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O+P Fluidtechnik 4/2021

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O+P Fluidtechnik 4/2021

GLEITLAGER GLEITLAGER IN

GLEITLAGER GLEITLAGER IN HYDRAULIKSYSTEMEN – WELCHER WERKSTOFF ÜBERZEUGT? PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Gleitlager in Hydropumpen und Hydromotoren sind hohen mechanischen und tribologischen Beanspruchungen ausgesetzt. Nur eine auf die Anforderungen gerichtete Werkstoffauswahl und geometrisch präzise gefertigte Gleitlager ertragen die Beanspruchungen und sind in der Lage, die Forderungen nach Systemzuverlässigkeit, spezieller Lauf- und Anlaufcharakteristik, präziser Regelbarkeit, langer Nutzungsdauer und maximaler Wirtschaftlichkeit zu erfüllen. Autoren: Mark Erlwein und Ferenc Vörös, KS Gleitlager GmbH, St. Leon-Rot In den unterschiedlichen Hydrauliksystem-Anwendungen kommen alle denkbaren Bauformen von Gleitlagern vor: Buchsen (mit und ohne Bund), Halbschalen, Segmente und Anlaufscheiben. Innerhalb der Grundformen variieren alle Dimensionen und es wird nahezu das ganze Gleitwerkstoffspektrum ausgeschöpft. Die Gleitwerkstoffe der Lager bestehen aus reib- und verschleißoptimierten Materialkompositionen. Metallgleitlager auf der Basis von Aluminium oder Bronze in monometallischer Ausführung oder in Verbundausführung werden vermehrt durch Metall-Kunststoff-Verbundgleitlager ersetzt. Gleitlager werden überwiegend in großen Stückzahlen auf schnelllaufenden Umformmaschinen zumeist aus Halbzeugbandmaterial produziert. Nur eine hohe Prozessstabilität bei gleichzeitiger Flexibilität in allen Fertigungsschritten ermöglicht die Herstellung von Lagern für den vielfältigen Hydraulikmarkt. GLEITLAGER IN DEN UNTERSCHIEDLICHEN PUMPENBAUARTEN Kolbenpumpen mit axialer Kolbenanordnung sind die am häufigsten in hydraulischen Systemen vorkommenden Aggregate zur Erzeugung eines stufenlos variablen Ölstroms. Häufig bilden sie 20 O+P Fluidtechnik 2021/04 www.oup-fluidtechnik.de

GLEITLAGER in Kombination mit einem Hydromotor das hydrostatische Fahrgetriebe in Bau-, Bergbau- oder Landmaschinen. In Axialkolbenpumpen kommen vornehmlich Gleitbuchsen aus Metall-Polymer-Werkstoffen als Hauptwellenlager zum Einsatz. Zudem kann die sogenannte Schwenkwiege zur Verstellung des Fördervolumens in relativ großen Gleitlagerschalen gelagert sein. Die Gleitlager müssen eine feinfühlige Regelung des Volumenstroms gewährleisten. Ein geringes Losbrechmoment bei niedrigem und konstantem Reibwert ist dafür entscheidend. In Kolbenpumpen mit radialer Kolbenanordnung entsteht der Kolbenhub zur Förderung des Fluids durch die Exzentrizität zwischen Außenring und Welle. Gleitlager dienen in diesem Pumpentyp zur Lagerung der Antriebswelle im Gehäuse. Aufgrund des erzeugbaren hohen Druckniveaus und der direkten Einleitung der Kolbenkräfte in die Welle sind auch die Wellenlager im Pumpengehäuse hoch beansprucht. Hier findet man überwiegend Metall-Polymer-Verbundgleitlager – sie erfüllen die hohen Anforderungen bezüglich Tragfähigkeit und zusätzlicher tribologischer Perfomance. In Zahnradpumpen erfolgt die Förderung des Mediums in den Zahnzwischenräumen rotierender Zahnräder. In Innenzahnradpumpen rotiert ein angetriebenes Zahnrad exzentrisch in einem mitdrehenden, innenverzahnten Gegenrad. Im Pumpengehäuse montierte Gleitbuchsen übernehmen die Lagerung der Antriebswelle. Es kommen Stahl-Aluminium-Verbundgleitlager und vermehrt Stahl-Polymer-Verbundgleitlager zum Einsatz. In Außenzahnradpumpen kämmen zwei Zahnräder in einem Pumpengehäuse und fördern so das Fluid in den Räumen zwischen den Zähnen und der Gehäusewand. Eines der beiden Pumpenräder ist das Antriebsrad, das zweite wird über den Zahn-Formschluss mitgeschleppt. Gleitbuchsen im Pumpengehäuse nehmen die aus der Verdrängung des Mediums entstehenden Kräfte auf. Die Kompaktheit von Zahnradpumpen lässt nur wenig Bauraum für die Lagerung der beiden Wellen im Gehäuse zu. Die Lagerbuchsen sind daher sehr dünnwandig ausgeführt. Niedrige Reibwerte bei hoher Verschleißfestigkeit sind entscheidend für einen dauerhaft hohen Pumpenwirkungsgrad. Als Gleitwerkstoff setzt man auf einen Dreischicht Stahl-Bronze-Polymer-Verbundwerkstoff. Die Kunststoffschicht, die in die poröse Sinterbronze imprägniert ist, besteht aus einer PTFE-Matrix mit, die Tragfähigkeit steigernden Fasern und den Verschleiß mindernden Füllstoffen. Zur sicheren Versorgung der präzisen Lager – mit aus dem Förderstrom abgezweigtem Medium ‒ sind mitunter axial angeordnete Versorgungsnuten in die Gleitfläche eingebracht. Ein korrektes Einpressen der Buchsen in das Gehäuse stellt sicher, dass sich die Schmiernuten außerhalb des Lastbereiches befinden. 01 Stahl-Kunststoff-Verbundbuchsen mit dem Markennamen Permaglide mit axialen Schmiernuten Üblicherweise definiert der Systemhersteller den Bauraum für die Lagerung im Aggregat und gibt die relevanten Betriebsparameter-Daten für die Lagerung vor. Der Gleitlagerhersteller entwirft mit diesen Informationen die Lagerung und realisiert in den Grenzen seiner Designfreiheit spezielle Features am Lager – zum Beispiel die Fasen der Lauffläche, die Schmiernuten in der Gleitfläche oder die Ausstanzungen bzw. Bohrungen für die Schmierstoffversorgung des Lagers durch die Umbauteile. Ziel der Maßnahmen ist die Maximierung der lastübernehmenden Gleitfläche. Die Fasen der Stirnflächen können dabei auch asymmetrisch sein. Des Weiteren gilt es – unter Berücksichtigung von Kräften, Daten des Hydrauliköls und der Ausführung der zu lagernden Wellen – den für die Einstellung eines hydrodynamischen Schmierzustandes entscheidenden Schmierspalt auszulegen. Hierfür werden vom Lagerspezialisten neben den Gleitlagerdaten und dem Wärmegang der Pumpe auch die Fertigungstoleranzen sowie die elastischen Deformationen der belasteten Bauteile in die Auslegung einbezogen. In kritischen Fällen setzt man für diese Berechnung eine Simulationssoftware ein. Auf Basis vieler Simulationszyklen kann die optimale Ausführung ermittelt werden. PASSGENAUE SCHMIERSTOFFVERSORGUNG Von großer Bedeutung für das geforderte Performanceniveau eines Gleitlagers in Hydraulikkomponenten ist die Gewährleistung der Versorgung des Lagers mit Schmierstoff. Speziell für gleitgelagerte, hoch belastete, schnell drehende Wellen müssen daher Schmiernuten in den Gleitflächen der Lager realisiert werden. 02 Stribeckkurven verschiedener Gleitwerkstoffe nach dem Einlaufen OPTIMIERUNG VON GLEITLAGERN FÜR HYDRAULIKAGGREGATE www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2021/04 21

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