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Wolf Kunststoff-Gleitlager GmbH • Heisenbergstr. 63 - 65 • 50169 Kerpen-Türnich • Tel. 02237/9749-0 • Fax. 02237/9749-20
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Wartungsfreie Präzisionsbuchsenfür Gleitlager aus
ZEDEX® Kunststoffen
seit 1968über 35 Jahre Erfahrung
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Version 7.0 09/2003
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Inhaltsverzeichnis
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1.Vorwort .................................................................................................................................... 4
2.Materialübersicht ...................................................................................................................... 5-10
3.Gleitlager ................................................................................................................................. 113.1. Gleitlager aus Kunststoff ................................................................................................... 113.1.1. Gleitlager-Werkstoffe......................................................................................................... 113.1.2. Gleitlager-Form und Abmessungen .................................................................................... 11
4.Konstruktionsrichtlinien ............................................................................................................. 124.1. Befestigung der Buchsen zum Einpressen in das Gehäuse .................................................. 124.1.1. Einpressen der Buchsen ................................................................................................... 124.1.2. Übermaß der Buchsen ...................................................................................................... 124.1.3. Aufnahmebohrung ............................................................................................................ 124.1.4. Befestigung bei hohen Temperaturschwankungen ................................................................ 134.2. Geschlitzte Buchse .......................................................................................................... 134.2.1. Befestigung geschlitzter Buchsen ...................................................................................... 134.3. Schwimmende Buchse ..................................................................................................... 144.4. Gekammerte Buchse........................................................................................................ 144.5. Aufgepresste Buchse ....................................................................................................... 144.6. Geklemmte Buchse.......................................................................................................... 144.7. Geteilte Lager .................................................................................................................. 144.8. Einpressen von Bundbuchsen ............................................................................................ 14
5.Auswahl der Geometrie (Abmessung der Gleitlagerbuchse) .......................................................... 155.1. Lagerabmessungen .......................................................................................................... 155.1.1. Lagerwanddicke (sk)......................................................................................................... 15-165.1.2. Buchsenbreite b ............................................................................................................... 165.2. Lagerspiel ........................................................................................................................ 165.2.1. Innendurchmesser der Gleitlagerbuchse nach der Montage .................................................. 165.2.2. Wellendurchmesser .......................................................................................................... 165.2.3. Einbaulagerspiel ............................................................................................................... 165.2.4. Betriebslagerspiel ............................................................................................................. 17
6.Gegenlaufmaterial (Welle, Achse) .............................................................................................. 186.1. Werkstoff ......................................................................................................................... 186.1.1. Metalle ............................................................................................................................ 186.1.2. NE Metalle ...................................................................................................................... 186.1.3. Kunststoffe ...................................................................................................................... 186.1.4. Lackierte Gleitflächen ....................................................................................................... 186.2. Härte des Gegenlaufpartners ............................................................................................. 196.3. Oberflächengüte der Metallgleitfläche ................................................................................. 20
7.Schmierung ............................................................................................................................. 207.1. Einfluß der Schmierung .................................................................................................... 207.2. Einfluss der Temperatur auf die Schmierstoffe ..................................................................... 207.2.1. Viskosität ........................................................................................................................ 207.2.2. Oberflächenspannung ....................................................................................................... 207.2.3. Verdampfung .................................................................................................................... 217.2.4. Alterung .......................................................................................................................... 217.2.5. Fließgrenze von Fetten ..................................................................................................... 217.3. Schmierstoffe ................................................................................................................... 217.3.1. Schmieröle ...................................................................................................................... 21
Schmierstoffadditive .......................................................................................................... 227.3.2. Schmierfette .................................................................................................................... 237.3.3. Festschmierstoffe ............................................................................................................. 237.4. Schmiermittelempfehlung .................................................................................................. 247.5. Schmiernutengestaltung ................................................................................................... 247.5.1. Nuten für hydrodynamisch betriebene Gleitlager .................................................................. 24
8.Schmutz und abrasive Partikel .................................................................................................. 24
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Inhaltsverzeichnis
9.Dämpfung ................................................................................................................................ 25
10.Umwelteinflüsse ..................................................................................................................... 2510.1. Chemikalien ..................................................................................................................... 2510.2. Spannungsrissbildung ....................................................................................................... 2510.3. Hydrolysebeständigkeit ..................................................................................................... 25
11.Abhängigkeiten beim Betrieb eines Gleitlagers .......................................................................... 26-27
12.Auslegung und Werkstoffauswahl eines Radiagleitlagers ............................................................ 2812.1. Berechnung mit EDV ........................................................................................................ 2812.2. Berechnung durch den Konstrukteur .................................................................................. 28
Flussdiagramm zur Gleitlagerberechnung Teil 1................................................................... 29Flussdiagramm zur Gleitlagerberechnung Teil 2................................................................... 30Flussdiagramm zur Gleitlagerberechnung Teil 3................................................................... 31
12.2.1. Nachprüfung des pv Wertes .............................................................................................. 32-3512.2.2. Abschätzung der auftretenden Temperaturen für übliche Konstruktionen ................................ 36-3712.2.3. Abschätzung der Lebensdauer .......................................................................................... 38-3912.2.4. Sekantendruckmodul für Belastungszeiten < 0,01h ............................................................. 4012.2.5. Sekantendruckmodul für Belastungszeiten < 100h .............................................................. 4112.2.6. Sekantendruckmodul für Belastungszeiten < 10000h ........................................................... 42
13.Berechnungsbeispiel ............................................................................................................... 43-51
14. Reibwerte ............................................................................................................................. 52-67
15.Verschleißkurven von Werkstoffen der ZEDEX-Serie ................................................................... 68
16.Kurzzeit Spannungs-Dehnungs-Funktionen ............................................................................... 69-71
17.Temperaturentwicklung von Radialgleitlagern ............................................................................. 72
18.Temperaturverlauf .................................................................................................................... 73
19.Einbaubedingungen ................................................................................................................ 74
20.Abmessungsliste Buchsen für Gleitlager (zylindrisch) ................................................................ 75-115
21.Abmessungsliste Buchsen für Gleitlager (mit Bund) ................................................................... 116-128
22.Index ..................................................................................................................................... 129-133
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Die Abmessungen der ”Buchsen für Gleitlager aus ZEDEX-Kunststoffen" sind in Anlehnung an folgendeNormen festgelegt:
DIN 1494 Teil 1DIN 1498 Form F (ohne Schlitz)DIN 1552 Teil 1DIN 1850 Teil 1,3,4,5
Alle aufgeführten Buchsen werden in vier verschiedenen Lagerspielklassen angeboten.
Lagerspiel-klasse
Kurz-zeichen
empfohleneGehäuse-bohrung)*
ISO Toleranz derBohrung d1 nachdem Einpressen
Kurzzeichen inder
ArtikelnummerAnwendung / Einschränkungen
Grob C H5 C8 C08höchste Tragfähigkeit bei hohen
Umgebungstemperaturen
Standard D H5 D8 D08 volle Tragfähigkeit
Fein F H5 F8 F08hohe Präzision
Bei hoher Gleitgeschwindigkeitverminderte Belastung
Negativ N H5 N8 N08höchste Präzision
max. Gleitgeschwindigkeit bis10m/min
Tab.1: Lagerspielklassen )* = siehe Kap. 4.1.
Die Größt- und Kleinstdurchmesser für die eingepresste Buchse (d1max und d1min) für die Standardausführungsind in den Abmessungslisten angegeben. Für andere Lagerspielklassen sind die Werte aus der ISO Toleranz-tabelle zu entnehmen.
Abb.1: Artikelschlüssel
Gleitlagerbuchsen können auch nach Kundenwunsch gefertigt bzw. nachbearbeitet werden.Ä Nehmen Sie die kostenlose Beratung unserer Anwendungstechnik in Anspruch. Ä Senden Sie den beigefügten Fragebogen an uns ausgefüllt zurück. ÄWir legen für Sie die Lagerung kunststoffgerecht aus, und liefern Ihnen eine Tragfähigkeits- und Lebensdauerberechnung.
1. Vorwort
Vor
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Beispiel:
Aufbau der Artikelnummer:
Z 1A D08 001003001
Lagerspielklasse:} }
Materialkürzel:ZX-100A 1AZX-100EL63 1GZX-100K 1KZX-100MT 1TZX-324 3AZX-324V1T 3HZX-324V2T 3FZX-324V3T 3JZX-324V11T 3LZX-324VMT 3B
}Grob C08Standard D08Fein F08Negativ N08
Form:Zylindrisch ZZylindrisch mit Bund B
Z 5D 001003001D08
hierbei bedeuten:Z = zylindrische Form5D = Material ZX-530D08 = Standard Lagerspielklasse ISO D8
ZX-410 4AZX-530 5DZX-550 5LZX-720 7AZX-750V1T 9AZX-750V2T 9CZX-750V3 9BZX-750V3T 9FZX-750V4T 9D
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2. Materialübersicht
ZX-100A
ZX-100EL63
ZX-100K
ZX-100MT
ZX-324
Standard-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Sonder-Werkstoff
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -100°C bis +55°C (+70°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 20N/mm2 (60 N/mm2 kurzzeitig)Stöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und Wassereinsatznegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA
budget-priced
- wartungsfrei- verschleißfest- niedrige Reibung- große Dämpfung- verminderte Präzision- schlagfest- vibrationsfest- Lebensmittelfreigabe- preisgünstig
vibration damper- wartungsfrei- verschleißfest- elastisch, biegsam- Shore Härte 63D- sehr große Dämpfung- hoch schlagfest- vibrationsfest
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +55°C (+70°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 10m/minFlächenpressung bis 3N/mm2 (10 N/mm2 kurzzeitig)Stöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und WassereinsatzChemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Gummi, Elastomere
allrounder- wartungsfrei- verschleißfest- niedrige Reibung- schlagfest- vibrationsfest- preisgünstig
allrounder-high quantity- wartungsfrei- verschleißfest- niedrige Reibung- geringe stick-slip Gefahr- große Dämpfung- schlagfest- vibrationsfest- Lebensmittelfreigabe- preisgünstig
high static stress- wartungsfrei- niedrige Reibung- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 250 °C- hoch schlagfest- vibrationsfest- gute Chemikalien- beständigkeit- hydrolysebeständig
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -150°C bis +70°C (+90°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 25N/mm2 ( 75N/mm2 kurzzeitig)Kantenpressung bzw. Geometriefehler zulässigStöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und WassereinsatzChemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA,DU
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -30°C bis +80°C (+100°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 28N/mm2 (85 N/mm2 kurzzeitig)Stöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und WassereinsatzChemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -100°C bis +180°C (+220°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 5m/minFlächenpressung bis 50N/mm2 (125 N/mm2 kurzz.)Kantenpressung bzw. Geometriefehler zulässigStöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und Wassereinsatzaggressive Chemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA ,PEEK
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2. Materialübersicht
ZX-324V1T
ZX-324V2T
ZX-324V3T
ZX-324VMT
ZX-410
Standard-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Sonder-Werkstoff
Sonder-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +160°C (+200°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 5m/minFlächenpressung bis 40N/mm2 (120N/mm2 kurztg.)Kantenpressung bzw. Geometriefehler zulässigStöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und Wassereinsatzaggressive Chemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA ,PEEK
budget-priced high tech- wartungsfrei- verschleißfest- geringer Verschleiß bei Temperaturen bis 250°C- niedrige Reibung- geringe stick-slip Gefahr- geringe Temperatur- entwicklung- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 250 °C
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +170°C (+210°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 40m/minFlächenpressung bis 45N/mm2 (125 N/mm2 kurzztg)Kantenpressung bzw. Geometriefehler zulässigStöße und VibrationenSchmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und Wassereinsatzaggressive Chemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA , PEEK
low speed- wartungsfrei- verschleißfest- fallender Verschleiß bei steigenderTemperatur- niedrige Reibung- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 250 °C
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +180°C (+240°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 43N/mm2 (130 N/mm2 kurzztg.)Stöße und VibrationenAußeneinsatz und Wassereinsatzaggressive ChemikalienErsatz für Bronze, POM, PA , PEEK
low speed, high temperature
- wartungsfrei- verschleißfest- niedrige Reibung- fallende Reibung mit steigender Temperatur- hohe Festigkeit bei Temperaturen über 100 °C
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +210°C (+250°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 50N/mm2 (150 N/mm2 kurzztg.)Außeneinsatz und WassereinsatzChemikalienErsatz für Bronze, POM, PA , PEEK
high static stress, high temperature
- wartungsfrei- verschleißfest- geringer Verschleiß bei Temperaturen bis 250°C- niedrige Reibung- fallende Reibung mit steigender Temperatur- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 250 °C
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +150°C (+190°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 50N/mm2 (140 N/mm2 kurzztg.)Schmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und Wassereinsatznegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA ,PEEK
high pv-value- wartungsfrei- niedrige Reibung- geringe Temperatur- entwicklung- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 150 °C- hydrolysebeständig
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2. Materialübersicht
ZX-530
ZX-550
ZX-720
ZX-750V1T
ZX-750V2T
Lager-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Standard-Werkstoff
Sonder-Werkstoff
Sonder-Werkstoff
high speed- wartungsfrei- verschleißfest- geringer Verschleiß bei Temperaturen bis 200°C- niedrige Reibung- geringe stick-slip Gefahr- sehr geringe Temperatur- entwicklung- sehr gute Chemikalien- beständigkeit
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -30°C bis +110°C (+130°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 200m/minFlächenpressung bis 30N/mm2 (80 N/mm2 kurzzeitig)Außeneinsatz und Wassereinsatzaggressive Chemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA. , PEEK, PTFE-Compunds
agressive chemicals- wartungsfrei- verschleißfest- sehr geringer Verschleiß- sehr niedrige Reibung- geringe stick-slip Gefahr- geringe Temperatur- entwicklung- extrem gute Chemikalien- beständigkeit- hydrolysebeständig
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -100°C bis +110°C (+130°C)Gleitgeschwindigkeit 10 bis 200m/minFlächenpressung bis 8N/mm2 (20 N/mm2 kurzzeitig)Schmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und Wassereinsatzaggressive Chemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA , PEEK, PTFE-Compounds
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -100°C bis +110°C (+130°C)Gleitgeschwindigkeit 10 bis 200m/minFlächenpressung bis 10N/mm2 (20 N/mm2 kurzzeitig)Schmutz und abrassive PartikelAußeneinsatz und WassereinsatzChemikaliennegatives Lagerspiel möglichErsatz für Bronze, POM, PA ,PEEK, PTFE-Compound
low friction- wartungsfrei- verschleißfest- sehr niedrige Reibung- geringe stick-slip Gefahr- sehr geringe Temperatur- entwicklung- gute Chemikalien- beständigkeit- hydrolysebeständig
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +220°C (+260°C)Gleitgeschwindigkeit 40 bis 150m/minFlächenpressung bis 60N/mm2 (170 N/mm2 kurzztg.)Ersatz für Bronze, POM, PA , PEEK
high temperature, high rigidity
- wartungsfrei- verschleißfest- geringer Verschleiß bei Temperaturen bis 200°C- niedrige Reibung- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 250 °C
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +220°C (+260°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 100m/minFlächenpressung bis 50N/mm2 (150 N/mm2 kurzztg.)Ersatz für Bronze, POM, PA , PEEK
high temperature,high workinglife
- wartungsfrei- verschleißfest- konstante Reibung mit steigender Temperatur und Flächenpressung- extrem hohe Festigkeit
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2. Materialübersicht
ZX-750V3T
ZX-750V4Sonder-Werkstoff
Sonder-Werkstoff
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +230°C (+270°C)Gleitgeschwindigkeit 10 bis 250m/minFlächenpressung bis 70N/mm2 (180 N/mm2 kurzztg.)Außeneinsatz und WassereinsatzErsatz für Bronze, POM, PA , PEEK
high temperature, high rigiditiy
- wartungsfrei- verschleißfest- geringer Verschleiß bei Temperaturen bis 200°C- geringe stick-slip Gefahr- hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 270 °C
Einsatzbereiche:Umgebungstemperatur: -50°C bis +210°C (+250°C)Gleitgeschwindigkeit 0 bis 200m/minFlächenpressung bis 35N/mm2 (120 N/mm2 kurzztg.)Außeneinsatz und WassereinsatzErsatz für Bronze, POM, PA , PEEK
high temperature, high speed
- wartungsfrei- verschleißfest- sehr niedrige Reibung- geringe stick-slip Gefahr- geringe Temperatur- entwicklung
9Wolf Kunststoff-Gleitlager GmbH • Heisenbergstr. 63 - 65 • 50169 Kerpen-Türnich • Tel. 02237/9749-0 • Fax. 02237/9749-20
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2.Materialübersicht
Tab. 2: Materialeigenschaften
Festigkeit physikalisch elektrisch
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[kg/
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10Wolf Kunststoff-Gleitlager GmbH • Heisenbergstr. 63 - 65 • 50169 Kerpen-Türnich • Tel. 02237/9749-0 • Fax. 02237/9749-20
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2.Materialübersicht
Tab. 2: Materialeigenschaften
Gleitlager tribologisch Reibung Verschleiß Präzision Umgebungseinflüsse sonst. Ersatz für ...
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11Wolf Kunststoff-Gleitlager GmbH • Heisenbergstr. 63 - 65 • 50169 Kerpen-Türnich • Tel. 02237/9749-0 • Fax. 02237/9749-20
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3.Gleitlager
Gleitlager nehmen die Laufzapfen von Achsen oderWellen auf. Man unterscheidet Radiallager für Quer-kräfte und Axiallager für Längskräfte. Außerdem kenntman noch Führungslager, die die Welle lediglich inihrer Lage führen und keine definierbaren Kräfte auf-zunehmen haben.Die Lagerzapfen laufen mit Gleitreibung unter Öl, Fett,Wasser oder sogar ohne Schmierung (d.h.im Trocken-lauf) in den Lagerbuchsen um.
3.1.Gleitlager aus Kunststoff
Aufgrund der großen Kontaktfläche der Gleitlager (zw.Welle und Gleitlagerbuchse) und aufgrund der großenDämpfung von Kunststoffen, laufen unsere Gleitlagerim allgemeinen ruhiger und sind unempfindlichergegen Kantenpressung, Stöße und Erschütterungenals Wälz-lagerungen. Gleitlager benötigen keine Dicht-ungen, da sie unempfindlich gegen Schmutz sind.Gleitlager sind einfach aufgebaut und können ohneSchwierigkeiten auch geteilt hergestellt werden(Abb.9).Bei reiner Flüssigkeitsreibung erreichen sie eine fastunbegrenzte Lebensdauer und können mit höchstenDrehzahlen laufen.Im allgemeinen sind sie billiger als Wälzlager.
3.1.1.Gleitlager-Werkstoffe
Alle in diesem Katalog aufgeführten Buchsen für Gleit-lager werden nur aus Kunststoffen der WOLF–ZEDEX-Serie -siehe Kap. 2- angeboten.
3.1.2.Gleitlager-Form und Abmessungen
In dieser Broschüre werden Gleitlager aus Kunststoffangeboten, deren Abmessungen nachfolgenden DIN -Normen entsprechen.Dadurch wird erreicht, dass metallische Gleitlagernach DIN durch solche aus Kunststoff ersetzt werdenkönnen, ohne die Abmessungen und Toleranzen derAnschlussteile ändern zu müssen.
- DIN 1850 Massivbuchsen als Einpress-Buchsen in Gehäuse
- DIN 1552 zum Aufpressen auf Zapfen
- DIN 1494 gerollte Buchsen als Einpress-Buchsen
- DIN 1498 wesentlich dickwandiger als Einpress-Buchsen
Gleitlager
Die aufgeführten Buchsen werden standardmäßig ohneSchmiernuten, Schmiertaschen, Ölbohrung und ohneSchlitz angeboten.Falls diese erforderlich sind, sollten Sie dies gesondertanfragen.
12Wolf Kunststoff-Gleitlager GmbH • Heisenbergstr. 63 - 65 • 50169 Kerpen-Türnich • Tel. 02237/9749-0 • Fax. 02237/9749-20
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4. Konstruktionsrichtlinien
4.1. Befestigung der Buchsen zumEinpressen in das Gehäuse
4.1.1. Einpressen der Buchsen
Generell werden die Gleitlager-Buchsen durch einfachesEinpressen (kostengünstigste Befestigungsart) in derGehäusebohrung fixiert.
4.1.2. Übermaß der Buchsen
Da die Kunststoff-Legierungen der ZEDEX-Reihe einengeringeren Elastizitätsmodul als metallische Werkstoffeaufweisen, muss das Einpress-Übermaß des Buchsen-außendurchmessers größer gewählt werden als beigleichartigen Metall-Gleitlagern.Bei der Verwendung von Kunststoffen mit einem Zug E-Modul größer als 10000 N/mm² sollte das Einpress-übermaß eine Stufe geringer gewählt werden.Bei der Verwendung von Kunststoffen mit einem Zug E-Modul kleiner als 1000 N/mm² sollte das Einpressüber-maß eine Stufe größer gewählt werden.
Außendurchme-sser ¢d
2v (mm)
Übermaßminimal (mm)
Übermaßmaximal (mm) Stufe
6 bis 10 0,05 0,08 1
12 bis 20 0,08 0,12 2
22 bis 50 0,10 0,15 3
55 bis 100 0,15 0,20 4
105 bis 150 0,20 0,28 5
160 bis 230 0,25 0,35 6
Tab.3 : Standard Einpressübermaße
4.1.3. Aufnahmebohrung
4.1.3.1. Standardaufnahmebohrung
Alle Gleitlager-Buchsen sind für eine Press-Passung füreiner Aufnahmebohrung mit ausreichender Wanddickeund mit einer ISO-Toleranz von H5 ausgelegt.Alle Buchsen werden mit dem in der Tabelle 3 (Ein-pressübermaße) aufgeführten erforderlichen Übermaßengeliefert.
4.1.3.2. Spezielle Aufnahmebohrungen
Grundsätzlich ist die Verwendung von einer Aufnahme-bohrung mit einer von 5 abweichenden Qualität möglich(z.B. H6 oder H7).
In diesen Fällen vergrößert sich nur das obere Abmaßder Bohrung ø d1 - siehe Formel [2) - der Buchsen nachdem Einpressen.Die Einbaulagerspielvergrößerung, durch Verwendungeiner von H5 abweichenden ISO Toleranz, entnehmenSie bitte der Tab. 4 .
Einbaulagerspielvergrößerung Sv bei Verwendung einerAufnahmebohrung mit einer ISO Toleranz von
H6[µm]
H7[µm]
H8[µm]
H9[µm]
Gehäuseinnendurchmesser bis 3mm 2 6 10 21
Gehäuseinnendurchmesser über 3mm bis 6mm 3 7 13 25
Gehäuseinnendurchmesser über 6mm bis 10mm 3 9 16 30
Gehäuseinnendurchmesser über 10mm bis 18mm 3 10 19 35
Gehäuseinnendurchmesser über 18mm bis 30mm 4 12 24 34
Gehäuseinnendurchmesser über 30mm bis 50mm 5 14 28 51
Gehäuseinnendurchmesser über 50mm bis 80mm 6 17 33 61
Gehäuseinnendurchmesser über 80mm bis 120mm 7 20 39 72
Gehäuseinnendurchmesser über 120mm bis 180mm 7 22 45 82
Gehäuseinnendurchmesser über 180mm bis 250mm 9 26 52 95
Gehäuseinnendurchmesser über 250mm bis 315mm 9 29 58 107
Tabelle 4: Einbaulagerspielvergrößerung
d1 = Sv + ød1 [2]max
wobei:d1 = Oberes Abmaß der Gleitlager-
buchse bei Verwendung einesGehäuses mit einer von H5 ab-weichenden ISO Toleranz [mm]
Sv = Einbaulagerspielvergrößerung [mm]aus Tab. 4
ød1 ssmax = Oberes Abmaß der eingepre tenGleitlagerbuchse in ein Gehäusemit einer ISO Toleranz von H5aus Abmessungslisten [mm]( )
ISO Toleranzder
Aufnahne-bohrung
oberesAbmaß
(ø 30mm)[µm]
Differenzder
oberenAbmaße
[µm]
oberes Abmaßder Bohrung d1
nach demEinpressen
ausAbmessungsliste
[µm]
unteres Abmaßder Bohrung d1
nach demEinpressen
[µm]
H5 9 0 98 65
H6 13 4 98+4 =102 65
H7 21 12 98+12=110 65
H8 33 24 98+24=122 65
H9 52 43 98+43=141 65
Beispiel für eine Buchse mit Durchmesser d1= 30mm
Befestigung der Buchsen
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4.1.4. Befestigung bei hohen Temperatur-schwankungen
Da die durch das Einpress-Übermaß erreichte Tangential-spannung im Gleitlagerquerschnitt durch Spannungs-relaxation, hervorgerufen durch Temperatureinwirkung,verringert wird und sich so der Presssitz lockern kann,müssen beim Überschreiten der zulässigen Temp-eraturen (Abb.2) zusätzliche Sicherungs-und Komp-ensationsmaßnahmen vorgesehen werden.
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
zul.
Geh
äuse
tem
pera
tur[
°C]
ZX-1
00A
ZX-1
00EL
63ZX
-100
KZX
-100
MT
ZX-3
24ZX
-324
V1T
ZX-3
24V
2TZX
-324
V3T
ZX-3
24V
MT
ZX-4
10ZX
-530
ZX-5
50ZX
-720
ZX-7
50V
1TZX
-750
V2T
ZX-7
50V
3ZX
-750
V4T
Abb.2: Maximal zulässige Gehäusetemperatur
Die Sicherungsmaßnahmen können auf Formschlussbasieren (z.B. durch den Einbau der Buchse in eine Ring-nut (Abb.6a), oder durch Verwendung von Sicherungs-ringen) oder auch auf Kraftschluss (z.B.durch Einklebender Buchse in das Gehäuse, Abb.4).Diese Sicherungsmaßnahmen erfordern einegeschlitzte Buchse.
Als Kompensationsmaßnahme empfehlen wir dasSchlitzen der Buchse, damit sichergestellt wird, dassauch bei Veränderung der Umgebungstemperatur dieBuchse nicht klemmt.
4.2. Geschlitzte Buchse
Werden Gleitlagerbuchsen großen Temperaturschwank-ungen ausgesetzt,sollte die Gleitlagerbuchse zusätzlichzu den oben genannten Sicherungsmaßnahmen miteinem axialen Schlitz versehen werden, um damit dieGefahr der Spannungsrelaxation und der damit ver-bundenen Betriebslagerspielveränderung zu vermindern.Geschlitzte Buchsen können mit geringerem Betriebs-lagerspiel als ungeschlitzte Buchsen verwendet werden.
β
Abb. 3: geschlitzte zylindrische Buchse mit Bund
Der Schlitzwinkel β sollte je nach Breite der Buchsezwischen 15 bis 45° ausgeführt werden.Die Mindest- Schlitzbreite bs lässt sich mit der Formel[3] berechnen.
wobei:
bs = Schlitzbreite [mm]
[3]bs (d • 0,024) +0,22
d = Wellendurchmesser [mm]
Wenn die Buchse eingeklebt werden soll und der Wellen-durchmesser 100 mm überschreitet, sollte die Buchseals Segmentlagerung ausgeführt werden.
4.2.1. Befestigung geschlitzter Buchsen
4.2.1.1. Einkleben von geschlitzten Buchsen
Eingeklebte, geschlitzte Buchsen werden dann einge-setzt, wenn die zulässige Gehäusetemperatur aus Abb.2überschritten wird, und sich der Innendurchmesser derBuchse und das Betriebslagerspiel der Lagerung beigroßen Temperaturschwankungen nur gering veränderndarf.
Je nach Gleitlagerwerkstoff erfährt der Innendurch-messer der geschlitzten,geklebten Buchse bis zuTemperaturbereichen von -50°C bis +120°C keine Maß-veränderung.
Für das Einkleben empfehlen wir den "Klebstoff 100" ,welcher direkt von uns bezogen werden kann. DieserKlebstoff kann im Temperaturbereich von -40°C bis 80°C eingesetzt werden.Für Temperaturen oberhalb 80 °C empfehlen wir uns-eren "Klebstoff 200", welcher kurzzeitig bis zu 120°Cverwendet werden kann.Die Buchsen sollten am Außendurchmesser mit einerWendelnut und mit einem Untermaß versehen werden,damit der Klebstoff bei der Montage nicht abgestreiftwird. Siehe Abb. 4.
Nach Aushärtung des Klebstoffes muss die Bohrungder Buchse zum Erreichen der endgültigen Toleranzennachbearbeitet werden.
Klebstoff
Abb. 4: eingeklebte Gleitlagerbuchse
Befestigung bei hohen Temperaturschwankungen
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4.3. Schwimmende Buchse
Bei einer schwimmend gelagerten Buchse wird die Buch-se ohne Vorspannung in eine Metallhülse eingebracht.Die geschlitzte Buchse kann sich im eingebauten Zu-stand entweder im Gehäuse oder auf der Wellebewegen.Um eine mögliche axiale Verschiebung zu vermeidenkann die Buchse, wie in Abb. 5 dargestellt, eingebautwerden.
Abb. 5: schwimmend gelagerte Gleitlagerbuchse
4.4. Gekammerte Buchse
Buchsen werden gekammert eingebaut, um die Druck-belastbarkeit zu erhöhen und um die Verformungen(Welleneinsenkung siehe Kap.12.2.3.2.) bei lang-fristiger Belastung zu reduzieren.
Die Buchse wird in radialer Richtung mit Vorspannungund zusätzlich in axialer Richtung, je nach Werkstoffund Belastung, spielfrei oder mit Vorspannung montiert.
Abb. 6a: gekammert Abb. 6b: nicht gekammert
4.5. Aufgepresste Buchse
1,0
4bi
s1,
06
xd
jena
chW
erks
toff
Abb.7: aufgepresste Gleitlagerbuchse
4.6. Geklemmte Buchse
Abb. 8: eingeklemmte Gleitlagerbuchse
4.7. Geteilte Lager
Geteilte Lager werden meist aus montagetechnischenGründen eingesetzt.Der gesammte Lagerblock besteht aus Kunststoff.Damit die durch die Schraubenverbindung entstehendenDruckspannungen kein Kriechen des Lagerblocks ver-ursachen, sollte in den Kunststofflagerblock eine Stahl-hülse eingesetzt werden, von der die Schraubenkraftaufgenommen wird. (Siehe Abb. 9).
Abb.9: geteiltes Lager
4.8. Einpressen von Bundbuchsen
Beim Einpressen von Bundbuchsen weisen wir daraufhin, dass der Bund nicht mit eingepresst werden darf, daes im Bundbereich zu einer Lagerspielverengungkommen kann.
falsch richtig richtig und preiswerter
Abb.10: eingepresste Bundbuchse
Befestigung der Buchsen
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5. Auswahl der Geometrie(Abmessung der Gleitlager-Buchse)
5.1. Lagerabmessungend ød
1
sk
b
øD
1
øD
Abb. 11: Benennung des Radialgleitlagers
5.1.1. Lagerwanddicke (sk)
Je nach Beanspruchung des Gleitlagers ist eine dickeoder dünne Ausführung der Wanddicke bessergeeignet.
Ausführung DIN
extrem dünnwandig 1494 Teil 1
dünnwandig
1498 Form F1850 Teil 11850 Teil 51552 Teil 1
dickwandig1850 Teil 31850 Teil 4
Tab. 5: Wanddicken-Einteilung
5.1.1.1. Lagerwanddicke (sk) für hohestatische Belastung
Bei hoher statischer Belastung tritt in der Regel eineelastische und unter Umständen (bei längerer Ein-wirkungszeit) auch eine plastische Verformung der be-anspruchten Gleitflächen auf .
Diese Verformungen sind proportional zu der Wanddickeder Kunststoffbuchse, so daß die Präzision der Buchsemit zunehmender Wanddicke abnimmt.Bei statisch hoch beanspruchten Gleitlagern ohne star-ke Stoßbeanspruchung sollte deshalb eine möglichstdünnwandige Buchse verwendet werden, oder dieGleitlagerbuchse gekammert eingebaut werden.(SieheKap 4.4.).
5.1.1.2. Lagerwanddicke (sk) für hohe Stoß-beanspruchung bzw.Vibrationsbeanspruchung
Für diese Beanspruchung sollte eine möglichst großeDämpfung erreicht werden.Da mit zunehmender Material-dicke die Dämpfung der Kunststoffbuchse zunimmt,sollte bei Stoßbeanspruchung eine dickwandigere Buch-se bevorzugt werden. (siehe Kap.9.)
5.1.1.3. Lagerwanddicke (sk) für hohedynamische Belastung
Um eine thermische Überbelastung des Gleitlagers zuvermeiden, sollte die bei hoher dynamischer Belastungentstehende Reibwärme möglichst schnell von der Gleit-fläche des Gleitlagers abgeleitet werden.Da in den meisten Fällen die Welle metallisch mithoher Wärmeleitfähigkeit ausgeführt ist, erfolgt dieWärmeableitung im wesentlichen über die Welle.Die Wärmeableitung durch das Gleitlager ist wegen derschlechten Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe sehrgering.Weiterhin ist die Wärmeableitung durch das Gleitlagerantiproportional zur Wanddicke, so dass bei dünn-wandigen Gleitlagerbuchsen die Wärmeableitung durchdas Gleitlager größer ist.Das Verhältnis, zu welchen Teilen die Wärme über dasGehäuse bzw. über die Welle abgeführt wird, ist ab-hängig von der Masse der Welle, also bei gegebenerDichte und gegebenem Wellendurchmesser nur nochvon der Länge der Welle.Zum Beispiel wird bei dünnwandigen Buchsen mit ei-nem Durchmesser von 12mm bei einer Wellenlänge vonca.10mm 30% der Wärme über die Welle abgegebenund bei 50mm Wellenlänge wird ca. 50% der Wärmeüber die Welle abgeführt.Bei Wellenlängen ab 200mm wird 70% der Wärme überdie Welle abgeführt.Daraus folgt, dass Gleitlagerungen mit kurzen Wellen(Länge kleiner 50mm) und dickwandigen Gleitlager-buchsen schnell thermisch überbeansprucht werden.Diese Gefahr besteht insbesondere bei der Verwendungvon dickwandigen Buchsen mit kleinem Innendurch-messer.Weiterhin folgt daraus, dass bei sehr langen Wellen(Länge größer 200mm) in Kombination mit dickwand-igen Gleitlagerbuchsen diese Gefahr wesentlichgeringer ist, so daß dickwandige Buchsen in Kombi-nation mit langen Wellen durchaus bei hoher dyn-amischer Belastung eingesetzt werden können.Ist ein Einsatz von dickwandigen Buchsen (z.B.wegender viel besseren Dämpfung ) erforderlich, muss berück-sichtigt werden, dass eine dickwandige Gleitlagerbuchseein größeres Einbaulagerspiel (hervorgerufen durch diegrößere Wanddickendehnung und die schlechtereWärmeableitung) als ein dünnwandiges Gleitlager er-fordert.
Auswahl der Geometrie
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5.1.1.4. Lagerwanddicke (sk) bei Kanten-pressung
Ist bei einer Konstruktion einer Lagerstelle mit Geo-metrie- und Fluchtungsfehlern zu rechnen, sollten mög-lichst dickwandige Buchsen verwendet werden, damitdie Wand der Gleitlagerbuchse, die in diesem Fall auchals Feder-Dämpfer- Element wirkt, eine flachere Feder-konstante erhält.Dadurch werden größere Verformungen (Anpassung derBuchse an die fehlerhafte Geometrie) möglich und so-mit die auftretenden Spannungen reduziert und die Lebensdauer wesentlich erhöht.
5.1.2. Buchsenbreite b
Die in der Praxis am häufigsten verwendeten Buchsensind nicht breiter als ca. 0,8 bis 1,2 x Wellendurch-messer. Die Gründe dafür liegen in den Produktions-kosten (in der Regel kostet eine breite Lagerbuchse mehrals zwei halbe Buchsen) und in der spez. dynamischenTragfähigkeit.Je größer das Verhältnis b/d wird, desto kleiner wird diespez. dynamische Tragfähigkeit einer Gleitlagerbuchse(siehe Abb.26), da die Gefahr der Überhitzung (durchWärmestau in der Mitte der Gleitlagerbuchse) mit zu-nehmender Buchsenbreite ansteigt.
5.2. Lagerspiel
5.2.1. Innendurchmesser der Gleitlager-buchse nach der Montage
Die Gleitlagerbuchsen werden in vier verschiedenenLagerspielklassen angeboten.
Je nach Belastung und Präzisionsanforderung der An-wendung kann ein großes (D), kleines (F) oder sogarnegativ(N) (mit Vorspannung) ausgeführtes Einbaulager-spiel gewählt werden.
Alle Gleitlagerbuchsen der Standardausführung (Kurz-zeichen "C") besitzen nach dem Einpressen in das Ge-häuse mit der Toleranz H5 den Innendurchmesser mitder ISO Toleranz D8.In der Abmessungsliste sind jeweils für diese Lager-spielklasse die Größt- und Kleinstdurchmesser (d1minbzw. d1max) angegeben.
Für andere Lagerspielklassen sind die Werte aus derISO Toleranz-Tabelle zu entnehmen.
Bei Verwendung von Gehäusen mit größeren Toleranz-feldern vergrößert sich die Bohrung der eingepresstenGleitlagerbuchsen entsprechend. (Siehe Seite 12).
5.2.2. Wellendurchmesser
Die Toleranz des Wellendurchmessers darf das Nenn-maß nicht überschreiten, damit das Mindest einbaulager-spiel nicht unterschritten wird.Somit sind nach ISO die Lagen des Toleranzfeldes "a"bis "h" für die Welle zulässig.Für die Qualität der Welle empfehlen wir ISO Toleranz-klasse 6 bis 7 .Als Standardtoleranz der Welle empfehlen wir eine ISOToleranz von h6 oder h7.
Bei anderen Abmaßen der Welle kann der Innendurch-messer der Gleitlagerbuchse angepasst werden, um dasgewünschte Spiel zu erreichen. (Siehe Vorwort).
5.2.3. Einbaulagerspiel
Das Einbaulagerspiel wird durch die Abmaße derGleitlagerbohrung ød1 im eingebauten Zustand und durchdie Toleranz des Wellendurchmessers festgelegt.Das Einbaulagerspiel wird gemessen bei Normklima(20°C und 50% rF), nach dem Einpressen der Gleitlager-buchsen in den Lagersitz mit einer ISO Qualität von H5,im betriebsfertigen Zustand.
Das minimale und maximale Einbaulagerspiel ergibt sichnach folgenden Formeln:
Se = ød1 - Ao 4min Wellemin [ ]
Se = ød1 - Au [5]max Wellemax
wobei:Se = EinbaulagerspielAu = unteres AbmaßAo = oberes Abmaßød1max = aus Formel [2]ød1 = Abmessungslistenmin
Ob Gleitlagerbuchsen mit vermindertem Einbaulagerspielfür Ihre Anwendung geeignet sind, ist von der Belastungabhängig und wird im Verlauf der Gleitlagerberechnunggeklärt. (Siehe Kap. 12.2.)
Lagerspiel
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5.2.4. Betriebslagerspiel
Wird die eingebaute Buchse unter Betriebsbedingungenbetrieben, stellt sich das Betriebslagerspiel ein.Es unterscheidet sich vom Einbaulagerspiel im wesent-lichen durch Maßveränderungen, hervorgerufen durchdie Belastung des Gleitlagers und den Einfluß derUmgebungstemperatur .
5.2.4.1. Lagerspielveränderungen durchFeuchtigkeit
Die Gleitlager aus den Kunststofflegierungen der ZX -Serie erfahren durch Luftfeuchtigkeit keine wesentlicheLagerspielveränderung.Selbst bei einem Betrieb direkt im Wasser wird beikeinem ZX - Werkstoff eine wesentliche Maßveränderunghervorgerufen.
5.2.4.2. Lagerspielveränderungen durchTemperatur
Da die linearen Ausdehnungskoeffizienten von denKunststofflegierungen der ZX-Serie bis zu sieben malgrößer sind als der von Stahl, reduziert sich das Betriebs-lagerspiel je nach Gehäuse und Gleitlagerwerkstoff mitzunehmender Temperatur.
Für ungeschlitzte Buchsen lässt sich das Betriebslager-spiel nach Formel [6] berechnen.
wobei:
∆SϑZ = Lagerspielveränderung durch Temperaturver-änderung von ungeschlitzten Buchsen [mm]
αBu = Ausdehnungskoeffizient des Gleitlagers ausTab. 6 [1/ºC]
∆ϑ = Temperaturveränderung [ºC]d2 = [mm]Buchsenaußendurchmesser
[6]∆SϑZ=
αGeh = Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses ausTab. 6 [1/ºC]
∆ϑ•( •( - )d2 Buα αGeh Wα - d1 • )
d1 = Buchseninnendurchmesser [mm]αw = Ausdehnungskoeffizient der Welle aus
Tab. 6 [1/ºC]
Für Buchsen, die mit einem Schlitz versehen sind, wirddas Betriebslagerspiel nach Formel [7] berechnet.
wobei:
∆SϑS = Lagerspielveränderung durch Temperaturver-änderung von geschlitzten Buchsen [mm]
αBu = Ausdehnungskoeff izient des Gleitlagers ausTab. 6 [1/ºC]
∆ϑ = Temperaturveränderung [ºC]d2 = [mm]Buchsenaußendurchmesser
[7]∆SϑS=
αGeh = Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses ausTab. 6 [1/ºC]
∆ϑ α•( - 2•skd • - d •2 Geh 1 Wα α Bu Bu• )
d1 = Buchseninnendurchmesser [mm]αw = Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses aus
Tab. 6 [1/ºC]
skBu = [mm]Buchsenwanddicke = (d2- d1) / 2
Material
Ausdehnungs-koeffizient bis
50 °C(1/K)
Ausdehnungs-koeffizient bis
80 °C(1/K)
Ausdehnungs-koeffizient bis
100 °C(1/K)
Ausdehnungs-koeffizient bis
150 °C(1/K)
Ausdehnungs-koeffizient bis
200 °C(1/K)
Ausdehnungs-koeffizient bis
250 °C(1/K)
ZX-100A 6,6*10 -5 6,9*10- 5 8,7*10-5 13,2*10 -5
ZX-100EL63 14*10-5
ZX-100K 6*10 -5 7*10- 5 8*10-5 12*10 -5
ZX-100MT 5,5*10 -5 6,2*10- 5 7,1*10-5 10,7*10 -5
ZX-324 5,6*10 -5 5,9*10 -5 9,5*10 -5
ZX-324V1T 5,6*10 -5 5,9*10 -5 9,5*10 -5
ZX-324V2T 6,2*10 -5 6,5*10 -5 10,4*10 -5
ZX-324V3T 4,8*10- 5 5,0*10 -5 9,6*10 -5
ZX-324VMT 3,5*10 -5 3,8*10 -5 6,9*10 -5
ZX-410 5,5*10-5 5,8*10 -5
ZX-530 6,0*10-5 9,0*10 -5
ZX-550 12*10-5 16*10 -5
ZX-720 14,4*10- 5 19,2*10 -5
ZX-750V1 3,2*10 -5
ZX-750V2 3*10 -5
ZX-750V3 3,6*10 -5
ZX-750V4 6,2*10 -5 6,5*10 -5 10,4*10 -5
Stahl 1,2*10- 5
Gußeisen 1,05*10 -5
Aluminium 2,38*10- 5
Messing 1,85*10 -5
Tab. 6: Thermische Längenausdehnungskoeffizienten
Achtung:Buchsen, die geschlitzt und eingeklebt werden, erfahrendurch Temperaturänderung keine Veränderung des Innen-durchmessers. (Siehe Kap. 4.2.1.)
Lagerspiel
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6.Gegenlaufmaterial(Welle,Achse)
6.1.Werkstoff
Als Gegenlaufmaterial können nachfolgende Werkstoffeeingesetzt werden (relative Werkstoffkosten).Farbig gedruckte Werkstoffe innerhalb einer Gruppe sindzu bevozugen.
6.1.1.Metalle
6.1.1.1.Unlegierte Stähle nach DIN 17100 fürpreisgünstige Lösungen:
St 37-2k - für geringe Beanspruchung (1)St 44-2 - für mäßige BeanspruchungSt 50-2k - für mittlere Beanspruchung (1,5)St 52-3 (Vickershärte HV=170)
6.1.1.2. Niedrig legierte, gehärtete undangelassene Einsatzstähle nach DIN 17210für höchste Lebensdauer:
16MnCr5 - kleine Wellen (1,7)(Vickershärte HV=750)15CrNi6 - härtbar für große Wellen (2,1)
6.1.1.3. Vergütungsstähle nach DIN 17200 mitzähem Kern und harter Oberfläche:
C 45 - für kleine Wellen (1,6) (Vickershärte HV=170)42CrMo4 - für große Wellen (2)
6.1.1.4. Nicht rostende Stähle nach DIN 17440vergütbar:
X 20Cr13 martensitischer Stahl (3,2)X 20CrNi172 martensitischer Stahl (4,0)X40CrMoV51 martensitischer StahlX35CrMo17 martensitischer Stahl
6.1.1.5. Stähle für Randschichthärten nach DIN17212 gehärtet und angelassen:
CF 53 (Vickershärte HV=600)
6.1.1.6. Stahlguß nicht rostend DIN 17445Lösungsgeglüht und abgeschreckt:
G-X30CrNiSiNb2424 (Vickershärte HV=180)
6.1.1.7. Edelstähle nach DIN 17115 vergütet:23MnNiCrMo64 (Vickershärte HV=280)
6.1.1.8. Legierte Kaltarbeitsstähle nach DIN 17350gehärtet und angelassen:
X210Cr12 (Vickershärte HV=750)X155CrVMo121 (Vickershärte HV=750)100Cr6 (Vickershärte HV=750)X36CrMo17 (Vickershärte HV=500)
6.1.1.9. Legierte Warmarbeitsstähle nach DIN17350 gehärtet und angelassen:X40CrMoV51 (Vickershärte HV=450)
6.1.1.10. Schnellarbeitsstähle nach DIN 17350 gehärtet und angelassen:
S6-5-2 (Vickershärte HV=850)
6.1.1.11. Empfohlener Korrosionsschutz fürStähle:
Hartvernickeln z.B. KANIGE oder KANISIL 2000 Schicht-stärke je nach chemischer Beanspruchungsart 30 bis50 µm, vergütet auf 500 bis 800 Vickers und geschliffenauf RZ = 1 bis 4 µm.
6.1.2.NE Metalle
Aluminium und Aluminiumlegierungen sollen nur danneingesetzt werden, wenn die Oberflächenhärte ausrei-chend ist. Siehe 6.2. Oder die Oberfläche hartverchromtoder hartcoatiert ist. (Härte 300 bis 500 HV)Bei anderen NE-Metallen bitten wir Sie, hier unsere An-wendungstechnik einzuschalten, da hier mit höheremGleitverschleiß und höheren Reibungsbeiwerten gerech-net werden muss.
6.1.3.Kunststoffe
Als hervorragender Kunststoff "Wellenwerkstoff " em-pfehlen wir Inkupox CF.Dieser Werkstoff ist ein kohlefaserverstärkter Epoxidharzmit einem hervorragendem Verhältnis von Zugfestigkeit /Elastizitätsmodul, er ist extrem steif und sehr leicht, sodass er beim Leichtbau und bei überlangen Wellen Ver-wendung findet.
6.1.4. Lackierte Gleitflächen
Als Gegenlauffläche können auch lackierte metallischeGrundkörper dienen. Dies hat den Vorteil, dass der un-geschützte Grundkörper gegen Korrosion durch dieFarbe geschützt wird und die sichtbaren Gegenlaufflächenin allen Farbtönen ausgeführt werden können.In vielen Anwendungsfällen haben sich die Farb-modifikationen als ausreichend verschleißfest in Kombi-nation mit ZEDEX-100K erwiesen.Farbempfehlungen können auf Anfrage mitgeteilt werden.
Gegenlaufmaterial (Welle)
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6.2.Härte des Gegenlaufpartners
Bei sehr harten Wellenwerkstoffen entsteht kein Ver-schleiß an der Welle und der Verschleiß des Gleitlagerswird verringert.Dies wird durch den Einlaufverschleiß erreicht, indemdie Rauheitstäler der Wellenoberfläche durch denKunststoffabrieb gefüllt werden, so dass eine Glättungder Wellenoberfläche entsteht.
Bei weichen Wellenwerkstoffen kann es je nachKunststoffgleitpartner dazu kommen, dass die Rauheits-spitzen der Welle durch den Kunststoffgleitpartner ab-getragen werden und ein Glätten der Wellenoberflächenicht möglich ist, da ständig neue Rauheitsspitzen ab-brechen. Weiterhin verursachen die in der Lagerstelleverbleibenden Metallpartikel zusätzlichen Verschleiß.Exemplarisch ist in nachfolgender Abb.der Verschleiß inAbhängigkeit von der Härte des Gegenlaufpartners dar-gestellt.
Verschleiß bei 0,06µm Rz
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 200 400 600 800Vickershärte HV
Ver
schl
eiß
nach
144
0 km
[m
m]
ZX-100K
ZX-530
Je nach Anforderung und Härte der verwendetenGleitlagerwerkstoffe lassen sich die mindest erforder-lichen Härten in Funktion der Kugeldruckhärte desGleitlagerwerkstoffes ausTab.7 entnehmen.
Material Kugeldruckhärte DIN 53456H358/30 [N/mm2]
ZX-100A 92
ZX-100EL63 22
ZX-100K 136
ZX-100MT 153
ZX-324 174
ZX-324V1T 175
ZX-324V2T 175
ZX-324V3T 197
ZX-324VMT 231
ZX-410 159
ZX-530 136
ZX-550 34
ZX-720 31
ZX-750V1 147
ZX-750V2 202
ZX-750V3 -
ZX-750V4 164
Tab. 7: Kugeldruckhärten von ZX-Werkstoffen
0
100
200
300
400
500
600
700
Vic
kers
härte
HV
des
Sta
hlgl
eitp
artn
ers
50 75 100 125 150 175 200 225 250
Kugeldruckhärte H358/60 der Kunststoffbuchse [N/mm ]2
preisgünstige Lösungen, geringe Beanspruchunghohe Lebensdauer, volle Tragfähigkeit
Abb. 12: Härte des Gegenlaufmaterials
Eine Umrechnung auf die Zugfestigkeit und andere Härte-angaben der Metallgleitpartner ist mit der Abb. 13 mithinreichender Genauigkeit möglich.
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
2.200
Brin
ellh
ärte
HB
und
Zugf
estig
keit
Sta
hl[N
/mm
²]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Roc
kwel
lhär
teH
RC
200 400 600 800 1.000
Vickershärte HV
Rockwellhärte HRCBrinellhärte HBZugfestigkeit ca. 55HRC
ca. 575HB
Rm =1930 N/mm²
Abb. 13: Umrechnung Vickershärte, Brinellhärte und Zugfestigkeit für Stähle Näherungsweise
Ist damit zu rechnen, dass Schmutz oder abrasivePartikel in die Lagerstelle eindringen können, solltedie Härte des Gegenlaufmaterials härter gewähltwerden, als die Härte der abrasiven Partikel.Als weitere Schutzmaßnahme sollen Gleitlager-buchsen mit Nuten verwendet werden.Siehe Kap. 8.
Gegenlaufmaterial (Welle)
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6.3. Oberflächengüte der Metall-gleitfläche
Generell gilt für alle Legierungen der ZX-Serie: je kleinerdie Rauheit der Metallgleitfläche ist, desto geringer istder Verschleiß an der Kunststoffgleitfläche.
Weiterhin ist zu beachten, dass die durch die Bear-beitung der Metallgleitfläche entstandenen Bearbeitungs-riefen möglichst in Gleitrichtung verlaufen.
Da, bedingt durch den Einlaufverschleiß, eine Glättungder metallischen Gleitfläche stattfindet, lässt sich gleich-mäßiges Gleiten mit minimalem Verschleiß schon er-reichen, wenn die Oberflächengüte der metallischen Gleit-fläche 1,0µm Rz nicht überschritten wird.Diese Oberflächengüten sollten immer dann angewen-det werden, wenn Gleitlager der ZX-Serie eine extremhohe Lebensdauer erreichen müssen.
In der Praxis werden derartig hohe Oberflächengütenmeistens nicht angewendet, weil entweder der enormhohe Herstellungsaufwand wirtschaftlich nicht vertretbarist oder eine extrem hohe Lebensdauer der Lagerungnicht erforderlich ist.
Im Maschinenbau hat sich eine Kompromissoberflächen-rauhheit der Metallwelle von 4µm Rz- aus Herstellungs-aufwand und Lebensdauer des Gleitlagers durchgesetzt.Aus diesem Grunde sind alle in dieser Broschüre auf-geführten Labor- und Bauteilversuche mit einerOberflächenrauhheit von 4 µm Rz der Metallgleitflächendurchgeführt worden.Der Einfluß der Oberflächenrauhigkeit des Gleit-partners ist in Nachfolgender Abbildung dargestellt.
Verschleiß bei 400HV
00,05
0,10,15
0,20,25
0,30,35
0,40,45
0,01 0,1 1 10 100Rauhigkeit[µmRZ]
Ver
sch
leiß
nac
h 1
440
km [m
m]
ZX-100K
ZX-530
7.Schmierung
Eine Schmierung von Gleitlagern aus ZEDEX - Werk-stoffen ist grundsätzlich nicht erforderlich.Jedoch kann durch eine Schmierung die Leistungsfähig-keit der Buchsen verbessert werden, ohne die Tragfähig-keit der Lagerung negativ zu beeinflussen. Der Einflußder übertragbaren leistung in Abhängigkeit der Schmie-rung ist in nachfolgender Abbildung dargestellt.Auch verbessert eine einmalige Anfangsschmierung dasEinlaufverhalten der Gleitlagerbuchsen.
0
1
2
3
4
5
6
7
Korr
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fakt
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g
5 0 1 00 1 50 20 0 25 0 30 0
Gleitge sch windig ke it [m/m in]
Öl
Wa sserFett
T ro ckenFettsch mierung - be i Mon tage
7.1. Einfluß der Schmierung
Ä Verminderung der ReibungÄ Steigerung der LeistungsfähigkeitÄ Verminderung des VerschleißesÄ Erleichterung der EinlaufphaseÄ Vermeidung von TribokorrosionÄ GeräuschdämpfungÄ Verstärkung der StoßdämpfungÄ Kühlung der Gleitlager durch das SchmiermittelÄ Korrosionsschutz der MetallteileÄ Abdichtung der Lagerstelle
In der Überzahl der Anwendungen hat sich eine Schmier-ung der ZX - Werkstoffe als nicht erforderlich herausge-stellt, oft sogar wird der Wegfall einer Schmierunggefordert.
7.2. Einfluss der Temperatur auf dieSchmierstoffe
7.2.1.Viskosität
Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität vonSchmierstoffen ab. Sie werden niedrigviskos. Je nachchemischer Zusammensetzung des Schmierstoffs istder Tempratureinfluss mehr oder weniger stark ausge-prägt. Bei Temperaturen von 200°C erreichen vieleSchmierstoffe nur noch die Viskosität von Wasser,d.h.sie sind sehr dünnflüssig. Durch diese Viskositäts-abnahme können typische Probleme, vor allem bei derhydrodynamischen Schmierung und im Breitlaufverhaltenentstehen.
7.2.2.Oberflächenspannung
Schmierstoffe haben abhängig von ihrer chemischen Zu-sammensetzung unterschiedliche Oberflächenspann-ungen. Die Oberflächenspannung ist ein Maß für dieBenetzungsfähigkeit des Schmierstoffs auf dem jeweil-igen Lager- oder Wellenwerkstoff. Eine niedrige Ober-flächenspannung führt zu sehr gutem Benetzen, aberauch Kriechen und Migrieren des Schmierstoffs aus derLagerstelle. Eine hohe Oberflächenspannung führt zur
Schmierung
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Tropfenbildung und schlechten Benetzung, reduziert aberden Schmierstoffverlust und garantiert Lebensdauer-schmierung.Neben der Abhängigkeit von der Formulierung desSchmierstoffs ist die Oberflächenspannung sehr starkvon der Temperatur abhängig. Mit zunehmender Temp-eratur sinkt die Oberflächenspannung. Die Benetzungwird besser, die Haftung wird schlechter.In Kombination mit der durch die Temperaturerhöhungabnehmenden Viskosität können Öle bei hohen Temp-eraturen sehr schnell weite Umgebungsbereiche vonLagerstellen benetzen. Es kommt zur Reduzierung derSchmierstoffmenge im Lagerspalt und damit zu einerReduzierung der Lebensdauer, und / oder zu Geräusch-anstieg. Diese Vorgänge sind nicht reversibel.Beim Abkühlen des Öles bleibt der migrierte Bereichbenetzt. Das Öl nimmt nicht mehr den Weg zurück inden Kapillarspalt des Lagers. Da bei jedem erneutenAufheizen dieser Prozess fortgeführt wird, ist bei Hoch-temperaturanwendung besondere Vorsicht geboten.
Normalerweise sind synthetische Schmierstoffe, wie z.B.Ester, bei Raumtemperatur gut haftfähig.Bei Temperaturen über 100°C nimmt jedoch die Ober-flächenspannung soweit ab, dass sie in den Bereichvon Silikonölen kommt. Hier ist nun die scheinbare Ober-flächenspannung des Festkörpers höher als die desSchmierstoffs. Es kommt zur vollständigen Benetzungjedes erreichbaren Oberflächenelements. Die Bauteil-und Gehäuseoberflächen überziehen sich in diesem Fallmit einem geschlossenen Schmierstofffilm, und es kannzu drastischen Schmierstoffverlusten im Lager selbstkommen. Bei diesen Migrations- und Benetzungs-prozessen können große Entfernungen überwundenwerden.Es sind Kriechstrecken von einigen zehn Zentimeternfestgestellt worden. Damit können Schmierstoffe auchin Bauteilbereiche vordringen, an denen sie unerwünschtsind, z.B. elektrische Kontakte, Gehäuseabdichtungen,elektronische Bauelemente, optische Systeme, usw.In jedem Fall führt dieses Kriechen zum Schmierstoff-verlust und damit zu Mangelschmierung.
7.2.3. Verdampfung
Alle Schmierstoffe haben einen von ihrer chemischenZusammensetzung abhängigen Dampfdruck. Das be-deutet, jeder Schmierstoff gibt in gewissen Grenzen undin gewissem Umfang Moleküle an die Umgebungs-atmosphäre ab.Dieser Prozeß wird durch den Umgebungsdruck unddie Umgebungstemperatur beeinflußt. NiedrigerUmgebungsdruck führt zu schnellerer Verdunstung.Höhere Temperatur führt ebenfalls zu schnellerer Ver-dunstung. In manchen Fällen kann der Siedebereich vonSchmierstoffen mit niedriger Viskosität überschrittenwerden. Aber auch ohne ein Sieden der Flüssigkeit zuerreichen, können moderne Schmierstoffe ganz beacht-liche Verdunstungsraten erreichen. Diese Verdunstungs-raten können zu Schmierstoffverlusten von einigen Pro-zent pro Tag führen, wenn es sich um nicht geschloss-ene und abgedichtete Systeme handelt. Dieser Vorgang
Schmierstoffeist neben der Temperatur und dem Atmosphärendruckvon der freien Oberfläche abhängig.Hier sind vor allem durch Migration entstandene Ölfilmeempfindlich. Dort steht einer sehr großen verdunstetenFläche eine sehr geringe Schmierstoffmenge gegenüber.In diesen Bereichen kommt es zu sehr schnell ablauf-enden Verdunstungsvorgängen.Der Nachschub in die verdunsteten Oberflächen erfolgtdurch Kapillareffekte in den Rauhigkeiten der Ober-flächen selbst.
7.2.4. Alterung
Mit zunehmender Temperatur werden Schmierstoffe inGegenwart von Sauerstoff chemisch reaktiver.Die chemischen Prozesse, die bei Raumtemperatur sehrlangsam ablaufen, werden mit steigender Temperaturdrastisch beschleunigt.Hier gilt die van t´Hoff´sche Regel, nach der sich dieReaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktiondurch eine Temperaturanhebung um 10 K verdoppelt bisvervierfacht. So ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei200°C etwa 218 ( 260.000) mal schneller als bei 20°C.Wenn man dieses Verhalten im praktischen Vergleichanschaut, bedeutet ein Einsatz bei Raumtemperatur eineLebensdauer von 20 Jahren, ein Einsatz bei 200°C vonknapp einer Stunde.Die Schmierstoffe verändern ihre chemische Zusammen-setzung, die Viskosität und die Neutralisationszahl oderSäurezahl nehmen zu, und es werden in allen FällenAdditive abgebaut.Vor allem die Viskositätszunahme (oxidative Polymer-isation) verändert die Charakteristik des Schmierstoffsdrastisch. Bei längerer Einwirkungszeit von hohenUmgebungstemperaturen verwandeln sich mancheSchmierstoffe in klebrige Massen, gummiähnliche Sub-stanzen oder teer- und asphaltähnliche Produkte.Diese Schmierstoffe sind dann bei niedrigeren Temp-eraturen im Lagersystem nicht mehr funktionsfähig.
7.2.5. Fließgrenze von Fetten
Beim Einsatz von Fetten beginnt bei hohen Temperatur-en der Verdicker, in den meisten Fällen eine Metallseife,zu schmelzen. Der Schmierstoff verliert seine innereStruktur und wird vollkommen flüssig. Dieser Prozessist in der Regel reversibel, es kommt jedoch bei Temper-aturen über der Schmelzgrenze des Verdickers zumspontanen Breitlaufen.
Bei Hochtemperaturanwendungen muss deshalb kon-struktiv gewährleistet sein, dass ausreichende Schmier-stoffmengen im Bereich der tribologisch belastetenElemente vorhanden sind.Es empfiehlt sich der konstruktive Einbau von Öl-reservoirs und Ölbarrieren oder die Epilamisierung derBauteiloberflächen, um ein Abwandern des Öls aus derLagerstelle zu reduzieren.
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7.3. Schmierstoffe
7.3.1.Schmieröle
Schmieröle können nach ihrer Herkunft unterteiltwerden in:- Mineralöle- Tierische und pflanzliche Öle- Synthetische Öle- Sonstige, z.B. Wasser
Mineralöle, die aus Erdöl und teilweise aus Kohle ge-wonnen werden können, besitzen die größte Bedeutung.Sie bestehen aus Paraffinen, Naphthenen und Aroma-ten. Tierische und pflanzliche Öle wie Rizinusöl, Fisch-
Schmierstoffadditiveöl, Olivenöl u.a.werden für spezielle Anwendungen, z.B.in der Feinwerktechnik, verwendet.Damit die Schmieröle ihre komplexen Aufgaben erfüllenkönnen, müssen sie eine Reihe physikalischer undchemischer Eigenschaften besitzen.Für die Erzielung eines hydrodynamischen oder elasto-hydrodynamischen Schmierungszustandes ist die Vis-kosität von entscheidender Bedeutung; sie ist ein Maßfür die innere Reibung des Schmieröles.Damit Schmieröle über einen längeren Zeitraum unterhohen, komplexen Beanspruchungen ihre Funktion er-füllen können, werden ihnen häufig sogenannte Additivezugesetzt.Die wichtigsten Schmierstoffadditive sind mit ihren Auf-gaben, Wirkstoffen und Wirkungsweisen in Tabelle 8 ent-halten.
Additiv Aufgabe Wirkstoffe Wirkungsweise
Viskositätsindexverbesserer(VI-Verbesserer)
Verringerung der Viskositätsabnahme mitsteigender Temperatur
polymerisierte Olefine undIsoolefine, Polymethacrylate,Polyalkylstyrole u.a
Streckung