''Dieser Artikel wird zur Zeit bearbeitet von --[[Benutzer:Lehmann|Lehmann]] 10:48, 5. Nov 2005 (CET) <br>''Fertigstellung bis zum 28. November 2005''[[Bild:BaustelleBild2.gifjpg|right|150px ]]
----== Hinweis ==
httpErklärung der benutzten Kürzel://www.boesiger.ch/images/Illustration/qurschnt.jpg
Das Lehrbuch von Roloff Matek ist nur mit RM abgekürzt.
== Aufbau ==Ein Gleitlager besteht aus einem beweglichen Die Formelsammlung mit RM und einem festen Teilin Klammern die Formelnummer z. 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 AxiallagerB. RM (15-15).
Das Tabellenbuch mit TB und dann die Tabellennummer z.B. TB (15-3).
[[Bild:radiallagerAlle Grafiken die nicht mit einer Quellenangabe versehen sind stammen aus denn Drei unten aufgelisteten Büchern von Roloff Matek.jpg]] Radiallager
== <u>Was ist ein Gleitlager?</u> ==
[[Bild:axiallager.jpg]] Axiallager
== Kräfte ==
=== Belastungsarten ===
Lagerbelastungen eines Gleitlagers im Betrieb sind z.B. Radial- und Axialkräfte, Reibkräfte, Wärme, Drehzahl, Unwucht der Bauteile.
<div style="text-align: center;">
<span style="color: Red">'''Gleitlager sind Lager bei denen die Relativbewegung zwischen [[Welle]] und Lagerschale bzw. einem Zwischenmedium eine Gleitbewegung ist.'''</span>
</div>
== <u>Allgemeines</u> ==
== 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.
=== Funktionen und Wirkungen ===
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>.
Der Schmierfilm wirkt Schwingungs-, Stoß- und Geräuschdämpfend. Es unterligt keiner Drehzahlbegrenzung und ist konstruktiv sehr anpassungsfähig, da es eine geringe radiale Bauhöhe besitzt.
=== Hydrodynamische Gleitlager ===Die Aufgabe eines hydrodynamischen Gleitlagers ist das Reduzieren der Reibung, dies ist aber nur möglich, wenn zwischen Welle und Lager keine Berührung erfolgt. Die besondere Eigenschaft eines hydrodynamischen Gleitlagers ist, daß die Reibung mit steigender Drehzahl geringer wird.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 aus1. Die Wahl der Werkstoffe des Lagers und Nach Art der Welle spielen eine entscheidene Rolle.Tragkrafterzeugung unterscheidet man:
=== Hydrostatische Gleitlager ===
Bei einem hydrostatischen Gleitlager muss vor dem Anlaufen ein Schmierfilm zwischen Lager und Welle vorhanden sein. Dies wird durch eine Pumpe realisiert. 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.
== Einsatzgebiet ==* hydrodynamische Gleitlager** diese arbeiten nach aArt der internen Druckerzeugung, d.h. der tragende Schmierfilm wird durch die Relativbewegung zwischen Wellen und Lagerschale erzeugt.
=== Verwendung ===
Gleitlager werden in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt.
- Turbinen* hydrostatische Gleitlager** diese arbeiten nach Art der externen Druckerzeugung, d.h. der notwendige Schmierstoffdruck wird außerhalb des Lagers durch eine Pumpe erzeugt.
- Turbolader
- Getriebe* Trockenlaufgleitlager** bei Trockenlaufgleitlagern wird kein Zwischenmedium genutzt, sie gleiten alleine auf Grund der Werkstoffpaarung.
- Kompressoren
- Pumpen2. nach Anordnung der Gleitflächen unterscheidet man:
=== Verschleiß Verwendung von Gleitlagern in der Praxis ===Verschiedene Faktoren verursachen mit der Zeit einen Lagerschaden.Mögliche Ursachen für Lagerschäden:
- Schmutz
- ÖlmangelDie Verwendung von Gleitlagern ergeben sich aus den Vorteilen die diese bieten somit kommen wir auf den Schluss, dass Gleitlager speziell geeignet sind für:
- falsches Schmiermittel
- * 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 hohe/niedrige DrehzahlWälzlager* geteilte Lager
- Anlaufschäden
- nichtbeachtung event. Einlaufzeiten
- Stöße/SchwingungenNachteile
*hohes Anlaufdrehmoment
*hoher Schmierstoffverbrauch
*laufende Überwachung
=== Schadensfrüherkennung ===
Einem Lagerschaden gehen bestimmte Symptome vorraus. Bei deren Beachtung kann ein drohender Lagerschaden abgewendet werden.
- untypische Geräusche während des Betriebes
- untypische Schwingungen
- Druckabfall des SchmierstoffDiese und alle anderen Einsatzgebiete von Gleitlagern sind sehr stark abhängig von:
- Rückstände im Schmierstoff
- Spiel* den Reibungszuständen * hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlagern* dem Schmierstoff* der des Gleitlagerwerkstoffes und dessen Paarung* äußere Einflüsse
- zu hohe Lagertemperaturen
=== Maßnahmen ===
Durch gewisse Maßnahmen kann man die Symptome eines drohenden Lagerschadens erfassbar machen.
- regelmäßige Wartungen/InspektionenWas hier aber klar werden soll ist, dass Gleitlager nicht gleich Gleitlager für jeden Zweck sind.
- Einsatz von Schmierstoffiltern ''' <span style="color: Red">Eine gewissenhafte Berechnung ist nicht zu umgehen!!!</span> '''
- Sensoren zur Überwachung relevanter Betriebszustände (Temperatur/Schwingungen)
== Werkstoffe ==
Gleitlager werden aus den verschiedensten Werkstoffen hergestellt, je nach Einsatzgebiet und Anforderungen wird der richtige Werkstoff ausgewählt.
Werkstoffe:- Kunststoffe z.B. Polyethylen,Polyamid=== Was versteht man unter Reibungszustände? ===
- MetalleUnter Reibungszuständen versteht man das Reibungsverhalten was mit dem Symbol μ bezeichnet wird.
- Sintermaterialien1. μ hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab.
- Keramik z2.Bunterschieden 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. Silizium-carbid
Murtfeldthttp://wwwFlüssigkeitsreibung tritt immer dann auf wenn ein Zwischenmedium zwischen Lagerschale und Lagerwelle ist, dies kann durch hydrodynamische oder hydrostatische Schmierung erzeugt werden.murtfeldt.de/
''die relative Exzentrizität''Schmierstoffe sorgen für ein geringeres Reibungsverhalten und somit für eine längere Lebensdauer. An zweiter Stelle sorgen sie für eine Trennung von Lagerschale und Lagerwelle. ε = e / (0.5 * ssiehe hierzu hydrodynamische und hydrostatische Schmierung)
''natürliche Kühlung'' θ<sub>m</sub> = θ<sub>U</sub> + P<sub>R</sub> / (α * A<sub>G</sub>)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
[[Bild:Schmieröl1.jpg |right|]]
Als Schmierstoffe werden verwendet:
• Gase <sup>1</sup>
• Öle
• Fette
• Wasser
• Festschmierstoffe
• Magnetfelder <sup>2</sup>
<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.
<sup>2</sup> Magnetlager finden derzeitig Anwendung bei Werkzeug- und Turbomaschinen und in der Vakuumtechnik.
Sie eignen sich vorzugsweise für
[[Bild:Magnetlager1.jpg|right|]]
* 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.
<div style="text-align: center;">
'''Unter diesem Link finden sie zwei sehr gute Animationen über Lagerdichtungen.'''
[http://www.prelon.de/animationen/index.html
</div>
=== 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 <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>'.
Der <u>Lagerwerkstoff</u> wird je nach Einsatzgebiet ausgesucht. Dazu werden Tabellen (siehe unten) aufgezeigt.
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.
Hier sehen sie verschiedene Lagerwerkstoffe und eine kurze Beschreibung des Einsatzgebietes.
[[Bild:Lagerwerkstoffe.jpg]]
[[Bild:Tabelle_Gleitlagerwerkstoffe.jpg]]
=== Fragen Allgemeiner Teil ===
<div style="text-align: center;">
# 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>
<div style="text-align: center;">
'''ANTWORTEN:'''
[[Bild:Fragen-Algemeiner-Teil.pdf]]
</div>
== <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.
=== 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 F<sub>G</sub> sorgen dafür, dass der Mittelpunkt der Welle nach links unten gedrückt wird.
Bild 4: Die Drehzahl passt genau auf die Gewichtskraft der Welle (Wunschzustand).
[[Bild:Druckverteilung.jpg]]
=== Reibungszahl ===
Mit diesem Bild möchte ich die Reibungszahl beim Anlaufen der Welle und beim Lauf mit unterschiedlichen
* mittleren Drücken P<sub>L</sub>
* dynamischen [[Viskosität]]en η (von Schmierstoffen)
in Abhängigkeit von der Drehzahl n optisch zeigen.
<div style="text-align: center;">
[[Bild:Ausklinkpunkte2.jpg]]
η = dynamische Viskosität
P<sub>L</sub> = mittlerer Lagerdruck
n = Drehzahl
</div>
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.
[[Bild: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.
* [[Gleitlager: Lösung]]
== <u>Hydrostatische Schmierung</u> ==
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.
[[Bild: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
