Gleitlager: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Bild:Bild2.jpg|right|150px ]]
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<br>''Fertigstellung bis zum 28. April 2006''
 
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[[Bild:Baustelle.gif]]
 
  
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== Hinweis ==
  
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http://www.boesiger.ch/images/Illustration/qurschnt.jpg
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Erklärung der benutzten Kürzel:
  
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Das Lehrbuch von Roloff Matek ist nur mit RM abgekürzt.
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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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Alle Grafiken die nicht mit einer Quellenangabe versehen sind stammen aus denn Drei unten aufgelisteten Büchern von Roloff Matek.
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== <u>Was ist ein Gleitlager?</u> ==
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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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== <u>Allgemeines</u> ==
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=== Funktionen und Wirkungen ===
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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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1. Nach Art der Tragkrafterzeugung unterscheidet man:
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* 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.
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* hydrostatische Gleitlager
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** diese arbeiten nach Art der externen Druckerzeugung, d.h. der notwendige Schmierstoffdruck wird außerhalb des Lagers durch eine Pumpe erzeugt.
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* Trockenlaufgleitlager
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** bei Trockenlaufgleitlagern wird kein Zwischenmedium genutzt, sie gleiten alleine auf Grund der Werkstoffpaarung.
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2. nach Anordnung der Gleitflächen unterscheidet man:
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* Axiallager (b)
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* Radiallager (a)
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[[Bild:Axiallager_und_Radiallager.jpg]]
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=== Verwendung von Gleitlagern in der Praxis ===
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Die Verwendung von Gleitlagern ergeben sich aus den Vorteilen die diese bieten somit kommen wir auf den Schluss, dass Gleitlager speziell geeignet sind für:
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* hohe Drehzahlen
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* hohe Belastungen
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* für "Dauerläufer"
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* geringen Platz
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* Stöße und Erschütterungen
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* geräuscharmen Lauf
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* Lagerungen mit hoher Verschmutzungsgefahr
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* verschleißfreie Lager (Flüssigkeitsreibung oder Magnetlagerungen)
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* Günstige alternative zu Wälzlager
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* geteilte Lager
  
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== Funktionsprinzip ==
 
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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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Radiallager (Gleitlager (links) und Wälzlager)
 
  
 +
Nachteile
  
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*hohes Anlaufdrehmoment
 +
*hoher Schmierstoffverbrauch
 +
*laufende Überwachung
  
−
[[Bild:axiallager.jpg]] Axiallager (Wälzlager)
 
  
  
  
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== Kräfte ==
+
Diese und alle anderen Einsatzgebiete von Gleitlagern sind sehr stark abhängig von:
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=== Belastungsarten ===
 
−
Lagerbelastungen eines Gleitlagers im Betrieb sind z.B. Radial- und Axialkräfte, Reibkräfte, Wärme, Drehzahl, Unwucht der Bauteile.
 
  
  
 +
* den Reibungszuständen
 +
* hydrodynamischen oder hydrostatischen Gleitlagern
 +
* dem Schmierstoff
 +
* der des Gleitlagerwerkstoffes und dessen Paarung
 +
* äußere Einflüsse
  
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== 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).
 
  
−
=== Schmierungsarten ===
 
  
−
'''Ölschmierung'''
+
Was hier aber klar werden soll ist, dass Gleitlager nicht gleich Gleitlager für jeden Zweck sind.
  
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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.
+
                ''' <span style="color: Red">Eine gewissenhafte Berechnung ist nicht zu umgehen!!!</span> '''
  
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'''Fettschmierung'''
 
  
−
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.
 
  
−
'''Wasserschmierung'''
+
=== Was versteht man unter Reibungszustände? ===
  
−
Die Wasserschmierung wird häufig bei Gleitlagern aus Holz, Kunststoff und Gummi verwendet.
+
Unter Reibungszuständen versteht man das Reibungsverhalten was mit dem Symbol μ bezeichnet wird.
  
−
'''Trockenschmierung'''
+
1. μ hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab.
  
−
Molybdänsulfid oder Graphit werden bei hohen Temperaturen und zur Notlauf- und einmaligen Schmierung eingesetzt.
+
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.
  
−
=== 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.
 
  
−
=== Schmierverfahren ===
 
  
−
'''Durchlaufschmierung''': 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.
+
[[Bild:Reibungszustände.jpg]]
  
  
−
'''Umlaufschmierung''': Das Schmiermittel wird durch eine Pumpe der Schmierstelle zugeführt. Häufig wird der Umlauf so ausgelegt, daß das Schmiermittel auch zur Kühlung dient.
+
Flüssigkeitsreibung tritt immer dann auf wenn ein Zwischenmedium zwischen Lagerschale und Lagerwelle ist, dies kann durch hydrodynamische oder hydrostatische Schmierung erzeugt werden.
  
−
=== Eigenschaften flüssigkeitsgeschmierter Gleitlager ===
+
=== Schmierstoffe / Zwischenmedien ===
−
Der Schmierfilm wirkt Schwingungs-, Stoß- und Geräuschdämpfend. Es unterliegt keiner Drehzahlbegrenzung und ist konstruktiv sehr anpassungsfähig, da es eine geringe radiale Bauhöhe besitzt.
 
  
−
=== Hydrodynamische Gleitlager ===
 
−
Hydrodynamische Gleitlager arbeiten nach dem Prinzip der internen Druckerzeugung, es bildet sich ein tragender Schmierfilm, deshalb braucht ein hydrodynamisches Gleitlager eine bestimmte Anlaufzeit bis sich der Schmierfilm voll ausgebildet hat. 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.
 
−
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.
 
  
−
Gleitlager benötigen eine Anfahrdrehzahl 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 Drehzahlschwankungen das Lager verschleißen.
 
  
−
Bei einem hydrodynamischen Gleitlager gibt es 4 Betriebsbereiche:
+
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)
  
−
1.) Stillstand/ Anfahren
 
  
−
2.) Übergangsbereich
 
  
−
3.) Nennbetriebsbereich ( volltragender Bereich)
+
Kommen wir jetzt zu den Eigenschaften die ein Schmierstoff ausmacht und diese unterscheiden.
  
−
4.) zentrischer Lauf ( kritisch)
+
1. [[Viskosität]] (Zähigkeit)
  
−
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 Drehzahl 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 Drehzahl nähert sich die Welle dem Mittelpunkt der Lagerschale.
+
2. wird die Temperatur des Schmierstoffes größer, sinkt die Viskosität (siehe RM TB 15-9)
  
−
Diese Betriebsbereiche können im Stribeck Diagramm nachvollzogen werden.
+
3. bei steigendem Druck ''p'' (z.B. in bar), steigt die Viskosität
  
−
[[Bild:Stribeck Diagramm.jpg]]
+
[[Bild:Schmieröl1.jpg |right|]]
  
 +
Als Schmierstoffe werden verwendet:
  
−
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 b/d<sub>L</sub> und die Ölzuführungselemente gleich sind, hydrodynamisch ähnlich sind.
 
  
−
Sommerfeldzahl
+
• Gase <sup>1</sup>
−
 
−
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
+
• Öle
  
−
S<sub>o</sub>&le;10 und ε 0,95...1  Verschleiß möglich
+
• Fette
  
−
S<sub>o</sub><1 und ε<0,6  mögliche Instabilität der Wellenlage
+
• Wasser
  
 +
• Festschmierstoffe
  
−
relative Exzentrizität
+
• Magnetfelder <sup>2</sup>
−
 
−
ε=e/(0,5*s)=e/(0,5*d<sub>L</sub>*Ψ)
 
  
−
=== 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 auf. 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.
 
  
−
== Lagerwerkstoffe ==
+
<sup>1</sup> Gas Gleitlager finden immer größerer Beliebtheit da es keinen störenden Schmierstoff gibt.
−
Gleitlager werden aus den verschiedensten Werkstoffen hergestellt, je nach Einsatzgebiet und Anforderungen wird der richtige Werkstoff ausgewählt.
+
Sie finden Anwendung in der Pharma-, Nahrungs- und Genussmittel-Industrie aber auch in der Raumfahrttechnik und bei Turbomaschinen.
  
−
Am häufigsten kommen Nichteisenmetall-Legierungen vor. Zudem noch folgende Werkstoffgruppen, Nichtmetalle die für die Formgebung der Lagerschalen verantwortlich sind und gelegentlich Gusseisen mit Lamellengraphit.
 
  
−
[[Bild:Tabelle_Gleitlagerwerkstoffe.jpg]]
+
<sup>2</sup> Magnetlager finden derzeitig Anwendung bei Werkzeug- und Turbomaschinen und in der Vakuumtechnik.
 +
Sie eignen sich vorzugsweise für
  
−
== Verschleiß ==
 
−
Verschiedene Faktoren verursachen mit der Zeit einen Lagerschaden.
 
−
Mögliche Ursachen für Lagerschäden:
 
  
−
- Schmutz
+
[[Bild:Magnetlager1.jpg|right|]]
  
−
- Ölmangel
 
  
−
- falsches Schmiermittel
 
  
−
- zu hohe/niedrige Drehzahl
 
  
−
- Anlaufschäden
+
* berührungslosen Betrieb
 +
* einstellbare Steifigkeit und Dämpfung
 +
* hohe Drehzahlen bei mittlerer Traglast
 +
* hohe Laufgenauigkeit
  
−
- nichtbeachtung event. Einlaufzeiten
 
  
−
- Stöße/Schwingungen
 
  
  
−
=== 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 Schmierstoff
 
  
−
- Rückstände im Schmierstoff
 
  
−
- Spiel
 
  
−
- zu hohe Lagertemperaturen
+
Als Ergänzung ist noch zu sagen das Trockenlager ohne Zwischenmedien (Schmierstoffen) arbeiten.
  
−
=== Maßnahmen ===
+
=== Lagerdichtungen ===
−
Durch gewisse Maßnahmen kann man die Symptome eines drohenden Lagerschadens erfassbar machen.
 
  
−
- regelmäßige Wartungen/Inspektionen
+
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.
  
−
- Einsatz von Schmierstoffiltern
 
  
−
- Sensoren zur Überwachung relevanter Betriebszustände (Temperatur/Schwingungen)
+
<div style="text-align: center;">
 +
'''Unter diesem Link finden sie zwei sehr gute Animationen über Lagerdichtungen.'''
  
−
== Dimensionierung ==
 
  
−
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.
+
[http://www.prelon.de/animationen/index.html
 +
</div>
  
−
b/d<sub>L</sub>=0,2...1...(1,5)
+
=== Wahl von Gleitlagerwerkstoffen ===
  
−
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>
 
  
  
 +
Die Auswahl der Werkstoffpaarung ist bei Gleitlagern sehr wichtig.
  
−
[[Bild:Belastbarkeit.jpg]]
 
−
Einfluss der Lagerbreite auf die Belastbarkeit bei gleichem Lagerspiel 
 
  
 +
Bei falscher Wahl kommst es schnell zu Beschädigungen an Welle und Lager.
  
  
−
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.
+
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>'.
  
  
−
== Berechnung ==
 
  
−
=== Berechnung Radialgleitlager ===
+
Der <u>Lagerwerkstoff</u> wird je nach Einsatzgebiet ausgesucht. Dazu werden Tabellen (siehe unten) aufgezeigt.
  
−
Betriebskennwerte (Relativwerte)
+
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.
  
−
'''Relatives Lagerspiel'''
 
−
Ψ=s/d<sub>L</sub>=d<sub>L</sub>-d<sub>w</sub>/d<sub>L</sub>
 
  
−
'''Relative Exzentrizität'''
+
Hier sehen sie verschiedene Lagerwerkstoffe und eine kurze Beschreibung des Einsatzgebietes.
−
ε=e/(0,5*s)=e/(0,5*d<sub>L</sub>*Ψ)
 
  
−
'''Sommerfeldzahl'''
+
[[Bild:Lagerwerkstoffe.jpg]]
−
  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'''
 
−
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>*Φ*n<sub>w</sub>=(μ/Ψ<sub>B</sub>)*F*d<sub>w</sub>*Φ*n<sub>w</sub>*Ψ<sub>B</sub>
 
  
 +
[[Bild:Tabelle_Gleitlagerwerkstoffe.jpg]]
  
−
'''Wärmebilanz'''
+
=== Fragen Allgemeiner Teil ===
  
−
'''Wärmestrom'''
 
−
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>)
 
  
−
P<sub>c</sub>=V*σ*c(δ<sub>a</sub>-δ<sub>e</sub>)
 
  
−
'''Natürliche Kühlung'''
 
−
δ<sub>L</sub>=δ<sub>m</sub>=δ<sub>U</sub>+P<sub>R</sub>/(α*A<sub>G</sub>)
 
  
−
'''Rückkühlung des Schmierstoffes'''
+
<div style="text-align: center;">
−
δ<sub>L</sub>=δ<sub>a</sub>=δ<sub>e</sub>+P<sub>R</sub>/(V*σ*c)
 
  
 +
# 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>
  
−
'''Schmierstoffdurchsatz'''
 
  
−
'''Förderung durch Eigendrehung'''
 
−
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'''
+
<div style="text-align: center;">
−
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>
+
'''ANTWORTEN:'''
 +
[[Bild:Fragen-Algemeiner-Teil.pdf]]
 +
</div>
  
 +
== <u>Hydrodynamische Schmierung</u> ==
  
−
=== Berechnung Axialgleitlager ===
+
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.
  
−
'''Spurlager mit ebenen Platten'''
 
  
−
'''mittlere Flächenpressung'''
+
=== Druckverteilung ===
−
  p<sub>L</sub>=F/Φ(r<sup>2</sup><sub>a</sub>-r<sup>2</sup><sub>i</sub>)
+
   
  
−
'''Schmierstoffvolumenstrom'''
+
*Die Druckverteilung hängt stark von der Drehzahl (n) ab
−
V=Φ*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>
+
*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
  
−
'''Reibungsleistung'''
 
−
P<sub>R</sub>=T<sub>R</sub>*ω<sub>eff</sub>
 
  
−
'''Reibungszahl'''
+
Kurze Beschreibung der Bilder:
−
μ=4(P<sub>R</sub>+P<sub>P</sub>)/F*ω<sub>eff</sub>(d<sub>a</sub>+d<sub>i</sub>)
 
  
−
== Übungsaufgabe ==
+
Bild 1: Die Welle hat keine Bewegung und liegt somit auf der Lagerschale.
  
−
Es ist die mechanische Beanspruchung pL eines Gleitlagers zu berechnen. Als Gleitlagerwerkstoff ist eine Sn- Legierung vorgesehen. Ist pLzul einer Sn-Legierung ausreichend (siehe TB 15-7)?
+
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.
  
−
Gegeben:
+
Bild 3: Die hohe Drehzahl und die Gewichtskraft F<sub>G</sub> sorgen dafür, dass der Mittelpunkt der Welle nach links unten gedrückt wird.
  
−
dL= 125mm
+
Bild 4: Die Drehzahl passt genau auf die Gewichtskraft der Welle (Wunschzustand).
−
b= 120mm
 
−
F= 30kN
 
  
−
Gesucht:
 
  
−
pL= ?
+
[[Bild:Druckverteilung.jpg]]
  
 +
=== Reibungszahl ===
  
−
[[Lösung Gleitlager]]
+
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.
  
−
== Einsatzgebiete ==
 
  
−
Gleitlager werden in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt.
+
<div style="text-align: center;">
 +
[[Bild:Ausklinkpunkte2.jpg]]
  
−
Hydrodynamische Gleitlager eignen sich besonders bei hohen Drehzahlen und hohen stoßartigen Belastungen. Sie eignen sich für den Dauerbetrieb da sie verschleißarm sind.
 
  
−
Einsatzbereiche:
+
η = dynamische Viskosität
  
−
- Getriebe
+
P<sub>L</sub> = mittlerer Lagerdruck
  
−
- Verdichter
+
n = Drehzahl
 +
</div>
  
−
- Haupt- und Pleuellager
 
  
−
- Elektomotoren
+
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===
  
−
Hydrostatische Gleitlager eignen sich nur bei niedrigen Drehzahlen. Sie haben einen geringen Reibungsverlust und eignen sich besonders für den Dauerbetrieb da sie verschleißfrei sind.
+
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.
  
−
Einsatzbereiche:
+
[[Bild:Einführung_Rechnen.pdf]]
  
−
- Werkzeugmaschinen
+
=== Übungsaufgabe  ===
  
−
- Axiallager mit hoher Belastung
+
Hier können sie eine Dimensionierung von einem Radiallager rechnerisch Prüfen und somit die Sicherheit für den Einbau und die Verwendung sicherstellen.
 +
* [[Gleitlager: Lösung]]
  
−
- Präzisionslager
+
== <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.
  
−
Trockenlauf Gleitlager eignen sich für den wartungs- oder wartungsfreien Betrieb.
 
  
−
Einsatzbereiche:
+
[[Bild:Hydrostatische-schmierung1.gif]]
  
−
- Strahltriebwerke
 
  
−
- Haushaltsgeräte
+
=== Einsatzgebiete ===
  
−
- Baumaschinen
+
Hydrostatische Gleitlager werden eingestezt für:
  
−
== Vergleich Wälz- und Gleitlager ==
+
* verschleißfreie und reinigungsarme Lager bei niedriger Drehzahl (z.B. große Antennen, Werkzeugmaschinen)
  
−
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.
+
* verschleißfreie Präzisionslager
  
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Siehe auch [[Wälzlagerungen]]
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* niedrige Drehzahlen wo keine hydrodynamische Schmierung entstehen kann
  
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== <u>Quelle</u> ==
  
  
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==Fragen==
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[[Bild:Roloff Matek.jpg|Thumb|60px|left]][[Bild:Roloff MatekFormelsammlung-1.jpg|Thumb|60px|left]][[Bild:Europa Tabellenbuch-1.jpg|Thumb|60px|left]]
  
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1) Welche Arten von Kräften wirken auf ein Gleitlager während des Betriebes?
 
  
−
2) Welche Aufgaben hat der Schmierstoff?
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# 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.
  
−
3) Was ist der Unterschied zwischen einem hydrodynamischen und hydrostatischen Gleitlager?
 
  
−
4) Nenne einige Faktoren die zu einem Lagerschaden führen können.
 
  
−
5) Was unterscheidet sich zwischen einem Wälz- und Gleitlager bei gleicher Baugröße?
 
  
  
  
−
[[Antworten Gleitlager]]
+
# Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung,[http://www.vieweg.de/index.php?sid=672ba60c106180921631e0aeb1dc7fcc| Vieweg Verlag ], 8. Aufl. 2006. ISBN 3-834-80119-4, € 20,90.
  
  
−
== 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
+
# 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
  
−
Roloff/Matek Formelsammlung
 
  
−
Techniker Handbuch (Vieweg Verlag)
+
--[[Benutzer:Preuß|Preuß]] 12:29, 8. Dez 2007 (CET)
 +
[[Kategorie:Entwicklung und Konstruktion]]

Aktuelle Version vom 28. März 2021, 12:01 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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