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Gleitlager Das Gleitlager – Funktion, Arten und Anwendung

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. UIlrich Höltkemeier / Stefanie Michel

Gleitlager sind neben dem Wälzlager die im Maschinenbau am häufigsten genutzten Lager. Welche Arten es gibt und wo sie eingesetzt werden, erfahren Sie hier.

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Das Einsatzgebiet von Gleitlagern liegt hauptsächlich dort, wo es auf hohe Maß- und Formgenauigkeit ankommt. Die Gleitlagerschale oder -buchse ist fest verbaut. Nur die Welle oder Achse dreht sich im Lager.
Das Einsatzgebiet von Gleitlagern liegt hauptsächlich dort, wo es auf hohe Maß- und Formgenauigkeit ankommt. Die Gleitlagerschale oder -buchse ist fest verbaut. Nur die Welle oder Achse dreht sich im Lager.
(Bild: GGB)

Das Gleitlager ist ein Lager, bei dem zwei Oberflächen aneinander vorbei gleiten. In der Regel erleichtert ein Schmierfilm dieses Gleiten. Die Gleitbewegung erfolgt direkt zwischen der Gleitschicht des Lagerkörpers und dem jeweils gelagerten Teil. Eingelagerte Schmierstoffe oder als feste Schicht auf einem Stützkörper aufgebracht stellen die Schmierung sicher. Fast alle Industriebereiche verwenden Gleitlager mit ihren vielfältigen und spezifischen Eigenschaften.

Einsatzzwecke von Gleitlagern

Durch ihre vielfältigen spezifischen Eigenschaften werden die Gleitlager in fast allen Industriebereichen erfolgreich eingesetzt. Gleitlager kommen zum Einsatz als:

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  • Radiallager für Lagerkräfte senkrecht zur Wellenmittelachse
  • Axiallager in Richtung zur Wellenmittelachse
  • Loslager für freie Längsverschiebung
  • Festlager für Aufnahme von Querkräften und Längskräften
  • Gleitstreifen
  • Halbschalen
  • und in weiteren Bauformen.

Arten von Gleitlagern – Die Werkstoffe im Detail

Das Gleitlager stimmt sich, abhängig vom Einsatzgebiet, der Belastung, der Geschwindigkeit und den Materialien, mit dem Gleitpartner ein. Häufig zum Einsatz kommende Werkstoffe sind Legierungen aus Kupfer, Zinn, Zink und Blei, ölgetränkte Sinterwerkstoffe und Kunststoffe.

Bei der Wahl eines geeigneten Gleitlagers muss darauf geachtet werden, dass der

  • Werkstoff und der Schmierstoff aufeinander abgestimmt sind
  • der Schmierstoff die Reibfläche gut benetzt
  • Werkstoff gute Notlaufeigenschaften besitzt
  • Werkstoff eine hohe Verschleißfestigkeit besitzt
  • Werkstoff eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat

Das typische Gleitlager ist einRadiallager für die radiale Lagerung einer Welle, deren Laufflächen gehärtet sind. Dabei wird die Welle von der Gleitlagerbuchse umhüllt, deren Werkstoff verschieden sein kann, beispielsweise:

  • Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung)
  • Weißmetall (Blei-Zinn-Legierung)
  • mit Blei legiertes Lagermetall
  • Aluminiumlegierungen
  • Kunststoffe (zum Beispiel PTFE)
  • Keramik (in geringerem Umfang auch faserverstärkt)
  • Messinglegierungen

Massiv-Gleitlager: Dabei handelt es sich um das klassische Gleitlager mit Öl- oder Fettschmierung. Es besteht im Normalfall aus einem einzigen Lagerwerkstoff. Häufig sind die Gleitlagerbuchsen aus Kupferlegierungen gefertigt und mit Ölnuten versehen.

Keramiklager: Pumpen beispielsweise verwenden als keramischen Werkstoff Siliciumcarbid. In Großpumpen auch faserverstärkt. Die Gleitlager liegen im Pumpengehäuse und sind mit der geförderten Flüssigkeit geschmiert. Die Korrosionsbeständigkeit und der durch die Härte bedingte extrem niedrige Verschleiß sind die großen Vorteile dieser Lager. Probleme ergeben sich beim Trockenlauf der Pumpen.

Kunststoffgleitlager: Die Grundidee des Polymer- bzw. Kunststoffgleitlagers ist:

  • Reduzierung von Wartungsarbeiten
  • Keine Schmierung
  • Kosten senken
  • Lebensdauer erhöhen

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Praxisbeispiel: Polymer-Gleitlager

Gerade der Verzicht auf separate Schmierung mit Öl oder Fett ist ein wichtiger Aspekt bei Kunststoffgleitlagern. Beispielsweise im Automobilbau oder der Luftfahrt: Die leichten Lager helfen, den Treibstoffverbrauch – und damit auch den Kohlendioxidausstoß – zu reduzieren. Denn ihr geringes Gewicht führt zu geringeren Massen und folglich zu weniger Energieverbrauch. Auch die hohe Chemikalienbeständigkeit der Kunststofflager ist ein Öko-Pluspunkt gegenüber metallischen Lagern. Denn Metalle werden dafür häufig beschichtet. Das geschieht in „ungesunden“ und energetisch aufwendigen Zink-, Beiz- oder Galvanikbädern.

Beispiel Orgelbau: Seit einigen Jahren kommen im Orgelbau immer öfter Polymer-Gleitlager zum Einsatz. Die verwendeten Lagerbuchsen haben sich im Werkstoff Holz so gut bewährt, dass mittlerweile auch mit großem Erfolg Gelenklager sowie Gabelköpfe Verwendung finden.

Das erste Mal, dass man sich überhaupt mit dem Gleitlager aus Kunststoff beschäftigt hat, geht zeitlich einher mit der Entdeckung der Eigenschaften von Nylon („Plastic - The Making Of A Syntheitc Century von Stephen Fenichell“ (ISBN 0-88730-732-9). Bereits 1869 bezeichnete Daniel Spill den Kunststoff Xylonite als geeignet, um daraus „Gears and Friction Wheels, and BEARINGS for MACHINERY“ herzustellen).

Bei den Kunststofflagern handelt es sich um sogenannte Verbundwerkstoffe, die aus Basispolymer, Verstärkungsstoffen (z.B Fasern und Füllstoffen) und aus eingebetteten Festschmierstoffen oder Ölen bestehen. Während des Betriebs gelangen diese Schmierstoffe durch Mikroverschleiß ständig an die Oberfläche und senken Reibung und Verschleiß der Gleitlager. Der verarbeitete Kunststoff ist meistens PTFE (Polytetrafluorethylen) wegen seines geringen Reibungskoeffizienten gegen andere Stoffe (auch gegen Stahl).

Je nach gewünschter Eigenschaft gibt es Kunststoffgleitlager in vielen verschiedenen Varianten. In der Regel sind sie schmiermittelfrei, korrosionsbeständig, leicht und schmutzunempfindlich.

Sinterlager: Gesinterte Buchsen aus z.B. Bronze sind weniger dicht als massive Ausführungen. In ihren Poren kann sich der Schmierstoff einlagern (Mischreibung). Zwischen Lager und Welle baut sich bei Betrieb ein Ölfilm auf. Sinterbronze Gleitlager sind weitgehend korrosionsbeständig, sehr wärmeleitfähig und antimagnetisch.

Auszubildende der SMS Group erklären anschaulich, was es mit Gleitlagern auf sich hat

Schmierung von Gleitlagern

Einfache Gleitlager: Sie sind ungeschmiert oder mit Fett geschmiert

Hydrodynamisches Gleitlager: Bei der hydrodynamischen Schmierung entsteht der Schmierfilm durch die Drehbewegung der Welle/Achse. Anfangs liegt diese auf dem Gleitlager auf. Durch das Anlaufen entsteht zuerst eine Mischreibung zwischen Welle und Lager. Nimmt die Drehbewegung zu, wird an der unbelasteten Oberseite Schmieröl zugeführt und der Druck um die Welle erhöht. Dadurch wird diese angehoben und es kommt zu einer Flüssigkeitsreibung und somit Verminderung der Reibung.

Hydrostatisches Gleitlager: Bei der hydrostatischen Schmierung enthalten die Gleitlager am Umfang verteilt Öltaschen. Diese sind mit einem konstanten Volumenstrom mit Öl versorgt. Welle und Lager berühren sich zu keiner Zeit. Die hydrostatische Schmierung wird dort eingesetzt, wo große Rundlaufgenauigkeiten und eine hohe Tragfähigkeit gefragt sind.

Das Gleitlager – Arten der Reibung

Gleitlager mit Festkörperreibung: Verwendet werden reibungsarme Werkstoffpaarungen. Mitunter hat einer der beiden Partner eine sogenannte „Selbstschmierungs-Eigenschaft“ Der zweite Partner (bei Radiallagern in der Regel die Welle) ist aus Stahl.

Gleitlager mit Flüssigkeitsreibung: Gleitlager mit Vollschmierung sorgen für Langlebigkeit und niedrigen Energieverlust. Unter Druck trennt der Schmierfilm die Kontaktflächen gegen die Lagerkraft voneinander.

Gleitlager mit Mischreibung: Bei geschmierten Gleitlagern tritt mit steigender Last und sinkender Drehzahl Mischreibung auf. Im Mischreibungsbereich befindet sich der Schmierstoff (fest, fettig oder ölig) in den Vertiefungen (Mikrorauhigkeiten) der Kontaktflächen.

Die Wahl des richtigen Gleitlagers

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Gleitlager und ihre Vorteile
  • Gleitlager haben gegenüber Wälzlagern einen niedrigeren Geräuschpegel und sind aufgrund einer geringeren Materialbeanspruchung unempfindlich bei Belastungen durch Stöße.
  • Gleitlager sind wartungsfrei bzw. wartungsarm und einfach zu montieren.
  • Gleitlager haben einen schwingungs-, stoß- und geräuschdämpfenden Schmierfilm.
  • Gleitlager benötigen einen geringen radialen Bauraum und sind konstruktiv anpassungsfähig.
  • Gleitlager sind für sehr hohe Drehzahlen geeignet.
  • Gleitlager haben bei vollhydrodynamischem/vollaerostatischem Dauerbetrieb und bei hydrostatischen / aerostatischen Lagern praktisch keinen Verschleiß
  • Gleitlager sind bei großen Abmessungen kostengünstiger als Wälzlager

Bei der Wahl eines geeigneten Gleitlagers muss darauf geachtet werden, dass der Lagerwerkstoff

  • der Wellen-/ Achsenwerkstoff und der Schmierstoff aufeinander abgestimmt sind
  • gute Notlaufeigenschaften besitzt
  • eine hohe Verschleißfestigkeit besitzt
  • eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat
  • der Schmierstoff die Reibfläche gut benetzt

Weitere Punkte sind zu beachten:

Lebensdauerschmierung: Typen, die eine Schmierung für die gesamte Lebensdauer besitzen, machen Gleitlager wartungsfrei. Die in Schmierstoff getränkten Werkstoffe sind z.B. der Kunststoff PTFE oder Sinterlager.

Wartungsarme Gleitlager: Gleitlager, die einen Schmierstoffvorrat besitzen, machen die Lagerung wartungsarm. Diesen geben sie über eine bestimmte längere Zeit ab (zum Teil mittels Schmierstoffgeber).

Wartungsfreie Gleitlager: Diese Gleitlager bestehen aus speziellen, selbstschmierenden Kunststoffen. Sie eignen sich für niedrige bis mittlere Lagerkräfte.

Weiterführende Literatur für Sie!

Links zu Anbietern:

SKF: Gleitlager, Anlaufscheiben und Bandstreifen

Schaeffler: INA-Gleitlager

PDF-Broschüre zu Gleitlagern von Schaeffler

Igus: Schmierfreie Gleitlager – iglidur

GGB-Gleitlagerlösungen im Video

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