Gleitlager laufen am besten bei hohen Drücken und niedrigen Drehzahlen

An Polstern aus AMPEP Fiberslip – auf hochfesten Stahl aufvulkanisiert – wurden im Labor Druckversuche durchgeführt. Bei einer gleichmäßig einwirkenden Kraft wurde erst bei Drücken von mehr als 700 MPa ein Ausfall der Gleitschicht festgestellt. Die meisten metallischen Werkstoffe verformen sich, bevor die Beschichtung der AMPEP-Lager ausfällt. Stoßartige Belastungen oder veränderliche Belastungen ohne Bewegung der Lagerfläche verursachen im allgemeinen keinen Verschleiß. Es wurde untersucht, wie sich Schwingungen auf die Lagerluft auswirken. Bei den folgenden Testbedingungen konnte kein Ansteigen der Lagerluft festgestellt werden:

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Selbstschmierende Gleitlager von AMPEP sind ideal für Anwendungen mit hoher Lagerbelastung, niedrigen Drehzahlen und erschwerter InstandhaltungGleitlager werden überwiegend in Flugwerkslagern und Flugsteuerungen in Starrflügelflugzeugen und Hubschraubern eingesetzt. Daneben findet man sie auch in hochwertigen Massenverkehrsmitteln und Kraftfahrzeugen, Militärfahrzeugen, Schiffsanlagen und Stromversorgungsanlagen.
Die britische AMPEP – seit 1988 bei der SKF Gruppe – ist spezialisiert auf selbstschmierende Gleitlager für High-Tech-Anwendungen in Luft- und Raumfahrt und Industrie. Regelmäßige Investitionen in hochentwickelte Technik, Werkzeugmaschinen, computergestützte Konstruktion und Forschung und Entwicklung sind selbstverständlich.
AMPEP ist von der europäischen Flugsicherheitsbehörde Joint Aviation Authorities (JAA) und vom britischen Verteidigungsministerium als Lieferant freigegeben, weil speziell für Luft- und Raumfahrt eine Zertifizierung nach ISO 9002 vorliegt. Auch andere Unternehmen Luft- und Raumfahrt- und High-Tech-Unternehmen haben AMPEP als Lieferanten zugelassen. Seit 1993 liegt außerdem die Freigabe für die französische Eisenbahngesellschaft SNCF vor.

Geringe Reibung, wenig Verschleiß
Die selbstschmierenden Gleitlager von AMPEP weisen einen niedrigen Reibungskoeffizienten und damit geringen Verschleiß auf. Sie bestehen aus:

  • dem einteiligen Außenring,
  • der Beschichtung aus glasfaserverstärktem PTFE und
  • dem sphärischen Innenring.

Der einteilige Außenring wird während der Fertigung um die Form des sphärischen Innenrings herum geformt. Er ist ungeteilt und ohne Einfüll- oder Montagenuten ausgeführt; die Passflächen sind optimal aufeinander abgestimmt. Die Gleitschicht im Lager, AMPEP X1, besteht aus einem Gewebe aus Polytetrafluorethylen (PTFE)/Glasfaser, das unter Erwärmung und Druck mit einem mit Phenolharz imprägnierten Glasfasergewebe laminiert wird. Während der Schwenkbewegungen bildet sich auf den kugeligen Flächen ein PTFE-Film. Mit unterschiedlichen Materialpaarungen von Gleitschicht und Gegenfläche lassen sich alle, auch die anspruchsvollsten, Anforderungen erfüllen.
Die ursprünglich verwendete Fiberslip-Beschichtung bestand aus PTFE mit gewebter Struktur. Die daraus neuentwickelte Beschichtung AMPEP X1 weist eine andere Oberflächenstruktur und damit noch bessere Verschleißeigenschaften auf. AMPEP X1 ist nach der amerikanischen Luft- und Raumfahrtnorm SAE AS81820.
In langjähriger Forschungsarbeit sind die AMPEP XL-Lager entstanden. Sie übertreffen die internationalen Normen erheblich und zeichnen sich durch lange Gebrauchsdauer und große Betriebssicherheit aus, auch unter den anspruchsvollen Bedingungen der Luft- und Raumfahrt. Die Gegenlauffläche der AMPEP XL-Lager ist mit einer speziellen harten Beschichtung höchster Oberflächengüte versehen. Je nach Anwendung und geforderter Leistung wird gehärteter Stahl, Hartverchromung oder ein anderer Werkstoff aufgebracht. Die Lager selbst bestehen aus einem hochwertigen Kohlenstoffstahl oder korrosionsbeständigem Stahl. Dies gewährleistet hohe Zuverlässigkeit und geringe Kosten über die Lebensdauer.

Technische Details
Der Verschleiß der Beschichtung hängt in erster Linie der Belastung des Lagers, der Gleitgeschwindigkeit und dem Gleitweg bei einer bestimmten Temperatur ab. Weitere Einflussfaktoren:

  • die Oberflächengüte der Gegenfläche;
  • die Härte von Beschichtung und Gegenlauffläche;
  • gute Passgenauigkeit zwischen Beschichtung und Gegenlauffläche; und
  • die Sauberkeit im Lager.

An Polstern aus AMPEP Fiberslip – auf hochfesten Stahl aufvulkanisiert – wurden im Labor Druckversuche durchgeführt. Bei einer gleichmäßig einwirkenden Kraft wurde erst bei Drücken von mehr als 700 MPa ein Ausfall der Gleitschicht festgestellt. Die meisten metallischen Werkstoffe verformen sich, bevor die Beschichtung der AMPEP-Lager ausfällt. Stoßartige Belastungen oder veränderliche Belastungen ohne Bewegung der Lagerfläche verursachen im allgemeinen keinen Verschleiß. Es wurde untersucht, wie sich Schwingungen auf die Lagerluft auswirken. Bei den folgenden Testbedingungen konnte kein Ansteigen der Lagerluft festgestellt werden:

  • Lagerdruck 160 MPa ± 10 MPa, 20 Millionen Zyklen bei einer Frequenz von 30 Hz
  • Lagerdruck 160 MPa ± 20 MPa, 500.000 Zyklen bei einer Frequenz von 30 Hz

Unter solchen Bedingungen sind nur eine leichte Glättung der Beschichtung und ein geringfügig verringertes Reibmoment zu erwarten.
Der Reibungskoeffizient nimmt bei unveränderlicher Gleitgeschwindigkeit mit steigendem Lagerdruck ab und erreicht bei 70 MPa das Minimum. Auch mit steigender Temperatur und zunehmender Gleitgeschwindigkeit sinkt der Reibungskoeffizient.

Anwendungen
Ein wichtiger Anwendungsbereich für selbstschmierende Gleitlager sind Schienenfahrzeuge und Luft- und Raumfahrt. Bereits seit 30 Jahren werden AMPEP-Lager in Drehgestell-Aufhängungen eingesetzt, daneben auch in Drehstabfedern (Drehstabstabilisatoren), Befestigungen von Stoßdämpfern, Drehgestellpendeln, Brems- Steuer- und Ventilgestängen, Kupplungen und in der Neigetechnik von Hochgeschwindigkeitszügen.
Schon lange findet man die Lager in Flugwerkslagern und Flugsteuerungen in Starrflügelflugzeugen und Hubschraubern. Die Anwendungen sind Gestänge und Dämpfer in Haupt- und Heckrotoren sowie reibungsarme Lager für manuelle Steuerungen.

In der Praxis bewährt
In einer typischen Drehgestell-Aufhängung treten im Lager Drücke von 3,5 bis 20 MPa bei einem Schwenkwinkel von ± 1° bei 30 Hz bis zu ± 5° bei 0,1 Hz auf. Unter diesen höchst anspruchvollen Betriebsbedingungen werden Lebensdauern von über 2,2 Millionen Fahrkilometern gefordert und auch erreicht. Lagerverschleiß entsteht durch die Relativbewegung der Passflächen unter Druck. Nur mit einer genauen Untersuchung des Belastungszyklus in der jeweiligen Anwendung lässt sich eine realistische Lebensdauer vorhersagen und dann auch erreichen.
AMPEP-Lager werden mit Vorspannung und genau aufeinander abgestimmten Passflächen am Innen- und Außenring gefertigt. Beim Einbau wird das Lager mit einem speziellen Werkzeug auf den Lagersitz aufgepresst. Eine Anschrägung (1 × 15°) an der Kante der Gehäusebohrung und am Wellenende hilft, das Lager genau auszurichten. Auf die kugelige Fläche darf beim Einbau keinesfalls Kraft aufgebracht werden, da sonst die Passgenauigkeit der Gleitflächen leiden könnte.
Der Reibungskoeffizient von AMPEP-Lagern beträgt bei den normalerweise in Eisenbahnanwendungen auftretenden Drücken ungefähr 0,05 bis 0,1. Um ein Umlaufen im Gehäuse oder auf dem Achszapfen zu verhindern, wird das Lager entweder eingeklebt oder verspannt. Beim Einkleben des Lagers sind die Anweisungen des Klebstoffherstellers zu beachten, denn die richtige Vorbereitung der Klebflächen ist von großen Wichtigkeit.
Typische Anwendungen für selbstschmierende Gleitlager sind die Dämpfung zwischen den Wagenkästen und die Drehstabstabilisatoren in den Hochgeschwindigkeitszügen TGV der französischen Eisenbahngesellschaft SNCF. Ein Beispiel ist der EUROSTAR. AMPEP-Lager können in Gestängen aller Art Verwendung finden. Die Lager laufen zyklisch um oder führen zyklische Schwenkbewegungen unter Last aus, wobei die Belastung von der Stärke der Neigung und dem Zustand des Schienenwegs abhängt.
Eine typische Anwendung für selbstschmierende Gleitlager ist auch der Hubschrauber EC 120. Er wurde von EUROCOPTER in Zusammenarbeit mit China und Singapur entwickelt und wurde auf der HAI Heli-Expo der Helicopter Association International 1997 vorgestellt. Dieser leichte einmotorige Hubschrauber mit fünf Sitzplätzen und einem großen Laderaum wurde weltweit verkauft. Er ist schnell und leise und damit für unterschiedlichste Aufgaben geeignet: für Charterflüge, Luftaufnahmen, Luftraumüberwachung und in der Ausbildung von Militärpiloten. In der Flugsteuerung von Hubschraubern werden AMPEP-Lager schon lange eingesetzt. Im Flug wird der Anstellwinkel der Rotorblätter stetig nachgeregelt. Dazu bewegen sich die Neigungsgestänge und ihre Lager bei jeder Umdrehung der Rotornabe. Die Lager müssen zyklische Schwenkbewegungen und Schiefstellungen aufnehmen können.
AMPEP-Gleitlager sind dank ihrer außerordentlich guten Laufeigenschaften auch für äußerst schwierige Anwendungen geeignet. Sie laufen ohne Wartung und Schmierung und sind unempfindlich gegenüber einer Vielzahl von Schmierstoffen und anderen Betriebsmedien. Weitere Pluspunkte sind der Temperaturbereich von –50 bis +200 °C, das günstige Verhältnis von Tragfähigkeit und Gewicht, minimaler Stick-Slip, ein recht geringer Reibungskoeffizient, hohe Verschleißfestigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Verunreinigung durch feste Teilchen. Diese Eigenschaften zusammengenommen zahlen sich in geringen Kosten über die Lebensdauer der Lager aus.
Eine weitere Verlängerung der Lebensdauer verspricht das neue, AMPEP XLNT-System. Die nochmals gesteigerte Verschleißfestigkeit in vielen Anwendungen bedeutet für die Kunden eine längere Gebrauchsdauer und mehr Betriebssicherheit.

Gottfried Kuøe,
SKF Global Railway Marketing, Österreich,
und Andy Vicarage, AMPEP plc, Clevedon, Großbritannien