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Einsatz von Keramikwerkstoffen in Kugellagern

Grundlagen der Tribologie:
Einsatz von Keramikwerkstoffen in Kugellagern

Es war ein vieldiskutiertes Technik-Thema letztes Jahr: gedichtete Kugellager mit Komponenten aus Keramik, oder auch „Hybrid“-Lager genannt. In fast allen am Markt verfügbaren Lagern dieser Art werden die Kugeln im Lager statt aus Stahl aus Keramik gefertigt. Der Werkstoff des inneren und äußeren Ringes, zwischen denen Kugeln laufen, bleibt weiterhin aus Stahl.

Die Theorie hinter der Wunderwaffe, die uns zusätzliche Watt ersparen soll, lässt sich in dem Fachbereich der Tribologie, die Lehre der Reibung, finden. Der Zustand wie gut oder schlecht ein Werkstoff an einem anderen haftet oder gleitet kann durch eine Zahl beschrieben werden. Diese Zahl nennt sich Reibungskoeffizient. Er liegt immer zwischen 0 (keine Reibung) und 1 (maximale Reibung). In seltenen Fällen kann er auch über 1 steigen. Jeder Werkstoff besitzt einen Beiwert (Reibungskoeff.) für die Haftreibung = RH und einen für die Gleitreibung = RG. Es muss unterschieden werden ob es sich im vorliegenden Fall um Haft- oder Gleitreibung handelt.

Wenn sich zwei Körper berühren entsteht immer Reibung zwischen ihnen. Stehen die Körper, relativ zueinander, still liegt Haftreibung vor. Sobald sich ein Körper relativ zum anderen bewegt, also rutscht oder rollt, tritt Gleitreibung auf.

Das alles lässt sich anhand der graphischen Darstellung noch besser erklären. Konstante Variablen in den nachfolgenden Abbildungen sind m = Masse, g = Erdbeschleunigung und der Winkel ß. Mit den Trigonometrischen Winkelfunktionen kann man es zu folgender Aussage zusammenfassen:

Solange FR = m*g*cos(ß)*µ (Abbildung 1, roter Pfeil) größer, oder gleich groß FH = m*g*sin(ß) (Abbildung 2, grüner Pfeil) ist, haftet der Würfel auf der schiefen Ebene. Ist er kleiner rutscht, oder besser gleitet, der Würfel hinunter.

Haftreibung

Abbildung 1: Haftreibung

Gleitreibung

Gleitreibung

Abbildung 2: Gleitreibung

Das bedeutet, um möglichst kräfteschonend unterwegs zu sein, muss der Beiwert für die Gleitreibung möglichst gering sein. In Zahlen ausgedrückt nimmt man für Stahl zu Stahl einen Reibwert von 0,08-0,25 für Haftreibung und 0,06-0,2 für Gleitreibung an. Für Stahl zu Keramik in den Hybridlagern fallen diese Werte teilweise noch mal bis unter die Hälfte.

Zusammenfassend sind die Vorteile der neuen Lagertechnologie:

o Längere Lebensdauer

o Geräuschärmer

o Vibrationsbeständig

o Hitzebeständig

o Geringerer Leistungsverlust

Zu finden in den Naben unserer XeNTiS Silver Line Laufräder.

(C) Felix Schneider

 

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