Reibungs- und Verschleißverhalten von wartungsfreien Gleitlagern mit PTFE bei Schwenkbewegungen
Final Report Abstract
Die Auslegung von wartungsfreien Gleitlagern basiert bis heute fast ausschließlich auf dem Vergleich des in der jeweiligen Anwendung vorliegenden pv-Wertes mit einem zulässigen pv- Wert, welcher allerdings nur Auskunft über das thermische Grenzverhalten des Lagers in der jeweiligen Prüfeinrichtung gibt, in der das Lager untersucht wurde. Somit können die angegebenen pvzul-Werte im Allgemeinen nicht auf andere Lagerstellen übertragen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher für wartungsfreie Gleitlager, welche im Schwenkbetrieb eingesetzt werden und PTFE als Festschmierstoff nutzen, ein verbessertes, empirisch abgesichertes Auslegungsverfahren entwickelt, welches u.a. Werkstoffparameter und deren Temperaturabhängigkeit, Lagertemperatur, Wärmeabgabebedingungen, Geometrie-, Belastungsund Bewegungsparameter beinhaltet und mit dem die tribologisch relevanten Größen Reibung, Verschleiß, Lagertemperatur, Kontaktwinkel und Lebensdauer bestimmt werden können. Dazu wurden neben theoretischen Überlegungen umfangreiche experimentelle Untersuchungen auf einem SRV-Prüfstand und einem Radialgleitlagerprüfstand durchgeführt. In die Untersuchungen wurden 4 verschiedene Lagertypen einbezogen, wobei diese 2 grundlegend unterschiedliche Konstruktionen aufwiesen. Zum einen waren das Verbundgleitlager, bei denen PTFE und Zusatzstoffe in eine Bronzematrix eingebunden waren, und zum anderen waren das Verbundgleitlager, bei denen PTFE als Gewebe vorlag, welches wiederum in Kunstharz mit Stützfasern eingebettet war. Als Reibpartner kamen gehärtete Wellen aus C45 (55 HRC) mit der Rauheit Rz=2 µm zum Einsatz. Für die Variation des Lagerspiels wurden die Wellen auf unterschiedliche Passmaße geschliffen. Neben den Versuchen auf dem Lagerprüfstand wurden auch Versuche auf einem SRV- Prüfstand durchgeführt. Hierbei wurde ebenfalls das Reibungs- und Verschleißverhalten der verschiedenen Lagermaterialien untersucht. Um die für das Reibungsverhalten wesentliche temperaturabhängige Scherfestigkeit von PTFE zu ermitteln, wurden Scherversuche mit PTFE bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Aus den gewonnenen Daten der verschiedenen Untersuchungen wurden relevante Kennzahlen gebildet, die in einen Iterationsalgorithmus eingebunden wurden. Mit Hilfe dieses Algorithmusses lässt sich das Reibungs- und Verschleißverhalten der untersuchten Lager für gewünschte Betriebsbedingungen sowie die Lebensdauer bzw. der Verschleißzustand zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen. Die erzielten Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens geben neue Erkenntnisse über das tribologische Verhalten trockenlaufender Verbundgleitlager unterschiedlicher Konstruktionsarten im Schwenkbetrieb. Es zeigten sich Unterschiede bezüglich Reibung, Verschleiß, Lagertemperatur, Kontaktwinkel und Lebensdauer der verschiedenen Lagerkonstruktionen. Es wurden Berechnungsansätze entwickelt, mit denen sich derartige Lagerstellen besser auslegen und berechnen lassen. Auch die Berechnung von sich einstellenden Betriebszuständen wird durch die Berechnung auf empirischer Grundlage ermöglicht. Die gewonnenen Erkenntnisse können sowohl von den Lagerherstellern als Grundlage für die weitere Entwicklung von Verbundgleitlagern als auch von Konstrukteuren, welche Verbundgleitlager in ein System einbinden wollen, verwendet werden. Somit können Systeme sicher ausgelegt und kostengünstig optimiert werden.
Publications
- Maintenance-free plain bearings with reciprocating shaft motion, Kongressbeitrag beim 17th International Colloquium Tribology am 19.-21. Januar in Esslingen
Deters, L., Driesnack, U.
