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Gleitlager zur Verbindung von Bauteilelementen

Gleitlager gehören zu den Funktionsteilen einer Maschine oder Anlage und sind in der Wälzlagertechnik beheimatet. Sie dienen dazu, feste Bauteilelemente mit beweglichen Funktionsteilen zu verbinden, so dass sie gegeneinander beweglich sind.
Egal, um welchen Typ Gleitlager es sich handelt, die wichtigsten Funktionsmerkmale sind
  • geringe Verlustreibung.
  • optimale Wartung.
  • geringer Schmiermittelbedarf.
  • optimaler Führung hinsichtlich der spielfreien Führung.
Gleitlager sind grundsätzlich genormte Bauteile nach DIN 1850.

Gruppenaufteilung

Die Gleitlager sind in 3 Grundtypen eingeteilt. Als Kriterium hierzu ist die Lagerreibung genannt:
  • Festkörperreibung  (Trockengleitlager, d.h. ohne Schmierfilm) für geringe Drehzahlen auch bei axialen Verschiebungen auf der Welle. Die Materialien sind: Polymer (Kunststoff-Gleitlager), Thermoplast, Verbundlager, Kunstkohle, Metallkeramik.
  • Flüssigkeitsreibung (hydrodynamische Lager) benötigen ständigen Schmierfilm. Die gängigen Materialien sind hier Bronze (Bronze-Gleitlager) und Weißmetall.
  • Mischreibung (Sintermetall) Die Schmierstoffe werden erst beim betriebswarmen Zustand aus den Poren an die Lagerbereiche abgegeben. Bei der Abkühlpase wird de Schmierstoff wieder in das Porenvolumen eingelagert. Die Sinter-Gleitlager stellen eine derzeit optimale günstige Lösung dar.

Diese Gruppeneinteilung ist besonders bei Gleitlagern sehr fließend, da es viele Mischtypen gibt.

Besondere Eigenschaften und Vorteile habe Gleitlager gegenüber Wälzlagern:
  • Laufruhe.
  • Einfache Dichtfunktion.
  • Axiales Verschieben auf der Welle möglich.

Umweltfreundlichkeit

Durch neue Verbundlager wird jetzt eine sehr wirtschaftliche Anwenderlösung in vielen Industriezweigen ermöglicht. Sie sind besonders leistungsfähig und erreichen vielfach eine hohe Lebensdauer. Zudem sind neue Gleitlager jetzt umweltfreundlicher, da vermehrt  Metall-Polymermaterialien bleifrei angeboten werden.

Leistungsmerkmale von Gleitlagern

Die wichtigsten geforderten Leistungsmerkmale sind hier genannt:
  • Gute Gleiteigenschaften durch geringe Reibungsverluste, besonders bei geringer Drehzahl.
  • Dadurch auch Geräuscharm.
  • Notlaufeigenschaften: Kein Fressen oder Festsetzen der Welle im Lager aufgrund mangelnder Schmierung und viel Drehzahlstop.
  • Teilweise erhöhtes Anlaufmoment bis Gleitfilm aufgebaut ist.
  • Verschleißfestigkeit: Lange Laufzeit bei geringem Verschleiß und wenig Lagerspiel.
  • Tragfähigkeit: Das Lager soll hohe Belastung aushalten.
  • Wärmeleitfähigkeit: Das Lager soll die Eigenerwärmung schnell ableiten.
  • Korrosionsbeständigkeit: Das Lager darf nicht durch äußere Einflüsse angegriffen werden, wie z.B.  Seewasser oder Reinigungsmittel.

Produktspektrum

Je nachdem wie ein Gleitlager bezüglich der Gewichtskraft der Maschine belastet und bewegt wird, unterscheidet man nach der Gleitlagerart folgendermaßen:
  • Radiallager: die Gewichtskraft wirkt direkt auf das Lager und Welle. Das Lager ist an dieser Position fixiert.
  • Axiallager bzw. Längslager: die Krafteinwirkung wirkt zusätzlich entlang der Gleitachse. Es entstehen dementsprechend zusätzliche Axialbewegungen.
Fertig montierbare Gleitlagerblöcke bestehen aus einem Lagergehäuse, Lagerschale bzw. Lagerbuchse sowie einer Schmierstelle. Man spricht hier von einem sogenannten Lagerbock. Hier läuft eine Welle in Gleitlagern, die verdrehfest im Lagerbock fixiert sind. Diese Lagergehäuse sind standardisierte, sprich genormte, Ausführungen. Aber auch die einzelne Lagerbuchse wird als genormtes Teil angeboten. Kombiniert wir zudem noch, ob es sich um eine Drehbewegung oder geradlinige Bewegung handelt.

Funktion und Anwendung von Gleitlagern

Die Gleitlager sind im Allgemeinen so hergestellt, dass sie nach dem Einpressen eine starre Lagergehäuse mit Bohrung H7 eine Qualität der Toleranzlage H bilden. Damit das passende Gleitlager gemäß dem Anwendungsfall ausgewählt werden kann, ist in der folgenden Aufstellung die Auswahl nach den verschiedenen Materialien und ihren Eigenschaften möglich:

Gußeisen

Geeignet für: Gleiten, Notlauf, Wärmeabfuhr
Optimal in Bezug auf: Verschleiß, Belastbarkeit, Thermische Ausdehnung

Sintermetall

Geeignet für: Gleiten, Verschleiß, Belastbarkeit, Wärmeabfuhr
Optimal in Bezug auf: Notlauf, Thermische Ausdehnung

Bronze / Pb-Sn-Legierungen

Geeignet für: Gleiten, Notlauf, Verschleiß, Belastbarkeit, Wärmeabfuhr, Thermische Ausdehnung

Kunststoff

Geeignet für: Verschleiß, Belastbarkeit
Optimal in Bezug auf: Gleiten, Notlauf
Nur bedingt geeignet: Wärmeabfuhr, Thermische Ausdehnung

Verwendungsbeispiele gemäß der Auswahltabelle sind hier aufgeführt:
  • Gusseisen (GG-20) bei günstigen und gering belasteten Lagerstellen.
  • Sintermtall (Sint-B 51) bei Kleinmaschinen.
  • Bronze (G-CuPb…) für hochwertige Lager bei schnell drehenden Maschinen.
  • Kunststoff (Polyamid) bei kleinen und schmierungsfreien Lagerstellen.

Auswahlkriterien nach Norm

Gleitlager sind standardisierte Bauteile und dementsprechend genormt. Die Übersichtstabelle gibt einen Überblick über die Ausführungsformen und Materialien.
  • DIN ISO 4379 nach Form C/F (Kupferlegierung / Mehrstoffzinnbronze bis 40 N/mm² Beanspruchung).
  • DIN 1850-3 nach Form J/V (Sintermetall bis 35N/mm² Beanspruchung).
  • DIN 1850-4 nach Form M/N (Kunstkohle).
  • DIN 1850-5 nach Form P/R (Duroplast).
  • DIN 1850-6 nach Form S/T (Thermoplast).
Weitere genormte Ausführungen sind:
  • Flanschlager mit Gleitbuchse DIN 502 und DIN 503.
  • Stehlager mit Gleitlager DIN 504.
  • Deckellager mit Gleitlager DIN 505.

Berechnung

Information: Die Lagerbelastung bezieht sich hier im Beispiel auf Einfachlager.
Die Gleitflächen werden durch die Belastungskraft F aneinander gepresst. Diese mittlere Flächenpressung ist die spezifische Lagerbelastung p. Diese wirkt senkrecht als Projektionsfläche der gepressten Fläche B*D. Somit ergibt sich die Berechnung p=F/(D*B).
Die Reibleistung berechnet sich aus Gleitgeschwindigkeit (Drehzahl n mit Reibung µ)und Wellendurchmesser d. P=F*µ*d*3,14*n

Folgende Normen können zur weiteren Berechnung herangezogen werden:
  • DIN 31655 (Hydrostatisch und ölgeschmiert).
  • DIN 31657 (Hydrodynamisch).
  • DIN 31652 (Kreiszylinder).

Modifikationen

Gleitlager können maschinell bearbeitet werden. Wenn eine Schmierstelle erforderlich ist, kann in erster Linie auf die einheitlich festgelegte Ausführung zurückgegriffen werden. Siehe dazu:
  • Schmiernuten und Schmierlöcher nach ISO 4379 DIN 1591.

Kleines Begriffslexikon

Da im Sprachgebrauch viele gängige Benennungen für unterschiedliche Gleitlagrausführungen benutzt werden, kann diese Auflistung dem Anwender nützlich sein.
  • Lagerbuchse/Lagerhülse: Ist das eingebaute zylinderförmige Gleitlager.
  • Lagerschalen: geteilte Lagereinheit.
  • Anlaufscheibe: Gleitlagerring als Axiallager.
  • Verbundlager: Lager mit Mischmaterial Z.B Metall und Kunststoff.
  • Sinterlager: Poröses Metallmaterial mit Schmierstoffeinlagerungen.
  • Schmierlager: Gleitlager mit Schmierstelle (Bohrungen und Rillen).
  • Zylinderbuchse oder Buchse: Gleitlager ohne Rand.
  • Bundbuchse: Gleitlager mit äußeren erhabenen Rand für geringe axiale Kräfte.
  • Kalottenlager: DIN 1850-3K.

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