Alternativen zur Buchse mit Schmiernut

Lars Butenschön | 17. September 2021

Schmiernuten erfüllen in metallischen Buchsen eine wichtige Aufgabe. Durch Sie gelangt der Schmierstoff direkt in die Lagerstelle zwischen Lager und Welle. Der Schmierstoff schützt Welle und Buchse somit vor Schmutz und Feuchtigkeit und sorgt für geringe Reibwerte.

Buchse mit Schmiernut

Die Nachteile: Eine Buchse mit Schmiernut ist einerseits recht aufwändig herzustellen, da die Nut einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt darstellt und der Innendurchmesser je nach Abmessung der Buchse nur schwer mit Schneidwerkzeugen zu erreichen ist. Andererseits ist die permanente Versorgung mit Schmierstoffen nur durch lückenlose Wartung zu gewährleisten.

Entweder muss der Schmierstoff rechtzeitig händisch mittels einer Fettpresse oder ähnlichem nachgedrückt-, oder über eine teure Zentralschmiereinheit automatisch nachgeführt werden. Nicht zuletzt landen die Schmierstoffe am Ende in der Umwelt. Die Schmiernuten leiten die Schmierstoff durch die Lagerstelle hindurch nach außen. Ein Aspekt, der in den letzten Jahren immer wichtiger geworden ist. Längst ist es nicht mehr „egal“ wo die Schmierstoffe am Ende landen.

Es liegt also nahe, nach Alternativen zu suchen. Wie könnte man auf Schmiernuten verzichten? Und vielleicht die Schmierung anders gestalten?

Alternative 1: Sinterbuchsen

Gesinterte Buchsen nähern sich dem Problem der Schmierstoff-Verteilung auf ähnliche, aber etwas andere Weise als Massive Buchsen mit Schmiernut. Sinterbuchsen bestehen aus unter hohem Druck miteinander verpressten und verschmolzenen Metallkörnchen. Nach dem Produktionsprozess bleiben zwischen diesen Körnchen Hohlräume übrig, die mit Schmieröl getränkt werden. Die Viskosität – also Zähflüssigkeit – wird dabei so gewählt, dass der Schmierstoff erst bei einer gewissen Temperatur (die erst im Betrieb erreicht wird) flüssig und damit in der Lagerstelle freigesetzt wird.

Sinterbuchse aus Bronze (Quelle: igus GmbH)
Vorteile:
  • Bei richtiger Auslegung und Gestaltung der Lagerstelle ist das Lager wartungsfrei.
  • Bei Bewegung wird der Schmierstoff freigesetzt und im Stillstand wieder „eingelagert“.
  • Zudem sind Sinterbuchsen robust und druckfest.
Nachteile:
  • Durch die Herstellung ist die Formgebung eingeschränkt und auf dickere Wandstärken beschränkt.
  • Öl setzt sich erst bei ausreichender Betriebstemepratur frei. Ist dem nicht so, läuft das Sintermetall direkt und ungeschmiert auf der Welle
  • Kann das flüchtige Öl nicht in der Lagerstelle gehalten werden, trocknen die Lager aus und verlieren die guten Gleiteigenschaften.

Alternative 2: Verbundbuchsen

Verbundbuchsen können aus verschiedenen Metallen oder Kunststoffen bestehen. Das Prinzip ist jeweils ähnlich. Eine dünne Gleitschicht sorgt für gute Gleiteigenschaften (wahlweise mit oder ohne zusätzliche Schmierung) und eine dickere und robustere äußere „Tragschicht“ nimmt die Lasten auf.

Diese Schichten bestehen je nach Produkt aus ganz unterschiedlichen Werkstoffen und resultieren in unterschiedlichen Einsatzgebieten. Im Hochlastbereich mit geringeren Bewegungsgeschwindigkeiten haben sich dagegen Verbundbuchsen aus Metall mit zusätzlicher Schmierung von Gleitschichten aus POM oder ähnlichen Kunststoffen etabliert. Alternativ kommen Buchsen aus gewickelten oder gewebten Glas- oder Kohlefasern mit speziellen PTFE-Gleitschichten zum Einsatz.

Die am häufigsten anzutreffende Verbundbuchse besteht aus einer aus Blech gewickelten Stahlhülse, auf deren innerer Oberfläche eine Schicht aus Teflon „aufgewalzt“ wurde. Das extrem weiche und schlecht haftende Teflon wird mittels einer „aufgesinterten“ und porösen Schicht weicheren Metalls (bspw. Bronze) fixiert. Diese PTFE-Schicht ist mit ca. 10 µm geringfügig dicker als ein Menschenhaar (ca. 5 µm, also 0,05 mm).

Vergrößerte Ansicht eines Metall-Polymer-Lagers im Querschnitt
Vergrößerte Ansicht eines Metall-Polymer Gleitlagers im Querschnitt
Vorteile:
  • Schichtaufbau bietet eine Fülle von möglichen Materialkombinationen.
  • Durch die äußere Tragschicht können im Innendurchmesser der Buchse auch weicheste und auf Gleiteigenschaften optimierte Materialien verwendet und somit auf Schmierung verzichtet werden.
Nachteile:
  • Wird die empfindliche Gleitschicht beschädigt, steigt der Verschleiß extrem an und führt zu Schäden
  • Mindestwandstärken nötig
  • Durch Schichtaufbau eingeschränkte Formgebung

Alternative 3: Buchsen aus Kunststoff

Kunststoffbuchsen bieten den Vorteil, dass sogenannte Festschmierstoffe direkt mit in die Rezeptur eingemischt werden können. Es gibt also keine tragenden Schichten, keine Schmierkanäle oder Poren, aus denen flüssige und entsprechend flüchtige Schmierstoffe nach außen dringen. Stattdessen dient theoretisch der gesamte Buchsenquerschnitt als Gleit- und Verschleißteil. Kunststoffbuchsen gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen und deren Einsatzgebiet reicht von Buchsen für einfachste Scharniere bis zur Hightech-Lösung für die Lagerung von Kühlmittelpumpen in Sportwagen. Durch die chemische Zusammensetzung und die Möglichkeit verschiedene Komponenten miteinander zu verschmelzen und vermischen kann die jeweilige Kunststoffmischung auf bestimmte Anwendungsgebiete hin optimiert werden. Entsprechend gibt es Kunststoffe, die besonders unter hohen Temperaturen für gute Gleiteigenschaften und Stabilität sorgen, Kunststoffe speziell für den Lebensmittelkontakt oder den Einsatz in Chemikalien.

Buchse aus Kunststoff (Quelle: igus GmbH)
Vorteile:
  • Große Vielfalt für verschiedenste Anwendungen
  • Gewichtsersparnis gegenüber Metall-Buchsen
  • Wartungsfrei, ohne flüssige/flüchtige Schmierung
Nachteile:
  • Auswahl kann mitunter schwer fallen
  • Weniger geeignet für sehr hohe Lasten jenseits 80-100 MPa Flächenpressung
  • Kombination aus hohen Lasten und hohen Geschwindigkeiten schwierig wegen geringerer Wärmeableitung

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