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Zollern Gleitlager mit hochfester Weißmetalllegierung für schnelllaufende Anwendungen

| Redakteur: Stefanie Michel

Gleitlager in hochdynamischen antriebstechnischen Anwendungen sind hohen Belastungen ausgesetzt. Kommen die als Gleitschicht eingesetzten Weißmetalllegierungen an ihre Grenzen, steht nun ein neuer Werkstoff zur Verfügung, der die Ermüdungsfestigkeit der Gleitlager nochmals um 20% steigert.

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Für hochbelastete Gleitlager in Turbinen, Elektroantrieben oder Großgetrieben kommt eine hochfeste Weißmetall-Gleitlagerlegierung zum Einsatz.
Für hochbelastete Gleitlager in Turbinen, Elektroantrieben oder Großgetrieben kommt eine hochfeste Weißmetall-Gleitlagerlegierung zum Einsatz.
(Bild: Zollern)

Gleitlager kommen universell in vielen Varianten bei der Übertragung von Kräften über bewegte Funktionsflächen zum Einsatz. Hydrodynamische Gleitlagerlegierungen für hochbelastete, schnelllaufende Maschinen zeichnen sich durch eine hohe dynamische Druckbeanspruchbarkeit und gute Dämpfungseigenschaften aus. Die Gleitschicht dieser Gleitlager besteht je nach Anforderung aus metallischen Werkstoffen der unterschiedlichsten Legierungssysteme.

Hochfeste Gleitlagerlegierung soll Belastbarkeit um 20% erhöhen

Weißmetalllegierungen stehen für hohe Belastbarkeit sowie Toleranz gegenüber Überlasten und Stoßbeanspruchung. Gleitlager aus einem Weißmetall-Verbundwerkstoff sind daher die erste Wahl für Turbinen, Elektromaschinen, Großgetriebe und sehr große Dieselmotoren, weil sie zuverlässig und langlebig. Bei manchen Anwendungen gelangen jedoch auch diese an die Grenzen ihrer Belastbarkeit, sodass die Gleitlager entweder entsprechend groß gestaltet oder Alternativmaterialien eingesetzt werden müssen.

Aluminium-Zinn-(AlSn-)Lagerwerkstoffe zu verwenden würde zwar die Ansprüche an die Ermüdungsfestigkeit erfüllen, weist jedoch nicht die Toleranz von Weißmetallen auf. Deshalb begann Zollern mit der Entwicklung einer hochfesten Weißmetall-Gleitlagerlegierung, die den heute weltweit verfügbaren Legierungen hinsichtlich Belastbarkeit um 20% überlegen ist. Zudem sollte auf Cadmium und Arsen, wie auch auf andere toxische Elemente verzichtet werden.

Neue Legierung für Gleitlager zum Patent angemeldet

Im Rahmen eines AiF-Forschungsvorhabens wurde eine Ziellegierung bestimmt, welche gute Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften vereint. Zudem durften sich die legierungstechnischen Modifikationen nicht nachteilig auf die technologischen Eigenschaften auswirken. Um die Festigkeitseigenschaften zu steigern, kommen Bismut und Zink zum Einsatz. Der Versprödung des Gefüges wird durch gezielte Kornfeinung mit Tellur entgegengewirkt. Die letztendlich gefundene Legierung meldete Zollern zum Patent an und veröffentlichte sie unter WO 2012/028136 A2.

Dies war die Basis zur Weiterentwicklung zum Zollern-Werkstoff WM 2020-pro. Versuche mit dieser weiterentwickelten Legierung auf den eigenen Gleitlagerprüfständen zeigen nach Angaben des Herstellers im Benchmark mit den am Markt verfügbaren Weißmetalllegierungen auf, dass die Steigerung der Ermüdungsfestigkeit um 20% deutlich erreicht wurde – sowohl im Vergleich zu den cadmium- und arsenhaltigen, als auch zu den cadmium- und arsenfreien Hochleistungswerkstoffen. Nach erfolgreichem Abschluss aller Testphasen soll die Markteinführung des neuen Hochleistungsweißmetalls WM 2020-pro in der zweiten Hälfte 2012 erfolgen.

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