Lagerarten
Es gibt zwei Hauptkategorien von Lagern: Gleitlager und Wälzlager (rollend). Gleitlager basieren auf dem Prinzip der Gleitbewegung, während Wälzlager auf dem Prinzip der Rollbewegung beruhen.
Gleitlager (Reibungsgleitlager)
Gleitlager arbeiten nach dem Prinzip der Reibungsgleitbewegung und verwenden keine Wälzelemente; sie sind im Allgemeinen leiser als Wälzlager, da sie keine beweglichen Teile haben. Gleitlager können für rotierende oder lineare Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel stellt eine Welle, die sich in einem Loch dreht, ein Gleitlager dar, das zur Einschränkung der Rotationsbewegung verwendet wird; eine Schublade, die gleitet, stellt eine lineare Anwendung dar. Gleitlager werden im Allgemeinen für hohe Lasten und niedrige Geschwindigkeiten gewählt.
Gleitlager werden auch als Dünnschichtlager, Filmlager, Weißmetalllager, Babbittmetalllager, hydrodynamische Lager und hydrostatische Lager bezeichnet. Leider werden diese Begriffe nicht immer korrekt angewendet, was zu Verwirrung führen kann. Zum Beispiel sind Babbittmetalllager Lager, die aus Babbittmetall (einer weichen Metalllegierung) hergestellt wurden, aber oft werden alle Gleitlager als ‘Babbittlager’ bezeichnet, was nicht korrekt ist.
Gleitmetalllager werden in vielen großen Maschinen eingesetzt, einschließlich Dampfturbinen und großen Zweitakt-Marinefahrzeugen, aber sie werden auch in fast allen Verbrennungsmotoren (IC-Motoren) verwendet, da sie es ermöglichen, das Lager in zwei oder mehr separate Teile zu installieren.
Gleitlager-Schmierung
Das Gleiten eines Materials über ein anderes erzeugt Reibung, Wärme und Verschleiß. Abgesehen von sehr geringen Belastungen wird ein Gleitlager immer eine Form von Schmiermittel verwenden, um die Reibung zu reduzieren. Theoretisch ist es möglich, viele Flüssigkeiten und Gase als Schmiermittel zu verwenden, obwohl das häufigste Mineralöl ist. Andere bewährte Schmiermittel sind Wasser, Flüssigkältemittel, Kerosin, Benzin, verschiedene Säuren und sogar geschmolzenes Metall. Weitere Details finden Sie in unserem Artikel über Lagerschmierung.
Gleitlagerschmierstoffe trennen die gesamte Lagerfläche von der Lastfläche, sodass es theoretisch keinen Kontakt zwischen den beiden Gleitflächen gibt. Obwohl es theoretisch keinen Kontakt zwischen den Flächen gibt, ist es in der Realität sehr schwierig, die beiden Flächen jederzeit vollständig zu trennen.
Gleitlager Schmierung
Die meisten Gleitlager verwenden flüssige Schmiermittel. Zum Beispiel verwenden fast alle Automobile eine Art von Schmierölsystem. Öl wird in den Raum zwischen Lager- und Lastflächen gepumpt (hydrostatische Schmierung), und dies erzeugt einen dünnen Ölfilm, der -theoretisch- die beiden Gleitflächen vollständig trennt. Sobald der Motor läuft (Viertakt oder Zweitakt), ist es möglich, den Motor aufgrund der Bewegung der Welle zu schmieren (hydrodynamische Schmierung).
Gleitlager sollten niemals ohne irgendeine Form von Schmierung in Betrieb genommen werden, der Verschleiß beim Anfahren ist in der Regel größer als der Verschleiß während der gesamten Laufzeit des Motors.
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Fluidlager (Hydrostatisch und Hydrodynamisch)
Fluidlager sind Lager, die eine dünne Schicht Öl oder Gas verwenden, um die Lagerflächen vollständig von der Last zu trennen. Diese Art von Lager wird für hohe Lasten und Hochgeschwindigkeitsanwendungen verwendet. Fluidlager werden als hydrostatisch und/oder hydrodynamisch klassifiziert.
Hydrostatische Lager werden mit einer externen Pumpe geschmiert, um einen statischen Druckkopf aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann ein Schmiersystem aus einer Ölwanne, einer Pumpe und Lagern bestehen. Das System ist hydrostatisch, weil die Ölpumpe den statischen Druckkopf liefert, der für die Schmierung benötigt wird.
Hydrodynamische Lager werden durch die Bewegung der Welle selbst geschmiert. Die sich drehende Welle erzeugt einen Ölkeil zwischen den Lagerkontaktflächen.
Es ist möglich, dass ein Lager sowohl hydrodynamisch als auch hydrostatisch geschmiert wird. Zum Beispiel kann eine Ölpumpe die Lager vor dem Starten des Motors schmieren (hydrostatische Schmierung), aber die Pumpe wird abgeschaltet, sobald der Motor in Betrieb ist (hydrodynamische Schmierung).
Opfermaterialien
Das Material von Gleitlagern wird so gewählt, dass es im Vergleich zum Zapfen (Bereich auf der Welle, auf dem das Lager sitzt), an dem es montiert ist, opferbereit ist. Wenn zwei Materialien aneinander reiben, ist das Opfermaterial das Material, das zuerst zu verschleißen beginnt. Gleitlager sind opferbereit, weil sonst der Zapfen verschleißen würde und nicht das Lager. Dies ist unerwünscht, da der Zapfen (Teil einer Welle) in der Regel teurer und schwieriger zu ersetzen ist als das Lager.
Was ist ein Gleitlager?
Der Bereich auf einer Welle, der mit einem Lager verbunden ist, wird als Zapfen bezeichnet. Ein Gleitlager ist ein Lager, das auf einem Zapfen montiert ist, es könnte aber auch als Gleitlager oder Babbittmetalllager usw. bezeichnet werden (wenn es aus Babbittmetall hergestellt wurde), was ebenfalls korrekt wäre. Da viele Namen korrekt, aber manchmal falsch angewendet werden, gibt es oft Verwirrung bezüglich der Nomenklatur von Gleitlagern. Gleitlager können aus einem einzelnen Stück (massiv) oder mehreren Stücken (geteilt oder mehrteilig) hergestellt werden, und sie können geschmiert oder ungeschmiert sein.
Massiv, geteilt oder mehrteilig
Gleitlager können massiv, geteilt oder mehrteilig sein. Ein massives Gleitlager ist die einfachste Form eines Lagers, es besteht aus einem Zylinder mit einem durch die Mittelachse gebohrten Loch. Geteilte Lager sind ähnlich wie massive Lager, aber das Lager besteht aus zwei Teilen. Mehrteilige Lager bestehen aus mehr als zwei Teilen. Beispiele für massive Gleitlager sind Buchsen und Hülsen.
Beispiele für geteilte Gleitlager sind Kurbelwellen-Gleitlager.
360 oder 180 Grad Kontakt
Ein Gleitlager, das 360 Grad Kontakt mit seinem zugehörigen Zapfen hat, wird als ‘Vollkontaktlager’ oder ‘Vollager’ bezeichnet. Ein Gleitlager, das 180 Grad Kontakt -oder weniger- mit seinem zugehörigen Zapfen hat, wird als ‘Teilkontaktlager’ bezeichnet. Wenn der Durchmesser der Welle größer ist als der Innendurchmesser des Lagers, wird das Lager als ‘angepasstes Zapfenlager’ klassifiziert.
Vollkontaktlager werden verwendet, wenn die Last variiert und in mehreren Richtungen wirken kann; eine Motor-Kurbelwelle verwendet Vollkontaktlager. Teillager werden verwendet, wenn die Last konstant ist und nur in eine Richtung wirkt.
Einfaches Zylinderlager
Einfache zylindrische Lager sind das einfachste Design von Gleitlagern. Diese Art von Lager besteht aus einem Zylinder mit einem durch die Mittelachse gebohrten Loch, es hat keine Schmierkanäle. Nicht geschmierte zylindrische Lager sind nur für niedrige Lasten geeignet. Viele gasgeschmierte Lager sind zylindrische Gleitlager, dazu gehören auch die, die in Computerfestplatten verwendet werden (die alte Art, die eine rotierende magnetische Scheibe verwendete).
Die Anwendungen von einfachen zylindrischen Lagern sind begrenzt, es sei denn, das Design wird modifiziert. Das Hinzufügen einer Möglichkeit, Schmiermittel zu den Lagerflächen zuzuführen, ermöglicht es, das Lager bei höheren Lasten und Geschwindigkeiten zu verwenden. Öllöcher und Ölnuten werden verwendet, um Schmiermittel auf die tragenden Flächen des Lagers zu verteilen. Die häufigsten Arten von geschmierten zylindrischen Lagern sind das Vier-Achsen-Nutenlager und das elliptische Nutlager.
Einfach, geteilt und mehrteilig
Geteilte Gleitlager werden aus mehreren Gründen verwendet:
- Geteilte Lager können auf Wellen montiert werden, die nicht durchgehend gerade sind.
- Geteilte Lager können montiert werden, ohne die Welle zu entfernen.
Hülsenlager
Hülsenlager sind einfache zylindrische Lager, die aus zwei separaten Materialien hergestellt wurden. Diese Art von Lager hat eine dünne Auskleidung auf der Oberfläche des Lagers, die mit dem Zapfen in Kontakt steht. Die Lagerfläche, die dem Zapfen zugewandt ist, ist normalerweise mit einem opferbereiten Material beschichtet, z.B. einem weichen Metall, während der Hauptkörper des Lagers (nicht in Kontakt mit dem Zapfen) aus einem anderen Material besteht, z.B. Stahl.
Buchsenlager
Buchsenlager sind einfache zylindrische Lager, die aus einem einzelnen Materialstück hergestellt wurden. Es gibt nur einen Unterschied zwischen einem Hülsenlager und einem Buchsenlager; Hülsenlager verwenden eine dünne Auskleidung aus Lagermaterial, das mit einer Welle in Kontakt steht, während Buchsenlager vollständig aus einem einzigen Material hergestellt werden. Buchsen sind in der Regel dünner als Hülsen und strukturell schwächer.
Sphärische
Sphärische Gleitlager werden verwendet, wenn Fehlausrichtung die Verwendung anderer Lagerdesigns erschweren könnte. Der Innenring des Lagers kann sich innerhalb eines sphärischen Außenrings frei drehen, was es dem Lager ermöglicht, sich zu drehen/zu schwenken, um die Ausrichtung der Welle anzupassen. Andere Arten von sphärischen Lagern sind das sphärische Rollenlager.
Sphärisches Gleitlager
Sphärische Gleitlager werden als ‘wartungsbedürftig’ oder ‘wartungsfrei’ klassifiziert.
Sphärische Gleitlager wartungsfrei verwenden ein PTFE-Material, um die Innen- und Außenringe zu trennen; diese Art von Lager wird manchmal als ‘PTFE auf Metall’ Lager bezeichnet. PTFE selbstschmiert und das Lager erfordert keine Wartung (es muss kein Schmiermittel hinzugefügt werden).
Sphärische Gleitlager wartungsbedürftig müssen regelmäßig geschmiert werden; diese Art von Lager wird manchmal als ‘Metall auf Metall’ Lager bezeichnet.
Hinweis
Kein Bauteil oder Maschine ist jemals ‘wartungsfrei’. Der Ausdruck wird oft zu Marketingzwecken verwendet, ist aber ungenau. Wenn ein Ingenieur irgendeine zustandsbasierte Wartung des Lagers durchführt (visuelle Inspektion, Ultraschallprüfung, Schwingungsanalyse, Thermografie), wird das Lager gewartet. Wenn das Lager regelmäßig inspiziert und/oder ersetzt wird, ist es Teil eines Wartungsprogramms und wird somit gewartet. Der einzige Fall, in dem ein Artikel ‘wartungsfrei’ ist, ist, wenn er installiert und bis zur Zerstörung betrieben wird, ohne dass zwischen Installation und Ausfall irgendwelche Überprüfungen oder Wartungen stattfinden.
3D-Modellkomponenten
Dieses 3D-Modell zeigt alle Hauptkomponenten, die mit einem typischen Gleitmetalllager verbunden sind, darunter:
- Obere Lagerschale
- Ölnuten
- Schmierölbohrungen
- Untere Lagerschale
- Flansch
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Plain_bearing
https://clr.es/blog/en/plain-bearings
https://www.ggbearings.com/en/tribou/internet-bearings/bearings
https://www.maschinenmarkt.international/the-plain-bearing--function-types-and-applications-a-832022