verteilt werden kann, sind im Gleitflächenbereich Schmiertaschen, Schmierlöcher vorhanden.
 
  
−
[[http://www.bronze.ch/deutsch/prod/fert/wieland_buechsen_ST.htm Lagerbüchse mit Schmiertaschen ]]
 
−
 
−
[[http://www.caspar-gleitlager.de/Gleitlager/Trockengleitlager/Tro_Buchsen/Tro_PAP_Sondergrossen/body_tro_pap_sondergrossen.html Buchsen mit Schmiernuten]]
 
  
−
=== Eigenschaften flüssigkeitsgeschmierter Gleitlager ===
 
−
Der Schmierfilm wirkt Schwingungs-, Stoß- und Geräuschdämpfend. Es unterliegt keiner Drehzahlbegrenzung und ist konstruktiv sehr anpassungsfähig, da es eine geringe radiale Bauhöhe besitzt.
 
  
−
== Lagerdichtungen ==
 
  
−
Fremdkörper die in ein Lager eindringen stören die Funktion eines Lagers. Um das Eindringen von Fremdkörpern zu verhindern bzw. zu erschweren , können einige Maßnahmen ergriffen werden, z.B. durch mitlaufende Spritzringe. In Gleitlagern werden häufig berührungsfreie Dichtungen eingesetzt. Diese haben den Nachteil, daß sie bei ruhender Welle undicht sind. Die Dichtwirkung wird erst beim erreichen einer Mindestdrehfrequenz erreicht. Deshalb werden bei maximal mittleren Gleitgeschwindigkeiten die gleichen berührenden Dichtungen verwendet, wie sie auch bei [[Wälzlagerungen]] zum Einsatz kommen, z.B. V-Ringe, Filzringe.
 
  
−
== Lagerwerkstoffe ==
 
−
Gleitlager werden aus den verschiedensten Werkstoffen hergestellt, je nach Einsatzgebiet und Anforderungen wird der richtige Werkstoff ausgewählt.
 
  
−
Am häufigsten kommen Nichteisenmetall-Legierungen vor. Zudem noch folgende Werkstoffgruppen, Nichtmetalle die für die Formgebung der Lagerschalen verantwortlich sind und gelegentlich Gusseisen mit Lamellengraphit.
 
  
−
Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen Massiv- und Verbundlager.
+
Als Ergänzung ist noch zu sagen das Trockenlager ohne Zwischenmedien (Schmierstoffen) arbeiten.
−
Ein Massivlager besteht aus einem einzigen Lagerwerkstoff mit hoher Festigkeit. Häufig wird Gusseisen bzw. CuSn- CuSnZn-Gusslegierungen verwendet.
 
−
Bei einem Verbundlager wird eine Lagerwerkstoffschicht auf einen Stützkörper aus Stahl, Stahlguss oder Gusseisen aufgegossen. Diese Verbindungen sind Form- oder Stoffschlüssig.
 
−
Bei hochbelasteten Lagern,z.B. in einem Verbrennungsmotor, werden Lager mit 3 oder mehr Schichten eingesetzt.
 
  
−
Als Wellenwerkstoff wird ausschließlich [[Stahl]] verwendet. Meistens genügen unlegierte Stähle, nur bei hohem Verschleiß oder gefordeter hoher Oberflächenhärte werden niedrig legierte Stähle eingesetzt. Bei großen Wellenquerschnitten kommen Vergütungsstähle zum Einsatz.
+
=== Lagerdichtungen ===
  
 +
Damit die eben erwähnten Schmierstoffe nicht austreten benutzt man Lagerdichtungen.
 +
Ein anderer sehr wichtiger Grund für Lagerdichtungen ist, dass keine Fremdkörper in das Lager eindringen und die Funktion stören.
 +
Dies kann wie auch bei Wälzlagern schnell zur Zerstörung des Lagers führen.
 +
Es gibt berührende Dichtungen und berührungsfreie Dichtungen.
 +
Bei Gleitlagern werden oft berührungsfreie Dichtungen eingesetzt. Diese haben aber den Nachteil, dass sie eine Mindestdrehzahl brauchen um einen Schutz bieten zu können.
  
−
[[Bild:Tabelle_Gleitlagerwerkstoffe.jpg]]
 
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
 
  
−
== Belastungsarten ==
+
<div style="text-align: center;">
−
Lagerbelastungen eines Gleitlagers im Betrieb sind z.B. Radial- und Axialkräfte, Reibkräfte, Wärme, Drehzahl, Unwucht der Bauteile.
+
'''Unter diesem Link finden sie zwei sehr gute Animationen über Lagerdichtungen.'''
  
−
== Verschleiß ==
 
  
−
[[Bild:Lagerschaden.jpg]]
+
[http://www.prelon.de/animationen/index.html
 +
</div>
  
−
Bildquelle [[http://www.mwconsult.biz/html/wiederaufbau_0.html www.mwconsult.biz]]
+
=== Wahl von Gleitlagerwerkstoffen ===
  
−
Verschiedene Faktoren verursachen mit der Zeit einen Lagerschaden.
 
−
Mögliche Ursachen für Lagerschäden:
 
  
−
- Schmutz
 
  
−
- Ölmangel
 
  
−
- falsches Schmiermittel
+
Die Auswahl der Werkstoffpaarung ist bei Gleitlagern sehr wichtig.
  
−
- zu hohe/niedrige Drehzahl
 
  
−
- Anlaufschäden
+
Bei falscher Wahl kommst es schnell zu Beschädigungen an Welle und Lager.
  
−
- nichtbeachtung event. Einlaufzeiten
 
  
−
- Stöße/Schwingungen
+
Als <u>Wellenwerkstoff</u> werden meistens <span style="color: RED">'''''unlegierte Einsatzstähle'''''</span> verwendet und nur bei sehr großen Durchmessern <span style="color: RED">'''''Vergütungsstahl''</span>'.
  
  
−
=== Schadensfrüherkennung ===
 
−
Einem Lagerschaden gehen bestimmte Symptome vorraus. Bei deren Beachtung kann ein drohender Lagerschaden abgewendet werden.
 
  
−
- untypische Geräusche während des Betriebes
+
Der <u>Lagerwerkstoff</u> wird je nach Einsatzgebiet ausgesucht. Dazu werden Tabellen (siehe unten) aufgezeigt.
  
−
- untypische Schwingungen
+
Es kommen am häufigsten <span style="color: RED">'''''Nichteisenmetall-Legierungen'''''</span> vor,  z.B. solche mit Kohle, Graphit und  Kupfer, da sie eine sehr gute Gleiteigenschaft haben.
  
−
- Druckabfall des Schmierstoff
 
  
−
- Rückstände im Schmierstoff
+
Hier sehen sie verschiedene Lagerwerkstoffe und eine kurze Beschreibung des Einsatzgebietes.
  
−
- Lagerspiel
+
[[Bild:Lagerwerkstoffe.jpg]]
  
−
- zu hohe Lagertemperaturen
 
  
−
=== Maßnahmen ===
+
[[Bild:Tabelle_Gleitlagerwerkstoffe.jpg]]
−
Durch gewisse Maßnahmen kann man die Symptome eines drohenden Lagerschadens erfassbar machen.
 
  
−
- regelmäßige Wartungen/Inspektionen
+
=== Fragen Allgemeiner Teil ===
  
−
- Einsatz von Schmierstoffiltern
 
  
−
- Sensoren zur Überwachung relevanter Betriebszustände (Temperatur/Schwingungen)
 
  
−
== Einsatzgebiete ==
 
  
−
Gleitlager werden in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt.
 
  
−
Hydrodynamische Gleitlager eignen sich besonders bei hohen Drehzahlen und hohen stoßartigen Belastungen. Sie eignen sich für den Dauerbetrieb da sie verschleißarm sind.
+
<div style="text-align: center;">
  
−
Einsatzbereiche:
+
# Nenne die zwei Kriterien wonach man Gleitlager unterscheidet, und die Unterpunkte.
 +
# Nenne drei Vorteile von Gleitlagern.
 +
# Welche Reibungszustände gibt es?
 +
# Welchen Zweck erfüllt der Schmierstoff?
 +
# Wofür werden Lagerdichtungen eingebaut?
 +
# Bestimme aus dem Tabellenbuch (Roloff Matek) den Lagerwerkstoff für „geringe bis mäßige Belastung, ausreichende Schmierung".
 +
</div>
  
−
- Getriebe
 
  
−
- Verdichter
 
  
−
- Haupt- und Pleuellager
+
<div style="text-align: center;">
 +
'''ANTWORTEN:'''
 +
[[Bild:Fragen-Algemeiner-Teil.pdf]]
 +
</div>
  
−
- Elektomotoren
+
== <u>Hydrodynamische Schmierung</u> ==
  
 +
Hydrodynamische Gleitlager arbeiten nach dem Prinzip der internen Druckerzeugung, durch die Drehfrequenz (Drehzahl n) bildet sich ein tragender Schmierfilm zwischen Welle und Lager. Die Welle dreht sich nun im Mittelpunkt vom Lager.
  
−
Hydrostatische Gleitlager eignen sich nur bei niedrigen Drehzahlen. Sie haben einen geringen Reibungsverlust und eignen sich besonders für den Dauerbetrieb da sie verschleißfrei sind.
 
  
−
Einsatzbereiche:
+
=== Druckverteilung ===
−
 
+
   
−
- Werkzeugmaschinen
 
−
 
 
−
- Axiallager mit hoher Belastung
 
−
 
 
−
- Präzisionslager
 
−
 
 
−
 
 
−
Trockenlauf Gleitlager eignen sich für den wartungsarmen oder wartungsfreien Betrieb.
 
−
 
 
−
Einsatzbereiche:
 
−
 
 
−
- Haushaltsgeräte
 
−
 
 
−
- Baumaschinen
 
−
 
 
−
=== schematischer Aufbau eines Schiffswellenlagers ===
 
−
 
 
−
Ein kombiniertes Lager für hohe Radial- und Axialkräfte in beiden Richtungen ist das Schiffswellenlager. Die Axialkraft wird vom Wellenbund je nach Richtung auf einen der beiden Mehrgleitflächen-Druckringe übertragen, die durch Tellerfedern spielfrei gegen den Bund gedrückt werden. Bei diesem Lager benutzt man die Umlaufschmierung durch eine Pumpe. Das seitlich austretende Öl wird durch Spritzringe und Filzringe abgefangen und aus dem Fangraum durch Rohre in den Sammelraum geführt.
 
−
 
 
−
 
 
−
[[Bild:Schiffwellenlager.jpg]]
 
−
 
 
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
 
−
 
 
−
Text entnommen: Roloff/Matek Lehrbuch Maschinenelemente 17. Auflage Seite 524
 
−
 
 
−
== Dimensionierung ==
 
−
 
 
−
[[Bild:Gleitlager.jpg]]
 
−
 
 
−
Radial-Gleitlager
 
−
 
 
−
Bildquelle [[http://www.ihs.uni-stuttgart.de/Exkursionen/Exkursion2004/DSCN1903.shtml www.ihs.uni-stuttgart.de]]
 
−
 
 
−
 
 
−
 
 
−
Von der Lagergestaltung hängt der im Lager auftretende Schmierfilmdruck p<sub>max</sub> ab. Ein Lager muss in seiner Breite so dimensioniert sein, daß es diesen Druck ohne Gleitflächenverformung aufnehmen kann. Das Breitenverhältnis zwischen Lagerbreite b und Innendurchmesser d<sub>L</sub> beeinflußt die Tragfähigkeit und Erwärmung des Lagers.
 
−
 
 
−
b/d<sub>L</sub>=0,2...1...(1,5)
 
−
 
 
−
Bei Lagern mit hoher Drehzahl und geringer Lagerkraft F wird ein Verhältnis b/d<sub>L</sub>=0,5...1 angestrebt, im umgekehrten Fall wird ein kleiner Verhältniswert verwendet b/d<sub>L</sub><0,5.
 
−
Lager die ein Breitenverhältnis b/d<sub>L</sub>=>1...1,5 haben, besitzen eine geringere Tragfähigkeit, da sich das Öl in einem breiten Lager länger befindet und somit die Temperatur des Öles steigt. Die Viskosität des Öles nimmt dabei ab.
 
−
Um die mechanische Beanspruchung der Lagerwerkstoffe zu beurteilen muss man die spezifische Lagerbelastung ermitteln. Die ergibt sich aus der Lagerkraft bezogen auf die Lagerfläche.
 
−
 
 
−
p<sub>L</sub>=F/b*d<sub>L</sub>&le;p<sub>L</sub><sub>zul</sub>
 
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−
[[Bild:Belastbarkeit.jpg]]
 
−
Einfluss der Lagerbreite auf die Belastbarkeit bei gleichem Lagerspiel  
 
  
 +
*Die Druckverteilung hängt stark von der Drehzahl (n) ab
 +
*Allgemein ist zu sagen das je größer die Drehzahl, desto größer auch der Druck
 +
*Beim Anlaufen durchläuft das hydrodynamische Lager die Fest-, Misch- und Flüssigkeitsreibung und bleibt idealerweise im letzteren
  
−
Bildquelle: Roloff/Matek Powerpoint Präsentation gllag-01
 
  
−
Bei gleicher Lagerbreite kann ein Lager mit geringer Schmierspalthöhe ( Lagerspiel) die Lagerkraft gleichmäßig aufnehmen und besitzt ein deutlich geringeres p<sub>max</sub> als ein Lager mit großer Schmierspalthöhe.
+
Kurze Beschreibung der Bilder:
  
−
== Vergleich Wälz- und Gleitlager ==
+
Bild 1: Die Welle hat keine Bewegung und liegt somit auf der Lagerschale.
  
−
Wälzlager haben gegenüber Gleitlagern den Vorteil, daß sie ein geringes Anlaufreibmoment besitzen und einen geringen Schmierstoffverbrauch haben. Wälzlager sind meist wartungsfrei. Nachteilig wirkt sich die hohe Empfindlichkeit gegenüber Erschütterungen und Stößen aus. Bei einem direkten Vergleich zu einem Gleitlager (gleiche Baugröße) steht eine deutlich kleinere Fläche zur Übertragung der Kräfte zur verfügung.
+
Bild 2: Die Drehzahl der Welle ist zu klein und somit reicht der erzeugte Druck des Schmierstoffes nicht aus, um sie in die Mitte der Lagerschale zu drücken.
  
−
Siehe auch [[Wälzlagerungen]]
+
Bild 3: Die hohe Drehzahl und die Gewichtskraft F<sub>G</sub> sorgen dafür, dass der Mittelpunkt der Welle nach links unten gedrückt wird.
  
−
== Berechnung ==
+
Bild 4: Die Drehzahl passt genau auf die Gewichtskraft der Welle (Wunschzustand).
  
−
=== Berechnung Radialgleitlager ===
 
  
−
Betriebskennwerte (Relativwerte)
+
[[Bild:Druckverteilung.jpg]]
  
−
'''Relatives Lagerspiel'''
+
=== Reibungszahl ===
−
Ψ=s/d<sub>L</sub>=d<sub>L</sub>-d<sub>w</sub>/d<sub>L</sub>
 
  
−
'''Relative Exzentrizität'''
+
Mit diesem Bild möchte ich die Reibungszahl beim Anlaufen der Welle und beim Lauf mit unterschiedlichen
−
ε=e/(0,5*s)=e/(0,5*d<sub>L</sub>*Ψ)
+
* mittleren Drücken P<sub>L</sub>
 +
* dynamischen [[Viskosität]]en η  (von Schmierstoffen)
 +
in Abhängigkeit von der Drehzahl n optisch zeigen.
  
−
'''Sommerfeldzahl'''
 
−
  S<sub>o</sub>=(p<sub>L</sub>*Ψ<sup>2</sup><sub>B</sub>)/(η<sub>eff</sub>*ω<sub>eff</sub>)=(F*Ψ<sup>2</sup><sub>B</sub>)/(b*d<sub>L</sub>*η<sub>eff</sub>*ω<sub>eff</sub>)
 
  
−
'''Reibungskennzahl'''
+
<div style="text-align: center;">
−
P<sub>R</sub>=μ*F*u<sub>w</sub>=μ*F*d<sub>w</sub>/2*ω<sub>eff</sub>≈μ*F*d<sub>w</sub>*π*n<sub>w</sub>=(μ/Ψ<sub>B</sub>)*F*d<sub>w</sub>*π*n<sub>w</sub>*Ψ<sub>B</sub>
+
[[Bild:Ausklinkpunkte2.jpg]]
  
  
−
'''Wärmebilanz'''
+
η = dynamische Viskosität
  
−
'''Wärmestrom'''
+
P<sub>L</sub> = mittlerer Lagerdruck
−
P<sub>R</sub>=P<sub>α</sub>+P<sub>c</sub>  allgemein
 
  
−
P<sub>α</sub>=α*A<sub>G</sub>(δ<sub>m</sub>-δ<sub>U</sub>)
+
n = Drehzahl
 +
</div>
  
−
P<sub>c</sub>=V*σ*c(δ<sub>a</sub>-δ<sub>e</sub>)
 
  
−
'''Natürliche Kühlung'''
+
Beim Anfahren berühren sich die Welle und die Lagerschale. Mit zunehmender Drehzahl wird der Schmierfilm tragfähig und das Gleitlager befindet sich im Übergangsbereich. In diesem Zustand herrscht Mischreibung. Nimmt die Drehfrequenz weiter zu ist der volltragende Bereich erreicht. In diesem Bereich gibt es nur noch Flüssigkeitsreibung. Ein hydrodynamisches Gleitlager kann den tragenden Schmierfilm nur aufbauen, wenn die Welle exzentrisch läuft. Bei zu hoher Drehfrequenz nähert sich die Welle dem Mittelpunkt der Lagerschale. Beim Überschreiten einer bestimmten Drehfrequenz dreht sich die Welle zentrisch in der Lagerschale, wenn das geschieht ist die interne Druckerzeugung nicht mehr möglich und der tragende Schmierfilm ist nicht mehr vorhanden. Das Lager wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstört.
−
δ<sub>L</sub>=δ<sub>m</sub>=δ<sub>U</sub>+P<sub>R</sub>/(α*A<sub>G</sub>)
 
  
−
'''Rückkühlung des Schmierstoffes'''
+
===Einführung Rechnen===
−
δ<sub>L</sub>=δ<sub>a</sub>=δ<sub>e</sub>+P<sub>R</sub>/(V*σ*c)
 
  
 +
Hier habe ich eine sehr übersichtliche Einführung in die zu berechnenden Größen für die hydrodynamische Schmierung. Mit dessen Hilfe können sie die folgende Übungsaufgabe rechnen.
  
−
'''Schmierstoffdurchsatz'''
+
[[Bild:Einführung_Rechnen.pdf]]
  
−
  '''Förderung durch Eigendrehung'''
+
=== Übungsaufgabe ===
−
V<sub>D</sub>=V<sub>D</sub><sub>rel</sub>*d<sup>3</sup><sub>L</sub>*Ψ<sup>3</sup><sub>B</sub>/η<sub>eff</sub>*p<sub>Z</sub>
 
  
−
'''Förderung durch Zuführdruck'''
+
Hier können sie eine Dimensionierung von einem Radiallager rechnerisch Prüfen und somit die Sicherheit für den Einbau und die Verwendung sicherstellen.
−
V<sub>pZ</sub>=V<sub>pZ</sub><sub>rel</sub>*d<sup>3</sup><sub>L</sub>*Ψ<sup>3</sup><sub>B</sub>/η<sub>eff</sub>*p<sub>Z</sub>
+
* [[Gleitlager: Lösung]]
  
−
=== Berechnung Axialgleitlager ===
+
== <u>Hydrostatische Schmierung</u> ==
  
−
'''Spurlager mit ebenen Spurplatten'''
+
Bei hydrostatischen Gleitlagern muss zuerst ein Schmierfilm zwischen Lager und Welle erzeugt werden. Dies geschieht durch eine externe Pumpe. Das Zwischenmedium wird durch den Lagerspalt zugeführt. Die Pumpe drückt das Zwischenmedium über Einlasskanäle in Schmiertaschen (siehe Bild). Das Schmiermittel wird zwischen Lager und Welle gepresst und trennt diese durch einen dünnen Schmierfilm. Da wir durch den immer vorhandenen Schmierspalt (s) nur Flüssigkeitsreibung haben, ergibt sich eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer.
  
−
'''mittlere Flächenpressung'''
 
−
p<sub>L</sub>=F/π(r<sup>2</sup><sub>a</sub>-r<sup>2</sup><sub>i</sub>)
 
  
−
'''Schmierstoffvolumenstrom'''
+
[[Bild:Hydrostatische-schmierung1.gif]]
−
V=π*h<sup>3</sup><sub>0</sub>*p<sub>T</sub>/6*η<sub>eff</sub>*ln(r<sub>a</sub>/r<sub>i</sub>)*p<sub>T</sub>
 
  
−
'''Reibungsleistung'''
 
−
P<sub>R</sub>=T<sub>R</sub>*ω<sub>eff</sub>
 
  
−
'''Reibungszahl'''
+
=== Einsatzgebiete ===
−
μ=4(P<sub>R</sub>+P<sub>P</sub>)/F*ω<sub>eff</sub>(d<sub>a</sub>+d<sub>i</sub>)
 
  
 +
Hydrostatische Gleitlager werden eingestezt für:
  
−
'''Einscheiben- und Segment-Spurlager'''
+
* verschleißfreie und reinigungsarme Lager bei niedriger Drehzahl (z.B. große Antennen, Werkzeugmaschinen)
  
−
'''Segmentbreite'''
+
* verschleißfreie Präzisionslager
−
b=0,5(da-di)
 
−
 
  
−
'''mittlerer Lagerdurchmesser'''
+
* niedrige Drehzahlen wo keine hydrodynamische Schmierung entstehen kann
−
dm=1,25*l*z/π
 
−
 
  
−
'''Segmentdicke'''
+
== <u>Quelle</u> ==
−
hseg=0,25√b2+l2
 
−
 
  
−
'''Segmentteilung'''
 
−
lt=1,25*l
 
−
 
  
−
'''mittlere Flächenpressung'''
+
[[Bild:Roloff Matek.jpg|Thumb|60px|left]][[Bild:Roloff MatekFormelsammlung-1.jpg|Thumb|60px|left]][[Bild:Europa Tabellenbuch-1.jpg|Thumb|60px|left]]
−
p<sub>L</sub>=F/z*l*b
 
  
−
'''Belastungskennzahl'''
 
−
k<sub>1</sub>=p<sub>L</sub>*h<sup>2</sup><sub>0</sub>/η<sub>eff</sub>*u<sub>m</sub>*b
 
  
 +
# Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, [http://www.vieweg.de/index.php?sid=672ba60c106180921631e0aeb1dc7fcc| Vieweg Verlag ], 18. Aufl. 2007, ISBN 3-834-80262-X , € 36,90.
  
  
−
Alle Formeln dem Roloff/Matek Lehrbuch und der Formelsammlung entnommen
 
  
−
== Übungsaufgabe ==
 
  
−
Entnommen Roloff/Matek Lehrbuch Maschinenelemente 17.Auflage Seite 549 Bsp. 15-4 a)
 
  
  
 +
# Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung,[http://www.vieweg.de/index.php?sid=672ba60c106180921631e0aeb1dc7fcc| Vieweg Verlag ], 8. Aufl. 2006. ISBN 3-834-80119-4, € 20,90.
  
−
Für ein Axiallager mit Kippsegmenten für eine senkrechte Welle sind die Segmentbreite b, Segmentlänge l, Segmentdicke h<sub>seg</sub> und Segmentteilung l<sub>t</sub> zu berechnen.
 
−
Bekannt ist der Wellenaußendurchmesser d<sub>a</sub>=330mm, der Welleninnendurchmesser d<sub>i</sub>=170mm, der mittlere Durchmesser d<sub>m</sub>=250mm und die Anzahl der Segmente z=10.
 
  
  
  
−
[[Gleitlager: Lösung]]
 
  
−
==Fragen==
 
  
−
1) Erkläre das Prinzip der internen Druckerzeugung in einem hydrodynamischen Gleitlager.
 
  
−
2) Nenne die 4 Betriebsbereiche eines hydrodynamischen Gleitlagers und beschreibe sie.
+
# Tabellenbuch Metall, 43. Auflage. [http://www.europa-lehrmittel.de/4dcgi/page?responsePage=/html/index2.html&0.9606717324196992| Europa Verlag ], ISBN 3-8085-1673-9, € 21,50
  
−
3) Welche Arten von Kräften wirken auf ein Gleitlager während des Betriebes?
 
  
−
4) Welche Aufgaben hat der Schmierstoff?
+
--[[Benutzer:Preuß|Preuß]] 12:29, 8. Dez 2007 (CET)
−
 
 
−
5) Was ist der Unterschied zwischen einem hydrodynamischen und hydrostatischen Gleitlager?
 
−
 
 
−
6) Nenne einige Faktoren die zu einem Lagerschaden führen können.
 
−
 
 
−
7) Was unterscheidet sich zwischen einem Wälz- und Gleitlager bei gleicher Baugröße?
 
−
 
 
−
 
 
−
 
 
−
[[Gleitlager: Antworten]]
 
−
 
 
−
== Beschaffung ==
 
−
=== Hersteller ===
 
−
 
 
−
Kolbenschmidt
 
−
http://www.kolbenschmidt.de
 
−
 
 
−
Murtfeldt
 
−
http://www.murtfeldt.de/
 
−
 
 
−
==Quellen==
 
−
 
 
−
Roloff/Matek Lehrbuch und Internetseite http://roloff-matek.de
 
−
 
 
−
Roloff/Matek Tabellenbuch
 
−
 
 
−
Roloff/Matek Formelsammlung
 
−
 
 
−
Techniker Handbuch (Vieweg Verlag)
 
 
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
 
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]
−
 
−
 
−
--[[Benutzer:Lehmann|Lehmann]]
 

Aktuelle Version vom 28. März 2021, 11:01 Uhr

Bild2.jpg

Hinweis

Erklärung der benutzten Kürzel:

Das Lehrbuch von Roloff Matek ist nur mit RM abgekürzt.

Die Formelsammlung mit RM und in Klammern die Formelnummer z.B. RM (15-15).

Das Tabellenbuch mit TB und dann die Tabellennummer z.B. TB (15-3).

Alle Grafiken die nicht mit einer Quellenangabe versehen sind stammen aus denn Drei unten aufgelisteten Büchern von Roloff Matek.

Was ist ein Gleitlager?

Gleitlager sind Lager bei denen die Relativbewegung zwischen Welle und Lagerschale bzw. einem Zwischenmedium eine Gleitbewegung ist.

Allgemeines

Funktionen und Wirkungen

Man unterscheidet Gleitlager nach zwei Kriterien 1. nach Art der Tragkrafterzeugung und 2. nach Anordnung der Gleitflächen.


1. Nach Art der Tragkrafterzeugung unterscheidet man:


  • hydrodynamische Gleitlager
    • diese arbeiten nach aArt der internen Druckerzeugung, d.h. der tragende Schmierfilm wird durch die Relativbewegung zwischen Wellen und Lagerschale erzeugt.


  • hydrostatische Gleitlager
    • diese arbeiten nach Art der externen Druckerzeugung, d.h. der notwendige Schmierstoffdruck wird außerhalb des Lagers durch eine Pumpe erzeugt.


  • Trockenlaufgleitlager
    • bei Trockenlaufgleitlagern wird kein Zwischenmedium genutzt, sie gleiten alleine auf Grund der Werkstoffpaarung.


2. nach Anordnung der Gleitflächen unterscheidet man:

  • Axiallager (b)
  • Radiallager (a)


Axiallager und Radiallager.jpg

Verwendung von Gleitlagern in der Praxis

Die Verwendung von Gleitlagern ergeben sich aus den Vorteilen die diese bieten somit kommen wir auf den Schluss, dass Gleitlager speziell geeignet sind für:


  • hohe Drehzahlen
  • hohe Belastungen
  • für "Dauerläufer"
  • geringen Platz
  • Stöße und Erschütterungen
  • geräuscharmen Lauf
  • Lagerungen mit hoher Verschmutzungsgefahr
  • verschleißfreie Lager (Flüssigkeitsreibung oder Magnetlagerungen)
  • Günstige alternative zu Wälzlager
  • geteilte Lager


Nachteile

  • hohes Anlaufdrehmoment
  • hoher Schmierstoffverbrauch
  • laufende Überwachung



Diese und alle anderen Einsatzgebiete von Gleitlagern sind sehr stark abhängig von:


  • den Reibungszuständen
  • hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlagern
  • dem Schmierstoff
  • der des Gleitlagerwerkstoffes und dessen Paarung
  • äußere Einflüsse


Was hier aber klar werden soll ist, dass Gleitlager nicht gleich Gleitlager für jeden Zweck sind. 

                 Eine gewissenhafte Berechnung ist nicht zu umgehen!!!


Was versteht man unter Reibungszustände?

Unter Reibungszuständen versteht man das Reibungsverhalten was mit dem Symbol μ bezeichnet wird.

1. μ hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab.

2. unterschieden werden: Festkörperreibung (μ sehr hoch und somit eine kurze Lebensdauer möglich; μ hat hier ca. einen wert von 0,3) und Flüssigkeitsreibung (μ sehr klein und somit ist eine lange Lebensdauer möglich; μ erreicht einen Wert von 0,005 bis 0,001.


Reibungszustände.jpg


Flüssigkeitsreibung tritt immer dann auf wenn ein Zwischenmedium zwischen Lagerschale und Lagerwelle ist, dies kann durch hydrodynamische oder hydrostatische Schmierung erzeugt werden.

Schmierstoffe / Zwischenmedien

Schmierstoffe sorgen für ein geringeres Reibungsverhalten und somit für eine längere Lebensdauer. An zweiter Stelle sorgen sie für eine Trennung von Lagerschale und Lagerwelle. (siehe hierzu hydrodynamische und hydrostatische Schmierung)


Kommen wir jetzt zu den Eigenschaften die ein Schmierstoff ausmacht und diese unterscheiden.

1. Viskosität (Zähigkeit)

2. wird die Temperatur des Schmierstoffes größer, sinkt die Viskosität (siehe RM TB 15-9)

3. bei steigendem Druck p (z.B. in bar), steigt die Viskosität

Schmieröl1.jpg

Als Schmierstoffe werden verwendet:


• Gase 1

• Öle

• Fette

• Wasser

• Festschmierstoffe

• Magnetfelder 2


1 Gas Gleitlager finden immer größerer Beliebtheit da es keinen störenden Schmierstoff gibt. Sie finden Anwendung in der Pharma-, Nahrungs- und Genussmittel-Industrie aber auch in der Raumfahrttechnik und bei Turbomaschinen.


2 Magnetlager finden derzeitig Anwendung bei Werkzeug- und Turbomaschinen und in der Vakuumtechnik. Sie eignen sich vorzugsweise für


Magnetlager1.jpg



  • berührungslosen Betrieb
  • einstellbare Steifigkeit und Dämpfung
  • hohe Drehzahlen bei mittlerer Traglast
  • hohe Laufgenauigkeit






Als Ergänzung ist noch zu sagen das Trockenlager ohne Zwischenmedien (Schmierstoffen) arbeiten.

Lagerdichtungen

Damit die eben erwähnten Schmierstoffe nicht austreten benutzt man Lagerdichtungen. Ein anderer sehr wichtiger Grund für Lagerdichtungen ist, dass keine Fremdkörper in das Lager eindringen und die Funktion stören. Dies kann wie auch bei Wälzlagern schnell zur Zerstörung des Lagers führen. Es gibt berührende Dichtungen und berührungsfreie Dichtungen. Bei Gleitlagern werden oft berührungsfreie Dichtungen eingesetzt. Diese haben aber den Nachteil, dass sie eine Mindestdrehzahl brauchen um einen Schutz bieten zu können.


Unter diesem Link finden sie zwei sehr gute Animationen über Lagerdichtungen.


[http://www.prelon.de/animationen/index.html

Wahl von Gleitlagerwerkstoffen

Die Auswahl der Werkstoffpaarung ist bei Gleitlagern sehr wichtig.


Bei falscher Wahl kommst es schnell zu Beschädigungen an Welle und Lager.


Als Wellenwerkstoff werden meistens unlegierte Einsatzstähle verwendet und nur bei sehr großen Durchmessern Vergütungsstahl'.


Der Lagerwerkstoff wird je nach Einsatzgebiet ausgesucht. Dazu werden Tabellen (siehe unten) aufgezeigt.

Es kommen am häufigsten Nichteisenmetall-Legierungen vor, z.B. solche mit Kohle, Graphit und Kupfer, da sie eine sehr gute Gleiteigenschaft haben.


Hier sehen sie verschiedene Lagerwerkstoffe und eine kurze Beschreibung des Einsatzgebietes.

Lagerwerkstoffe.jpg


Tabelle Gleitlagerwerkstoffe.jpg

Fragen Allgemeiner Teil

  1. Nenne die zwei Kriterien wonach man Gleitlager unterscheidet, und die Unterpunkte.
  2. Nenne drei Vorteile von Gleitlagern.
  3. Welche Reibungszustände gibt es?
  4. Welchen Zweck erfüllt der Schmierstoff?
  5. Wofür werden Lagerdichtungen eingebaut?
  6. Bestimme aus dem Tabellenbuch (Roloff Matek) den Lagerwerkstoff für „geringe bis mäßige Belastung, ausreichende Schmierung".


ANTWORTEN: Datei:Fragen-Algemeiner-Teil.pdf

Hydrodynamische Schmierung

Hydrodynamische Gleitlager arbeiten nach dem Prinzip der internen Druckerzeugung, durch die Drehfrequenz (Drehzahl n) bildet sich ein tragender Schmierfilm zwischen Welle und Lager. Die Welle dreht sich nun im Mittelpunkt vom Lager.


Druckverteilung

  • Die Druckverteilung hängt stark von der Drehzahl (n) ab
  • Allgemein ist zu sagen das je größer die Drehzahl, desto größer auch der Druck
  • Beim Anlaufen durchläuft das hydrodynamische Lager die Fest-, Misch- und Flüssigkeitsreibung und bleibt idealerweise im letzteren


Kurze Beschreibung der Bilder:

Bild 1: Die Welle hat keine Bewegung und liegt somit auf der Lagerschale.

Bild 2: Die Drehzahl der Welle ist zu klein und somit reicht der erzeugte Druck des Schmierstoffes nicht aus, um sie in die Mitte der Lagerschale zu drücken.

Bild 3: Die hohe Drehzahl und die Gewichtskraft FG sorgen dafür, dass der Mittelpunkt der Welle nach links unten gedrückt wird.

Bild 4: Die Drehzahl passt genau auf die Gewichtskraft der Welle (Wunschzustand).


Druckverteilung.jpg

Reibungszahl

Mit diesem Bild möchte ich die Reibungszahl beim Anlaufen der Welle und beim Lauf mit unterschiedlichen

  • mittleren Drücken PL
  • dynamischen Viskositäten η (von Schmierstoffen)

in Abhängigkeit von der Drehzahl n optisch zeigen.


Ausklinkpunkte2.jpg


η = dynamische Viskosität

PL = mittlerer Lagerdruck

n = Drehzahl


Beim Anfahren berühren sich die Welle und die Lagerschale. Mit zunehmender Drehzahl wird der Schmierfilm tragfähig und das Gleitlager befindet sich im Übergangsbereich. In diesem Zustand herrscht Mischreibung. Nimmt die Drehfrequenz weiter zu ist der volltragende Bereich erreicht. In diesem Bereich gibt es nur noch Flüssigkeitsreibung. Ein hydrodynamisches Gleitlager kann den tragenden Schmierfilm nur aufbauen, wenn die Welle exzentrisch läuft. Bei zu hoher Drehfrequenz nähert sich die Welle dem Mittelpunkt der Lagerschale. Beim Überschreiten einer bestimmten Drehfrequenz dreht sich die Welle zentrisch in der Lagerschale, wenn das geschieht ist die interne Druckerzeugung nicht mehr möglich und der tragende Schmierfilm ist nicht mehr vorhanden. Das Lager wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstört.

Einführung Rechnen

Hier habe ich eine sehr übersichtliche Einführung in die zu berechnenden Größen für die hydrodynamische Schmierung. Mit dessen Hilfe können sie die folgende Übungsaufgabe rechnen.

Datei:Einführung Rechnen.pdf

Übungsaufgabe

Hier können sie eine Dimensionierung von einem Radiallager rechnerisch Prüfen und somit die Sicherheit für den Einbau und die Verwendung sicherstellen.

Hydrostatische Schmierung

Bei hydrostatischen Gleitlagern muss zuerst ein Schmierfilm zwischen Lager und Welle erzeugt werden. Dies geschieht durch eine externe Pumpe. Das Zwischenmedium wird durch den Lagerspalt zugeführt. Die Pumpe drückt das Zwischenmedium über Einlasskanäle in Schmiertaschen (siehe Bild). Das Schmiermittel wird zwischen Lager und Welle gepresst und trennt diese durch einen dünnen Schmierfilm. Da wir durch den immer vorhandenen Schmierspalt (s) nur Flüssigkeitsreibung haben, ergibt sich eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer.


Hydrostatische-schmierung1.gif


Einsatzgebiete

Hydrostatische Gleitlager werden eingestezt für:

  • verschleißfreie und reinigungsarme Lager bei niedriger Drehzahl (z.B. große Antennen, Werkzeugmaschinen)
  • verschleißfreie Präzisionslager
  • niedrige Drehzahlen wo keine hydrodynamische Schmierung entstehen kann

Quelle

Thumb
Thumb
Thumb


  1. Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag , 18. Aufl. 2007, ISBN 3-834-80262-X , € 36,90.




  1. Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung,Vieweg Verlag , 8. Aufl. 2006. ISBN 3-834-80119-4, € 20,90.




  1. Tabellenbuch Metall, 43. Auflage. Europa Verlag , ISBN 3-8085-1673-9, € 21,50


--Preuß 12:29, 8. Dez 2007 (CET)

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