Leitfaden für die Auswahl gemeinsamer Lagermaterialien

Die Auswahl der Lagermaterialien hat direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Lebensdauer mechanischer Systeme und erfordert eine Abstimmung auf die Betriebsbedingungen (Last, Drehzahl, Umgebung). Die gängigsten Lagermaterialien werden in drei Typen eingeteilt: metallische, nichtmetallische und poröse metallische Materialien. Im Folgenden finden Sie eine technische Analyse ihrer Eigenschaften und Anwendungsszenarien.

I. Metallische Materialien: Kernauswahl für hochbelastbare Lager

1. Lagermetalle (Babbitt-Legierungen/Weißmetalle)

• Zusammensetzung & Struktur: Weichmatrix-Legierungen mit Zinn oder Blei als Basis, die harte Körner aus Antimon-Zinn (Sb-Sn) und Kupfer-Zinn (Cu-Sn) enthalten.
• Wesentliche Vorteile:
  • Weiche Matrix bietet hohe Duktilität und Anpassungsfähigkeit, während harte Körner die Verschleißfestigkeit erhöhen;
  • Außergewöhnliche Einbettbarkeit (ermöglicht das Einbetten von Verunreinigungspartikeln, wodurch Kratzer auf der Welle verhindert werden) und Anti-Adhäsions-Verschleißeigenschaften;
  • Gute Wärmeleitfähigkeit (reduziert die Reibungswärmeansammlung) und Öl-Adsorption (verbessert die Schmierung).
• Einschränkungen:
  ▪ Geringe Festigkeit, erfordert die Verwendung als dünne Beschichtung (0,5–5 mm), die auf Bronze-, Stahl- oder Gusseisen-Lagerschalen gegossen wird;
  ▪ Hohe Kosten, geeignet für hochbelastbare, mittel-schnelle Anwendungen mit strengen Schmierungsanforderungen (z. B. Dampfturbinen, Hauptwellen von Verbrennungsmotoren).

2. Kupferlegierungen

• Typische Typen:
  ▶ Zinnbronze: Ausgezeichnete Anti-Reibungs-Eigenschaften, verwendet in mittel-schnellen, hochbelastbaren Szenarien (z. B. Lager von Schiffspropellerwellen), aber mit geringerer Anpassungsfähigkeit als Lagermetalle;
  ▶ Bleibronze: Hohe Festigkeit gegen Festfressen, geeignet für hochschnelle, hochbelastbare Anwendungen (z. B. Flugzeugmotorenlager);
  ▶ Aluminiumbronze: Hohe Festigkeit und Härte, geringe Festigkeit gegen Festfressen, verwendet in langsam-schnellen, hochbelastbaren Anwendungen (z. B. Lager von Bergbaumaschinen).
• Gemeinsame Vorteile: Höhere Härte und Tragfähigkeit als Lagermetalle, bieten eine bessere Wirtschaftlichkeit.

3. Aluminiumbasierte Legierungen

• Technische Merkmale:
  • Geringe Dichte (etwa 1/3 der Kupferlegierungen), hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Ermüdungsfestigkeit;
  • Kann als monometallische Komponenten oder bimetallische Strukturen (aluminiumbasierte Auskleidung + Stahlrücken) hergestellt werden, wodurch einige Lagermetalle und Bronzen ersetzt werden.
• Anwendungen: Automobilmotorlager, Kompressorlager in mittel-schnellen, hochschnellen Szenarien.

4. Gusseisen (Grauguss/Verschleißfestes Gusseisen)

• Verstärkungsmechanismus: Graphitflocken (lamellar oder knötchenförmig) bilden eine feste Schmierschicht, die Schmiermittel adsorbiert, um die Grenzflächenschmierung zu verbessern.
• Einschränkungen:
  ▪ Spröde mit schlechter Anpassungsfähigkeit, nur geeignet für leichtbelastbare, langsam-schnelle Anwendungen (z. B. Landmaschinen, Handwerkzeuglager);
  ▪ Benötigt Schmierung, ungeeignet für Stoßbelastungsbedingungen.

II. Nichtmetallische Materialien: Lösungen für spezielle Umgebungen

1. Polymermaterialien (Kunststoffe)

• Gemeinsame Typen:
  ▶ Phenolharz: Hochtemperaturbeständigkeit (150℃), hohe Festigkeit, verwendet in Getriebelagern;
  ▶ Nylon (PA): Gute Selbstschmierung, Stoßdämpfung, geeignet für staubige Umgebungen;
  ▶ Polytetrafluorethylen (PTFE): Extrem niedriger Reibungskoeffizient (0,04), Korrosionsbeständigkeit, ohne Schmierung betreibbar.
• Anwendungseinschränkungen:
  ▪ Schlechte Wärmeleitfähigkeit (1/200 von Stahl), erfordert die Kontrolle der Betriebsgeschwindigkeit (≤0,5 m/s) und des Drucks (≤3 MPa);
  ▪ Hoher linearer Ausdehnungskoeffizient (10x der von Stahl), erfordert Passungen, die 2–3 mal größer sind als bei metallischen Lagern;
  ▪ Geringe Festigkeit und Neigung zum Kriechen, ungeeignet für Präzisionslager.

2. Kohlenstoff-Graphit-Materialien

• Leistungsvorteile:
  • Selbstschmierung beruht auf adsorbiertem Wasserdampf und imprägnierten Schmiermitteln (z. B. Metalle, PTFE, Molybdändisulfid);
  • Hochtemperaturbeständigkeit (über 600℃), Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Vakuum- oder stark korrosive Umgebungen (z. B. Lager von Chemiepumpen).
• Materialeigenschaft: Höherer Graphitgehalt führt zu geringerer Härte und kleinerem Reibungskoeffizienten (bis zu 0,08).

3. Gummi und Holz

• Gummi: Hohe Elastizität, Verunreinigungsadsorption, verwendet in wassergeschmierten oder verschmutzten Umgebungen (z. B. Lager von Abwasserbehandlungsanlagen);
• Holz: Poröse Struktur zur Ölimprägnierung, geeignet für staubige Umgebungen (z. B. Textilmaschinen, Landmaschinenlager), erfordert Oberflächenbehandlung für erhöhte Verschleißfestigkeit.

III. Poröse metallische Materialien: Optimal für Selbstschmierungs-Szenarien

1. Materialprinzip

• Herstellungsverfahren: Metallpulver (hauptsächlich Eisen/Bronze) werden zu einer porösen Struktur gepresst und gesintert (Porosität 10%–35%), vor der Verwendung mit Öl gesättigt, um ölimprägnierte Lager zu bilden.
• Schmierungsmechanismus:
  ▶ Während des Betriebs: Wellenrotation und Temperaturanstieg setzen Öl aus den Poren auf die Reibungsfläche frei;
  ▶ Während des Herunterfahrens: Kapillarwirkung zieht Öl zurück in das Lager, wodurch eine periodische Selbstschmierung ermöglicht wird.

2. Typische Materialien & Anwendungen

• Poröses Eisen: Höhere Festigkeit, verwendet in mittel-schnellen, langsam-schnellen Szenarien wie z. B. Mahlwerksauskleidungen, Nockenwellenlager von Verbrennungsmotoren;
• Poröse Bronze: Gute Verschleißfestigkeit, geeignet für Elektrolüfter, Textilmaschinen und Automobilgeneratorlager (Belastung ≤10 MPa, Drehzahl ≤2 m/s).
• Nutzungsempfehlungen: Regelmäßiges Nachfüllen von Öl für optimale Leistung, ungeeignet für Stoßbelastungen oder hohe Drehzahlen (>3 m/s).

Auswahlentscheidungsreferenz

Schlussfolgerung

1. Hohe Belastung & hohe Drehzahl: Bevorzugen Sie Lagermetalle oder Bleibronze mit Zwangsschmiersystemen;
2. Korrosive/ölfreie Umgebungen: Verwenden Sie PTFE-Kunststoffe oder Kohlenstoff-Graphit-Materialien und tauschen Sie einige Tragfähigkeiten gegen Umweltanpassungsfähigkeit ein;
3. Kostengünstige Selbstschmierung: Poröse metallische Materialien sind ideal für langsam-schnelle, geringe Belastungsszenarien.
   Durch die umfassende Bewertung von Parametern wie Last, Drehzahl, Temperatur und Umweltmedien und die Kombination von physikalisch-mechanischen Materialeigenschaften mit den Kosten kann die Lebensdauer der Lager und die Betriebszuverlässigkeit der Geräte erheblich verbessert werden.