Innovation durch Kombination: Wälz-Gleit-Lagerung für Servopressen

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Kombination von Wälzlagern und Gleitlagern nutzt Vorteile beider

Im Gegensatz dazu weisen vorgespannte Wälzlager kein Lagerspiel auf und besitzen deutlich bessere Anlaufeigenschaften, neigen jedoch zum Rattern und übertragen Schwingungen weitgehend ungedämpft vom Antrieb auf den Stößel. Wälzlager besitzen zudem eine deutlich geringere Tragfähigkeit als Gleitlager, weshalb Wälzlager in der Praxis meist nur bis zu Presskräften von 2000 kN eingesetzt werden. Die Verwendung von Wälzlagern bei größeren Presskräften ist prinzipiell möglich, jedoch aufgrund der stark ansteigenden Kosten und des großen Bauraums nicht üblich.

Eine Kombination von Wälzlagern und Gleitlagern birgt das Potenzial, die spezifischen Vorteile beider zu nutzen. Im Bereich kleiner Drehzahlen und geringer Lasten tragen die Wälzlager den größten Teil der Last und halten die Gleitlager zentrisch in der Lagerschale. Hierdurch kann Mischreibung vermieden werden. Bei höheren Lasten und Drehzahlen steigt der Traganteil der Gleitlager und die Wälzlager werden entlastet. Hierbei kommen zwei Effekte in Gleitlagern zum Tragen. Durch die rotatorische Relativbewegung zwischen Lagerwelle und -buchse wird der Schmierstoff in einen Schmierspalt eingezogen und es baut sich ein tragender Schmierfilm auf. Voraussetzung für diesen Effekt ist eine radiale Exzentrizität der Lagerwelle. Bei einer radialen Wellenverlagerung kommt der zweite Effekt zum Tragen. Hierbei wird der Schmierstoff ähnlich einem Quetschfilmdämpfer aus dem Schmierspalt gedrückt und erzeugt eine weitere Tragkraft. Gleitlager bringen dadurch sehr gute Dämpfungseigenschaften und hohe Tragfähigkeit in das Eigenschaftsportfolio der Lagerkombinationen ein.

Kombinierte Wälz-Gleit-Lagerungen sind in der Forschung bekannt

Der Ansatz kombinierter Lagerungen ist in der Forschung bereits länger bekannt. Hierbei sind zwei verschiedene Funktionsweisen der Lagerungen zu unterscheiden: Bei dem ersten Typ dient das Gleitlager lediglich als Überlastschutz, um hohe, stoßartig auftretende Belastungsspitzen abzufangen. Ein Beispiel dieser Ausführungsform ist das von Niwa [2] patentierte Lager, bei dem im inneren Laufring des Gleitlagers Kugeln eingebettet sind (Bild 2). Bei zu hoher Belastung federn die Kugeln ein, wodurch die Laufflächen zwischen den Kugeln tragen und die Belastungen auffangen. Die Gleitflächen erfüllen somit die Funktion eines Fanglagers. Beim zweiten Typ dient das Gleitlager nicht als Überlastschutz, sondern übernimmt in einem bestimmten Last- beziehungsweise Drehzahlbereich maßgeblich die Tragfunktion. Es findet ein Funktionsübergang des Wälzlagers auf das Gleitlager statt. Ein derartiges Lager wurde von der Meta Motoren- und Energie-Technik GmbH entwickelt [3]. Um die Steifigkeit der Wälzkörper derart zu reduzieren, dass der gewollte Funktionsübergang möglich werden kann, wurden die Wälzkörper hohl ausgeführt (Bild 3).

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