Anlaufscheiben, Streifen, wartungsfrei
Merkmale
Wartungsfreie Anlaufscheiben werden für drehende und oszillierende Bewegungen eingesetzt. Streifen werden vorwiegend für lineare Bewegungen eingesetzt oder als Ausgangsmaterial für weitere Bauformen verwendet, zum Beispiel für Halbschalen oder Sondergeometrien.
Diese Gleitlager sind Lager für kleinste Bauräume.
Die Gleitlager werden entweder mit Stahlrücken oder mit Bronzerücken geliefert. Lager mit Bronzerücken sind weitgehend korrosionsbeständig, sehr gut wärmeleitfähig und antimagnetisch.
ACHTUNG
Sollen die Gleitlager im Bereich Aerospace oder in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt werden, bitte beim Ingenieurdienst von Schaeffler rückfragen!
Wartungsfreies Gleitlagermaterial
Für wartungsfreie Metall-Polymer-Verbundgleitlager von Schaeffler wird das Gleitmaterial E40 und E40-B verwendet. Basis des Trockenschmierstoffs ist Polytetrafluorethylen PTFE, in das chemisch nicht reaktionsfähige Zusatzstoffe eingebettet sind.
Bei dem dreischichtigen Werkstoff ist auf einem Stahl- oder Bronzerücken eine poröse Zinn-Bronze-Gleitschicht aufgesintert, deren Poren von der darüber liegenden Einlaufschicht gefüllt sind, siehe Tabelle, ➤ Bild und ➤ Bild. Die Einlaufschicht ist ein Kunststoff‑Verbundstoff aus PTFE und Zusatzstoffen.
Gleit- und Einlaufschicht
E40, E40-B
Chemisches Element | Massenanteil | Schichtdicke | ||
|---|---|---|---|---|
w | ||||
% | mm | |||
Gleitschicht | Einlaufschicht | Gleitschicht | Einlaufschicht | |
Molybdändisulfid MoS2 | ‒ | max. 8 | 0,2 – 0,4 | 0,01 – 0,05 |
Polytetrafluorethylen PTFE | ‒ | 80 – 86 | ||
Füllstoffe | max. 5,5 | max. 19 | ||
Zinn Sn | 7 – 12 | ‒ | ||
Kupfer Cu | Rest | ‒ | ||
Wartungsfreies Gleitlagermaterial E40
Wartungsfreies Gleitlagermaterial E40-B
Beständigkeit des Gleitlagermaterials
Die Beständigkeit des Materials E40 hängt von den chemischen Eigenschaften der einzelnen Schichten ab:
- Das Material E40 ist beständig gegenüber Wasser, Glykolen und vielen Mineral- und Syntheseölen.
- Die verzinnte Stahloberfläche schützt in den meisten Fällen ausreichend vor Korrosion.
- Bei dem Material E40-B ist der Bronzerücken zusätzlich beständig gegenüber Wasserdampf und Seewasser.
ACHTUNG
Gegen saure (pH ＜ 5) und alkalische Medien (pH ＞ 9) ist das Material E40 nicht beständig! Gegen oxidierende Säuren und Gase wie freie Halogenide, Ammoniak oder Schwefelwasserstoff ist der Bronzerücken von E40-B nicht beständig, besonders wenn diese Gase feucht sind!
Technische Daten für E40
Die Gleitschicht E40 ist wartungsfrei. Sie kann für drehende und oszillierende Bewegungen und für kurzhubige Linearbewegungen eingesetzt werden.
Der verschleißarme Werkstoff hat gute Gleiteigenschaften (kein Stick-Slip-Effekt), einen niedrigen Reibungskoeffizienten und ist chemisch weitgehend beständig. Er nimmt kein Wasser auf (ist weitgehend quellbeständig), neigt nicht zum Verschweißen mit Metall und eignet sich auch für den hydrodynamischen Betrieb.
Die wartungsfreien Gleitlagermaterialien E40 und E40-B haben folgende mechanische und physikalische Eigenschaften, siehe Tabelle.
Eigenschaften von E40 und E40-B
Eigenschaft | Belastung | ||
|---|---|---|---|
Maximaler pv-Wert | Dauerbetrieb | pv | 1,8 N/mm2 · m/s |
kurzzeitig | 3,6 N/mm2 · m/s | ||
Zulässige spezifische Lagerbelastung | statisch | pmax | 250 N/mm2 |
rotierend, oszillierend | 140 N/mm2 | ||
Zulässige Gleitgeschwindigkeit | Trockenlauf | vmax | 2,5 m/s |
hydrodynamischer Betrieb | ＞2,5 m/s | ||
Zulässige Betriebstemperatur | ϑ | –200 °C bis +280 °C | |
Wärmeausdehnungskoeffizient | Stahlrücken | αSt | 11 · 10–6 K–1 |
Bronzerücken | αBz | 17 · 10–6 K–1 | |
Wärmeleitzahl | Stahlrücken | λSt | ＞42 Wm–1K–1 |
Bronzerücken | λBz | ＞70 Wm–1K–1 | |
Bezogener elektrischer Widerstand | Rbez min | ＞1 Ω · cm2 | |
Schmierung
Gleitlager mit Gleitschicht E40 enthalten Trockenschmierstoffe und müssen deshalb nicht geschmiert werden.
Als Korrosionsschutz der Gegenlauffläche oder zur einfachen Abdichtung gegen Schmutz kann geschmiert werden. Es sollte aber vorher geprüft werden, ob in solchen Fällen die Verwendung eines korrosionsgeschützten Werkstoffes der Gegenlauffläche oder eine andere Abdichtung der Lagerstelle vorteilhafter ist.
In bestimmten Anwendungsfällen kann die Gleitschicht E40 in flüssigen Medien betrieben werden. Dabei kann sich die Gebrauchsdauer durch verbesserte Wärmeabfuhr erheblich verlängern.
ACHTUNG
Die Verträglichkeit der Medien mit der Gleitschicht E40 ist zu prüfen! Zur weiterführenden Beratung sollte deshalb der Ingenieurdienst von Schaeffler hinzugezogen werden!
Schmierstoffe
Öl- und Fettschmierung, selbst in kleinsten Mengen, behindern den Materialübertrag in der Einlaufphase.
Schmierfett und kleinere Ölmengen vermengen sich im Laufe der Zeit mit dem Abrieb und bilden eine Paste, die den Verschleiß fördert. Festschmierstoffe wie Zinksulfid, Molybdändisulfid oder ähnliche Fettzusätze sind nicht erlaubt, weil sie diese Pastenbildung verstärken.
Nachschmierung
Ist in Ausnahmefällen Fettschmierung nicht zu vermeiden, sind die Lager periodisch nachzuschmieren. Beim Nachschmieren wird verbrauchtes Schmierfett durch frisches Fett ersetzt. Gleichzeitig spült das Schmierfett Abrieb und Verunreinigungen aus dem Lager.
ACHTUNG
Bei periodischer Nachschmierung wird die Bildung einer Paste aus Abrieb und Verunreinigung vermieden!
Betriebstemperatur
Die zulässige Betriebstemperatur für wartungsfreie Metall-Polymer-Verbundgleitlager liegt zwischen –200 °C und +280 °C.
ACHTUNG
Die Einlauf- und Gleitschicht kann in einigen Mineralölen bei Temperaturen über +100 °C aufquellen! Dies könnte zum Klemmen des Lagers führen!
Abhilfe schafft eine Vergrößerung des Lagerspiels, da andere Eigenschaften der Gleitschicht E40 nicht beeinflusst werden!
Nachsetzzeichen
Nachsetzzeichen der lieferbaren Ausführungen, siehe Tabelle.
Lieferbare Ausführungen
Nachsetzzeichen | Beschreibung | Ausführung |
|---|---|---|
E40 | wartungsfreie Gleitschicht, mit Stahlrücken | Standard |
E40-B | wartungsfreie Gleitschicht, mit Bronzerücken |
Konstruktions- und Sicherheitshinweise
Die Hinweise zu Gestaltung der Lagerung sowie zum Ein- und Ausbau sind zu beachten.
Reibung
Bei hoher spezifischer Lagerbelastung und niedriger Gleitgeschwindigkeit ist der Reibungskoeffizient kleiner.
Einlaufvorgang
Beim Einlaufvorgang wird die Einlaufschicht teilweise auf die Gegenlauffläche übertragen:
- Unebenheiten werden ausgeglichen.
- Es bildet sich eine Lauffläche mit einem kleinen Reibungskoeffizienten, der sich günstig auf das Betriebsverhalten auswirkt.
- Nach dem Einlaufen sind Teile der porösen Bronzeschicht als einzelne Flächen unterschiedlicher Größe auf der Gleitschicht zu erkennen, ➤ Bild. Das zeigt, dass das Lager einwandfrei arbeitet.
Typischer Verschleißverlauf der Gleitschicht E40
Betriebsverhalten
Nach dem Einlaufen verläuft der Verschleiß bei wartungsfreien Gleitlagern linear, ➤ Bild.
Typisches Betriebsverhalten über die Gebrauchsdauer
Dimensionierung und Lebensdauer
Die Dimensionierung der Anlaufscheiben und Streifen ist in den Technischen Grundlagen zusammengefasst.
Abhängig davon, ob das Lager dynamisch oder statisch belastet wird, sind zu prüfen:
- Statische Tragsicherheit S0
- Maximal zulässige spezifische Lagerbelastung p
- Maximal zulässige Gleitgeschwindigkeit v
- Maximale spezifische Reibenergie pv.
ACHTUNG
Die Lebensdauer der Anlaufscheiben lässt sich unter Einhaltung des Gültigkeitsbereiches berechnen!
Für die Abschätzung der Lebensdauer bei Streifen EGS sollte der Ingenieurdienst von Schaeffler kontaktiert werden!
Gestaltung der Gegenlaufflächen
Welle und Gegenlauffläche der Lagerung müssen entsprechend folgender Vorgaben ausgeführt werden.
Die Wellen oder Teile der Gegenlaufflächen sind anzufasen und alle scharfen Kanten sind zu verrunden. Dies ermöglicht eine einfachere Montage und verhindert Beschädigungen an der Gleitschicht.
Maßnahmen
Die Gegenlauffläche ist grundsätzlich breiter auszuführen als das Lager, damit sich keine Absätze in der Gleitschicht bilden.
Die optimale Gebrauchsdauer wird erreicht bei einer Rautiefe der Gegenlauffläche von Rz 2 bis Rz 3:
- Beim Trockenlauf der Gleitschicht E40.
ACHTUNG
Sehr kleine Rautiefen erhöhen die Gebrauchsdauer nicht, größere Rautiefen senken sie deutlich!
Oberflächengüte
Geschliffene oder gezogene Oberflächen sind als Gegenlauffläche zu bevorzugen. Feingedrehte oder feingedreht rollierte Oberflächen, auch mit Rz 2 bis Rz 3, können größeren Verschleiß verursachen, da beim Feindrehen wendelförmige Fertigungsrillen entstehen.
Sphäroguss GGG hat ein offenes Oberflächengefüge und ist deshalb auf Rz 2 oder besser zu schleifen.
Wärmeabfuhr
Auf eine einwandfreie Wärmeabfuhr ist zu achten:
- Liegt hydrodynamischer Betrieb vor, so transportiert überwiegend die Schmierflüssigkeit die Wärme ab.
- Bei wartungsfreien Gleitlagern wird die Wärme durch das Gehäuse und die Welle abgeführt.
Schutz gegen Korrosion
Eine Korrosion der Gegenlauffläche wird durch Abdichtung oder Verwendung von korrosionsbeständigem Stahl verhindert. Alternativ lassen sich geeignete Oberflächenbehandlungen durchführen.
Tribokorrosion
Aufgrund der standardmäßigen Zinnschicht tritt zwischen dem Stahlrücken des Gleitlagermaterials und dem Gehäuse nur selten Tribokorrosion auf. In solchen Fällen wirken galvanische Schutzschichten verzögernd.
Elektrochemische Kontaktkorrosion
Unter ungünstigen Bedingungen können sich galvanische Zellen (Lokalelemente) bilden, die die Gebrauchsdauer durch Korrosion des Stahles senken. Dies sollte bereits bei der Konstruktion geprüft und durch Versuche geklärt werden. Im Zweifel bitte beim Ingenieurdienst von Schaeffler rückfragen.
Bearbeiten der Gleitlager
Metall-Polymer-Verbundgleitlager lassen sich spanend und spanlos bearbeiten, zum Beispiel kürzen, bohren oder biegen.
Vorgehensweise:
- Die Gleitlager von der Gleitschicht-Seite her trennen, denn der Grat, der beim Trennen entsteht, stört an der Lauffläche
- Lagerelemente anschließend reinigen
- Blanke Stahlflächen wie Schnittkanten vor Korrosion mit Öl oder galvanischen Schutzschichten schützen.
ACHTUNG
Beim Galvanisieren mit hohen Stromdichten oder langen Beschichtungszeiten sind die Gleitschichten abzudecken, damit Ablagerungen verhindert werden!
Die Bearbeitungstemperatur darf +280 °C bei der Gleitschicht E40 nicht überschreiten, da ansonsten die Gesundheit gefährdet wird!
Alternative Verbindungstechniken
Wenn das Verstiften und Verschrauben unwirtschaftlich sind, gibt es alternativ kostengünstigere Verbindungstechniken:
- Laserschweißen
- Weichlöten
- Kleben.
ACHTUNG
Die Bearbeitungstemperatur darf +280 °C bei der Gleitschicht E40 nicht überschreiten, da ansonsten die Gesundheit gefährdet wird!
Klebstoff darf nicht auf die Einlauf- oder Gleitschicht gelangen!
Bei der Verwendung von Klebstoff ist immer Auskunft bei den Klebstoffherstellern einzuholen, besonders zu Klebstoffwahl, Oberflächenvorbereitung, Aushärtung, Festigkeit, Temperaturbereich und Dehnungsverhalten!
Elektrische Leitfähigkeit
Neue Lager können eine niedrigere Leitfähigkeit aufweisen, weil die Einlaufschicht noch vorhanden ist. Nach dem Einlaufvorgang liegt die Bronzeschicht teilweise frei, so dass die elektrische Leitfähigkeit höher ist, ➤ Bild.
Der elektrische Widerstand hängt ab von der Größe der Kontaktfläche.