Buchse vs. Lager: Was ist das Beste für Ihre Anwendung?

Unsere Welt ist in hohem Maße auf verschiedene Arten von Maschinen mit beweglichen Teilen angewiesen, die ohne Buchsen und Lager zum Stillstand kommen würden. Die Hauptfunktion von Buchsen und Lagern besteht darin, die Reibung zu verringern, die entsteht, wenn zwei sich bewegende Komponenten zusammenwirken, wodurch die Energie, die erforderlich ist, um sie in Bewegung zu setzen, verringert und der Verschleiß der Komponenten begrenzt wird.

Inhaltsübersicht

• Wozu werden Buchsen und Lager verwendet?
• Was ist eine Buchse?
• Arten von Buchsen
• Überlegungen zur Auswahl von Buchsen
• Wartung von Buchsen
• Anwendungen von Durchführungen
• Was ist ein Lager?
• Haupttypen von Lagern
• Kriterien für die Auswahl von Lagern
• Wartung des Lagers
• Anwendungen von Lagern
• Buchse vs. Lager
• Die Wahl zwischen Lagern und Buchsen
• FAQs

Wozu werden Buchsen und Lager verwendet?

Sowohl Buchsen als auch Lager bieten Lösungen zur Verringerung der Reibung und zur Begrenzung des Verschleißes von Bauteilen, aber beide eignen sich am besten für den Einsatz unter unterschiedlichen Betriebs- und Umweltbedingungen. Um das richtige Produkt für diese Bedingungen auszuwählen, muss man die Unterschiede zwischen den beiden Produkten, ihre Vor- und Nachteile und die typischen Anwendungsbereiche kennen, für die sie eingesetzt werden.

Um die Reibung zu verringern und die Belastung durch verschiedene Arten von Lasten zu tragen, werden verschiedene Arten von Lagern verwendet. Abbildung 2 zeigt die verschiedenen Arten der Belastung:

• A: Radiale Belastung bei Drehbewegungen

• B: Axiale Belastung bei Gleitbewegungen

• C: Eine Kombination aus Gleit- und Drehbewegungen

• D: Aufprallmomente (Stoßbelastung)

Technisch gesehen handelt es sich bei der Buchse um eine Klassifizierung innerhalb der Gesamtklasse der Lager. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es aus einem einzigen Bauteil besteht, im Gegensatz zu zwei oder mehr Bauteilen, wie bei verschiedenen anderen Lagertypen. Eine Buchse besteht aus mehreren verschiedenen Materialien, die zu einer einzigen lasttragenden Baugruppe kombiniert werden. Sie werden häufig mit schwereren Lasten bei niedrigeren Geschwindigkeiten eingesetzt und können einer erheblichen Lastübertragung und Stoßbelastung standhalten.

Im Gegensatz dazu sind Lager aus mehreren Komponenten bestehende, präzise gefertigte Maschinenteile, die es den rotierenden Wellen von Maschinen ermöglichen, sich mit extrem hohen Geschwindigkeiten zu bewegen, die Reibung zwischen den beweglichen Teilen zu verringern und radiale Belastungen zu bewältigen. Obwohl die Hauptfunktion von Lagern die Bewältigung von Radialbelastungen ist, sind einige auch für Axial- und Stoßbelastungen ausgelegt.

Was ist eine Buchse?

Eine Buchse ist ein zylindrisches Bauteil, das zur Aufnahme von Lasten auf einer Welle bestimmt ist und mit einer Gleitbewegung zwischen den beweglichen Flächen arbeitet. Eine Buchse ist ein einteiliges Bauteil, das jedoch aus mehreren verschiedenen Materialien bestehen kann.

Buchsen werden auch als Gleitlager bezeichnet und gleiten über Stangen oder Wellen, um eine extrem reibungsarme Bewegung zu ermöglichen. Sie bieten eine hervorragende Stoßdämpfung und tragen dazu bei, Energieverbrauch, Lärm und Verschleiß zu minimieren.

Arten von Buchsen

Die beiden Haupttypen von Buchsen sind Hülsen- und Flanschbuchsen. Wenn sie mit Flanschen konstruiert sind, können sie kombinierte Lasten aufnehmen. Die Buchsen können an der Innen- oder Außenfläche mit einem Gewinde versehen werden, um verschiedene Montagebedingungen zu ermöglichen.

Zusätzlich zu den verschiedenen Typen sind auch Buchsen mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen erhältlich. Die Materialzusammensetzung einer Buchse trägt dazu bei, dass sie verschiedenen Bedingungen in einer Betriebsumgebung wie Korrosion, hohen Temperaturen, hohem Druck und Stößen standhält.

Bronze- und Metallbuchsen

Bronzebuchsen werden in der Regel aus Bronze-Stranggussmaterial hergestellt, um eine einheitliche Struktur zu gewährleisten. Es handelt sich um universell einsetzbare Buchsen mit ausgezeichneten Tragfähigkeiten und Verschleißschutz, die gleichzeitig hohen Temperaturen (bis zu 450°F) standhalten. Metallbuchsen können auch aus verschiedenen Metallen oder Legierungen hergestellt werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern, z. B. aus Stahl oder rostfreiem Stahl, Messing, Aluminium und Kupfer.

Kunststoffbuchsen

Die leichten und korrosionsbeständigen Eigenschaften von Vollkunststoffbuchsen machen sie sehr beliebt. Moderne Kunststoffe können frühere Probleme wie Wärmeempfindlichkeit, Erweichung, Abnutzung oder geringere Lebensdauer bei hohen Temperaturen ausräumen. Sie sind eine gute Wahl für nasse oder feuchte Umgebungen, wie z. B. Trockenkammern in Holztrocknungsanlagen, wo das Wasser als Schmiermittel für die Buchse dient. Obwohl Kunststoff sehr beliebt ist, ist er nicht das empfohlene Buchsenmaterial für schwere Lasten. Sie neigen bei hoher Belastung zu Rissen, und bei ungenauer Herstellung oder Montage kommt es häufig zu Ausrichtungsfehlern, insbesondere bei Buchsen von der Stange. Wenn Kunststoff vorgeschrieben ist, ist Polytetrafluorethylen (PTFE) der technische Kunststoff der Wahl.

Überlegungen zur Auswahl von Buchsen

Bei der Auswahl von Buchsen für eine bestimmte Anwendung muss die durch Reibung entstehende Wärmeentwicklung berücksichtigt werden. Die wichtigsten Faktoren, die die Wärme beeinflussen, sind die Oberflächengeschwindigkeit (V) und der Einheitsdruck (P). Um festzustellen, ob die Durchführung für eine beliebige Anwendung geeignet ist, muss für den sicheren Betrieb sichergestellt werden, dass der berechnete PV-Wert der Anwendung unter dem PV-Grenzwert des Herstellers liegt.

Verwenden Sie die folgenden Formeln für die Auswahl einer Buchse für Ihre Anwendung:

1. Berechnen Sie den Wert von PV für Ihre Anwendung mit PV = P ✕ V
2. Bestimmen Sie die Oberflächengeschwindigkeit (V) aus:

V = 0,262 × U/min × D

• U/min: Wellenumdrehungen / Minute
• D: Schattendurchmesser (in Zoll).

3. Einheitsdruck, P = Gesamtlast (lbs)/Kontaktfläche(in²)

Kontaktfläche = D x L

• L: Länge der Buchse

Die berechneten Werte entsprechen den spezifizierten Kapazitäten der einzelnen hergestellten Buchsen, die zur Auswahl der für die Anwendung am besten geeigneten Buchse verwendet werden können.

Wartung von Buchsen

Wartung und Inspektion, einschließlich der Überwachung der Betriebsbedingungen auf Anomalien wie Geräusch-, Vibrations- und Temperaturveränderungen, sind entscheidend für die Vermeidung von Buchsenausfällen. Abplatzungen, Riefen, Risse, Korrosion und abnormaler Verschleiß müssen sofort behoben werden.

Buchsen sind in der Regel selbstschmierend und ideal für einen wartungsarmen oder wartungsfreien Betrieb. Die Selbstschmierung ist jedoch auch durch ein gleichmäßiges Muster von Vertiefungen auf der Oberfläche der Buchse möglich, die als Fettreservoir dienen. Viele Nylonbuchsen kommen ohne Schmiermittel aus, was sie zu einer guten Wahl für trockenere Anwendungen in der Lebensmittel- und Textilindustrie macht.

Anwendungen von Durchführungen

Buchsen sind das wichtigste Bauteil von Leistungstransformatoren, da sie eine Relativbewegung durch Gleiten im Gegensatz zum Rollen ermöglichen. Fahrzeugaufhängungen gehören zu den häufigsten Anwendungen von Buchsen, wobei Gummibuchsen in der gesamten Aufhängung eines Fahrzeugs verwendet werden, um ein Gleichgewicht zwischen einem guten Fahrverhalten und angemessener Haltbarkeit zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu sind Drehbuchsen bei maschinenbezogenen Tätigkeiten, die präzise bearbeitete Teile erfordern, üblich. Hülsenbuchsen tragen zur Kontrolle von Reibung und Verschleiß bei dynamisch belasteten Anwendungen bei. Bei Trockenkammern in Holztrocknungsanlagen werden Kunststoffbuchsen verwendet.

Was ist ein Lager?

Die meisten Lager werden verwendet, um rotierende Wellen in Maschinen zu stützen und eine Relativbewegung zwischen den Maschinenkomponenten zu ermöglichen, während sie gleichzeitig eine Art von Positionierung zwischen ihnen bieten. Die Form des Lagers hängt von der Art der Relativbewegung und der Art der Zwänge ab, denen sie unterworfen ist.

Die meisten Lager unterscheiden sich von Buchsen durch ihre Mehrkomponenten-Konstruktion, die einen Käfig zur Aufnahme der Wälzkörper (Kugeln oder Rollen), die Wälzkörper sowie einen Innen- (angrenzend an die Welle) und Außenring (in Kontakt mit der Bohrung) umfasst, auf denen die Wälzkörper zusammenwirken.

Lager sind eine kritische Komponente, da der Kontakt von Metall auf Metall abrasiv ist, was zu Materialverschleiß führt und eine Widerstandskraft in Form von Reibung erzeugt. Lager ermöglichen es den beiden zusammenwirkenden Oberflächen, übereinander zu rollen, zu gleiten oder zu gleiten, anstatt aneinander zu reiben, indem das Gewicht der Last auf die Wälzkörper übertragen wird, wodurch sich das Gerät drehen kann.

Haupttypen von Lagern

Lager können in zwei allgemeine Klassen unterteilt werden:

• Zeitschriftenlager: Die Last wirkt im rechten Winkel zur Achse.
• Axiallager: Die Last wirkt parallel zur Achse.

Innerhalb beider Klassen gibt es verschiedene Arten von Lagern, die den gleichen Grundaufbau und Zweck haben. Der Hauptunterschied liegt in der Art der Last, die sie bewältigen, und in der Art der verwendeten Wälzkörper. Hier sind kurze Beispiele für jeden Typ:

Kugellager

Der Wälzkörper in Kugellagern ist eine Kugel zwischen den Lagerringen als Wälzkörper, der den Abstand zwischen den Lagerringen aufrechterhält. Kugellager können sich aufgrund ihrer Kugelform in jede Richtung drehen und sind daher in der Lage, kombinierte Belastungen (radial und axial) aufzunehmen. Sie minimieren die Rotationsreibung, haben aber nur eine begrenzte Kontaktfläche. Sie eignen sich am besten für leichte bis mittlere Anwendungen und nicht für schwere Lasten oder Stöße.

Gerade Rollenlager

Geradlinige Rollenlager werden auch als Zylinderlager bezeichnet und laufen in zylindrischen Laufbahnen. Sie sind reibungsarm und eignen sich für Hochgeschwindigkeits- und Hochradialanwendungen. Aufgrund der breiteren Kontaktflächen auf den Rollen können sie schwerere Radiallasten wie die von Förderbändern aufnehmen, sind aber nicht die beste Wahl für kombinierte Lasten.

Kegelrollenlager:

Kegelrollenlager haben Ringe und Rollen, die kegelförmig sind und die Form eines Kegelstumpfes haben. Diese Form ermöglicht es ihnen, die Einschränkungen von geraden Rollenlagern zu überwinden und kombinierte Lasten zu bewältigen, wobei sie auch schwerere Lasten als Kugellager tragen können. Der Achswinkel zwischen der Rolle und dem Lager bestimmt die Tragfähigkeit, wobei mit zunehmendem Winkel eine größere Axiallast möglich ist.

Kriterien für die Auswahl von Lagern

Lager sind im Allgemeinen besser für die Lagerung von Rädern mit höheren Geschwindigkeiten und leichteren Lasten geeignet. Beachten Sie bei der Auswahl eines Lagers die folgenden Punkte:

1. Die auf das Lager einwirkenden Lastbedingungen tragen dazu bei, den zu verwendenden Lagertyp zu bestimmen.
2. Die Bestimmung des für das Lager verfügbaren Platzes ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Lagers für Ihre Anwendung.
3. Es ist wichtig, die vom Rad getragene Last zu kennen und sie mit einem Lager zu kombinieren, das für diese Last ausgelegt ist.

Wartung des Lagers

Die Überwachung auf Anomalien wie Geräusche, Vibrationen und Temperaturänderungen ist entscheidend für die Vermeidung von Lagerausfällen. Abblättern, Riefen, Risse, Korrosion und abnormaler Verschleiß erfordern sofortige Aufmerksamkeit. Einige Lager müssen auch regelmäßig geschmiert werden, um korrekt zu funktionieren oder die Lebensdauer zu erhalten.

Anwendungen von Lagern

• Bei Kugel- und Rollenlagern handelt es sich um einen Rollkontakt zwischen Komponenten, die in einer Maschine zusammenwirken.
• Fahrzeuge sind die Hauptbereiche, in denen Lager verwendet werden, einschließlich der Räder, des Lenkmechanismus, des Getriebes und der Aufhängungskomponenten.
• Auch in Flugzeugen, Pumpen, Turbinen, Werkzeugmaschinen und Haushaltsgeräten, um nur einige Beispiele zu nennen, finden Lager breite Anwendung. Ihr Hauptzweck ist es, Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit, hoher Präzision und geringer Belastung zu ermöglichen.

Buchse vs. Lager

Ob Buchsen oder Lager die richtige Wahl für Ihre spezielle Anwendung sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Jedes hat seine Vor- und Nachteile, die bei der Auswahl berücksichtigt werden müssen.

Buchse

Vorteile

• Obwohl die Buchse technisch gesehen eine Lagerklasse ist, handelt es sich um ein einzelnes Bauteil, das zur Lagerung einer Welle dient. Er arbeitet mit einer Gleitbewegung zwischen den sich bewegenden Oberflächen, was eine extrem reibungsarme Bewegung ermöglicht, die den Stromverbrauch, die Geräuschentwicklung und die Abnutzung der Teile minimiert.
• Als einzelnes Bauteil haben Buchsen gegenüber Lagern einen Vorteil bei der Montage und sind tendenziell kostengünstiger.
• Sie sind in der Regel selbstschmierend und arbeiten leiser als die meisten Lager.

Benachteiligungen

• Buchsen müssen vor der Bewegung statische Reibungskräfte überwinden, die als Stick und Slip bekannt sind, insbesondere wenn das lineare Bewegungssystem verschlissen oder nicht richtig ausgerichtet ist, was zu einer ruckartigen, ungleichmäßigen Bewegung der Buchse führt.
• Buchsen, vor allem billige, neigen dazu, größere Toleranzen zu haben, so dass sie weniger genau auf die glatten Stangen passen.

Lager

Vorteile

• Die Bewegung von Lagern ist im Allgemeinen sanfter als die von Buchsen, da sie die Haftreibung durch Rollen statt durch Gleiten überwinden.
• Sie sind in der Regel präziser gebaut und weisen engere Toleranzen auf, um eine bessere Passform als Buchsen zu gewährleisten, wodurch Schlupf und Spiel verringert werden.
• Auch in einer Hochgeschwindigkeitsumgebung haben Lager einen erheblichen Vorteil gegenüber Buchsen.

Benachteiligungen

• Die hohen Kosten (etwa das Sechs- bis Zehnfache) im Vergleich zu den Kosten für Buchsen.
• Erfordert intensive Wartung, oft auch Schmierung
• Lauter Betrieb
• Ein schlecht eingebautes oder beschädigtes Lager kann andere Bauteile beschädigen, wenn diese auseinanderbrechen.

Die Wahl zwischen Lagern und Buchsen

Bei der Entscheidung, ob Buchsen oder Lager verwendet werden sollen, sind folgende Faktoren zu berücksichtigen (in der Reihenfolge ihrer Priorität)

• Geschwindigkeit und Belastung: Werden die Räder bei niedrigeren Geschwindigkeiten schwerere Lasten oder bei höheren Geschwindigkeiten leichtere Lasten tragen? In Fällen, in denen hohe Geschwindigkeiten eine Rolle spielen, bieten Lager eine bessere Lösung, während Buchsen gut für Anwendungen mit niedrigen Geschwindigkeiten und hoher Belastung geeignet sind.
• Reibungsloser Betrieb: Wegen der bei Buchsen häufig auftretenden "Stick and Slip"-Probleme sind Lager die bessere Wahl für einen reibungsloseren Betrieb.
• Wartung/Schmierung: Bei wartungsfreien Anwendungen mit Selbstschmierung, insbesondere in der trockeneren Lebensmittel- und Textilindustrie, werden Buchsen bevorzugt.
• Betriebsgeräusch: Wenn ein geräuscharmer Betrieb von entscheidender Bedeutung ist, sind Buchsen im Allgemeinen leiser als Lager.
• Haushalt: Buchsen kosten in der Regel sechs- bis zehnmal weniger als Lager.

Bei der Wahl zwischen Lagern und Buchsen müssen die spezifische Anwendung, die Betriebsumgebung und die verschiedenen Betriebsbedingungen und -beschränkungen berücksichtigt werden. Die Kenntnis der Vor- und Nachteile jedes Typs hilft bei der Entscheidung, welcher Typ die beste Lösung bietet.

FAQs

Was ist ein selbstschmierendes Lager?

Selbstschmierende Lager sind eine besondere Art von Lagern, bei denen ein flüssiges (Öl) oder festes (Graphit) Schmiermittel in die Gleitschicht des Lagers eingebettet ist. Der Schmierstoff wird während des Betriebs durch die Poren in der Gleitschicht gefördert und schmiert so die Oberfläche des Lagers.

Warum Bronzebuchsen verwenden?

Bronze gibt es in verschiedenen Legierungen und Zusammensetzungen. Diese Buchsen sind hart und stabil, haben eine längere Lebensdauer und sind besser gegen Stöße und Schläge, Verschleiß und Korrosion geschützt.

Wie ist die Leistung von Gleitlagern (Buchsen) und Kugellagern im Vergleich?

Zu den Leistungsvorteilen von Gleitlagern gehören geringere Kosten, weniger Wartungsaufwand, weniger Geräuschentwicklung bei niedrigen Drehzahlen und eine einfachere Installation bei höherer Belastung und niedrigeren Geschwindigkeiten. Zu den Leistungsvorteilen von Kugellagern gehören dagegen ein ruhigerer Lauf und eine höhere Belastbarkeit bei höheren Geschwindigkeiten.

Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines Lagers berücksichtigt werden?

Belastungen, Drehzahlen, Ausrichtung und Platzverhältnisse innerhalb der Betriebsbedingungen und der Anwendungsumgebung sind die wichtigsten Faktoren, die bei der Auswahl eines Lagers berücksichtigt werden müssen. Weitere Faktoren sind Laufruhe, Geräuschpegel, Kosten und Wartungsbedarf.