antriebstechnik 9/2017

Verschleißvolumen
WÄLZ- UND GLEITLAGER
gemeinsam, dass ihre Makro- und Mikrogeometrie sowie die
Werkstoffgefüge im Innern und an den Oberflächen in der Zusammensetzung
und der Härte-Zähigkeits-Relation nicht genügend
an die abrasiven Einsatzbedingungen unter dynamischer Beanspruchung
angepasst sind.
Äußere Ursache für die Ausfälle ist das komplexe Zusammenspiel
aus den mechanischen Eingangsgrößen wie Normalkraft- und
Gleitgeschwindigkeitsvektor in Betrag, Richtung und Richtungssinn,
weiteren Elementen des tribologischen Systems selbst mit
seinen Materialien, Umgebungs- und Reibungsbedingungen sowie
den daraus resultierenden Verlust- beziehungsweise Ausgangsgrößen.
Je grenzwertiger die grundlegenden Kennwerte der Lager
selbst bei der Konzeption angesetzt werden, umso größer ist der
Anteil der Festkörperreibung, die zu einer erhöhten Energie- und
Werk stoffdissipation, sprich zu einem ineffizienten Prozess führt.
Die Dr.-Ing. Folz Gleitlagertechnik GmbH hat daher mit den Gleitwerkstofffamilien
ZFO-P und Mainfree gleich zwei Produktreihen
für anspruchsvolle Hydraulikanwendungen entwickelt, die sich
durch ihre besondere monolithische Stahl-Struktur von den
Wettbewerbs produkten unterscheiden. Mit auf den spezifischen
Anwendungsfall tribologisch angepassten Grundwerkstoffen und
Gestaltungen der oberflächennahen Schichten wird eine höhere
Widerstandskraft gegen die kombiniert wirksamen Verschleißmechanismen
Adhäsion, Abrasion, Oberflächenzerrüttung und Tribooxidation
erreicht. Um eine längere Gebrauchsdauer zu erzielen,
sollte zuvor eine Analyse des in der Applikation dominierenden
Reibungs- und Verschleißmechanismus durch einen Experten von
Folz erfolgen.
Harte Kontaktflächen als Schmierhilfe
Vor allem die Werkstofffamilie der ZFO-P-Gleitlager, die auf verschiedenen
Spezialstählen mit hohen mechanischen Eigenschaften
wie Mangan-Vanadin- oder Mo-Legierungen basiert, eignet sich für
ein breites Einsatzgebiet und läuft mit geeigneten Gegenkörperachsen
aus randschichtgehärteten Vergütungs- oder Einsatzstählen
verschleißarm. Dafür wird die Mikrogeometrie der oberflächennahen
Schicht der ohnehin robusten Stähle durch besondere
Wärmebehandlungstechniken so verändert, dass ein neuer oberflächennaher
Verbundwerkstoff mit intensiver Verklammerung
zum Grundwerkstoff entsteht. Dieser Gleitlagertyp ist bei hohen
dynamischen Belastungen – auch bei konstanter Lastrichtung mit
nur rudimentärer Schmierwirkung und Temperaturen bis zu
400 °C – weitgehend unempfindlich gegen Abrasion und Oberflächenzerrüttung.
Er ist auch gewappnet gegen Verschleiß durch
Tribooxidation und Adhäsion. Die dynamische Belastung kann
dabei bis zu 120 N/mm² betragen. Einen direkten Austausch mit
gerollten Buchsen dünner Wandstärke, aus Verbundwerkstoff
oder Bronze, ermöglicht eine neue Technologie. So ist auch die
Fügung bei gröberen Gehäusetoleranzen, etwa nach H10, bei optimalerem
Gleitkontakt mit einfachen Hilfsmitteln und ausreichendem
Sitz realisierbar.
Die dynamischen Reibungskoeffizienten der ZFO-P-Lager reichen
von 0,08 bis 0,12. Spezielle, die gesamte Kontaktfläche zum
Gegenkörper überdeckende Rhombus-Nutenfacetten erhöhen die
Schmierwirkung durch feinverteilte Benetzung über die Eingriffsbreite.
Im Unterschied zu den häufig anzutreffenden „Lochbuchsen“,
die bei stoßartigen Lasten zur Rissbildung neigen, halten die
Rhombusgeometrien selbst hohen mechanischen Beanspruchungen
stand. Die unterschiedlichen Nutenkonfigurationen, von groben
bis feinen Mustern, werden auf die Einsatzbedingungen abgestimmt.
Die Vorteile bestehen darin, dass weniger Schmiermittel
benötigt wird und eine niedrigere Schmierfrequenz ausreichend
01
02
Optimale Lagerauslegung bei Abrasionsverschleiß
Verschleiß in Tieflage
Eingangsgrößen
{X}
Übergang
Abbildung:
{X} {Y}
Energiedeterminiertes
Gleit-Tribo-System
Grundkörper versus
Gegenkörper
Materialien
Reibungsbedingungen
Tribologische Prozesse
Verlustgrößen {Z}
Verschleiß in Hochlage
Abrasivkornhärte
Grundlegend basieren die Effizienz und Gebrauchsdauer auf
dem Zusammenspiel von Eingangsgrößen (X) wie Flächenpressung
und Geschwindigkeit sowie weiteren Eigenschaften
des Tribo-Systems selbst
Ausgangsgrößen
{Y}
ist. Häufig genügt eine minimalere periodische oder auch nur eine
einmalige initiale Schmierung. Auf diese Weise sinkt nicht nur der
Material- und Wartungsaufwand, auch lassen sich aufgrund des
geringeren Schmierungsbedarfs selbst hochwertigere und umweltfreundliche
Fette wirtschaftlich verwenden.
Gleitwerkstoff widersteht Abrasion
ohne Schmierung
Für Hydraulikzylinder, bei denen die Gleitflächen der Lagerpunkte
einem starken Abrasionsverschleiß ausgesetzt sind, z. B. im Untertage-Bergbau
oder in Gelenken von Unterwassergreifern, produF-
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