Um deutlich geringere Gesamtkosten, eine verbesserte Leistung und einen praktisch wartungsfreien Betrieb zu erreichen, statten Konstrukteure von linearen Antriebssystemen die benötigten Rund- und Profilschienen immer häufiger mit selbstschmierenden Lagern aus. Ob diese jedoch ihr volles Potenzial ausspielen, hängt ganz erheblich davon ab, wie die Lager – bezogen auf die vorgesehene Betriebsumgebung – spezifiziert, installiert und bewertet wurden.
Die Vorteile selbstschmierender Lager
Seit mehr als zehn Jahren nutzen selbstschmierende – oder lebensdauergeschmierte – Lösungen ölgetränkte Polymere in Anwendungen von der Lebensmittelverarbeitung bis zur Fahrzeugmontage. OEMs entscheiden sich für diese Technologie, um ihren Maschinen mehr Attraktivität zu verleihen und die Vorteile des wartungsfreien Betriebs der Lager zu nutzen – inklusive längerer Lebensdauer, maximierter Zuverlässigkeit und geringerer Betriebskosten.
Davon profitieren insbesondere Instandhaltungsteams, deren Aufgabe darin besteht, die eingebauten Lager funktionsfähig zu halten und sie am Ende ihrer Lebenszyklen auszutauschen. Hinzu kommen deutlich längere Wartungs- und Austauschintervalle, eine verbesserte Maschinenverfügbarkeit, höhere Durchsatzraten und nicht zuletzt ein sauberer Betrieb. Außerdem werden weitere Kosten eingespart, indem auf kostspielige Schmiersysteme und Schmiermittel verzichtet wird.
So funktionieren selbstschmierende Lager
Selbstschmierende Lager, die üblicherweise in Linear- und Profilschienen genutzt werden, bestehen aus ölgetränktem Kunststoff. Abbildung 1 zeigt eine selbstschmierende Kartusche, die in beide Seiten des Lagerblocks für eine Rundschiene eingepresst werden kann. Im abgebildeten Beispiel ist das mikroporöse Polymer-Bauteil mit Öl getränkt, das dank Kapillarwirkung einer Drahtfeder austritt, die mit der Schiene dauerhaft in Berührung steht. Diese Kapillarwirkung gewährleistet, dass zwischen allen Wälzkörpern und der Laufbahn immer ein Schmierfilm vorhanden ist. Wird die Bewegung angehalten, wirkt das mikroporöse Polymer wie ein Schwamm, der das Öl aufnimmt. So wird eine übermäßige Ansammlung des Schmiermittels verhindert, das somit nicht heruntertropfen kann wie bei einer manuellen Schmierung. Einen zusätzlichen Schutz gegen austretendes Öl bietet bei Bedarf eine Doppellippen-Dichtung aus Nitrilkautschuk. Abbildung 2 zeigt eine ähnliche selbstschmierende Baugruppe auf einer Profilschiene.
Abbildung 1: Das ölgetränkte Polymer sorgt für die Selbstschmierung und verlängert die Lebensdauer dieses Thomson Ball Bushing® Linearkugellagers um mehr als 200-mal im Vergleich zu herkömmlichen Linearlagern.
Abbildung 2: Selbstschmierende Baugruppe auf einer Profilschiene für eine konstante und gleichmäßige Schmierung (Abbildung mit freundlicher Genehmigung von Thomson Industries, Inc.).
Selbstschmierende Lager sinnvoll spezifiziert
Ganz gleich, ob Sie als OEM ein wartungsfreundliches System konstruieren oder als Wartungsingenieur ein Lager austauschen, das manuell geschmiert werden muss: die planungs- und anwendungstechnischen Faktoren sind vergleichbar. Die Wartbarkeit bildet eine kritische Größe in der Spezifikationsmatrix, die praktisch alle Variablen beeinflusst – oder von diesen beeinflusst wird. Die Möglichkeiten einer selbstschmierenden Lösung sollten bei der Spezifikation annähernd jeder Profil- oder Linearführung in Betracht gezogen und nach folgenden Kriterien bewertet werden:
- Verfügbarkeit von Wartungspersonal — Sind die Wartungsressourcen beim Endanwender limitiert, bilden dauergeschmierte Lager die logische Wahl. Von Thomson Industries in Auftrag gegebene, unabhängige Tests haben gezeigt, dass selbstschmierende Lager während einer Verformungsprüfung mit drei Millionen Arbeitszyklen ganz ohne Wartung oder zusätzliche Schmierung des Schmierblocks auskommen.
- Lebenszyklus — Die Fähigkeit gleichbleibender Leistung und eines wartungsfreien Betriebs kann die Lebensdauer des Lagers um das Dreifache verlängern, wenn mit einem Lager in Vergleich gesetzt, dass nur einmal beim Einbau – und dann nicht mehr – geschmiert wird.
- Zugänglichkeit — Einer der zentralen Faktoren bei der Entscheidung für oder gegen ein selbstschmierendes Lager ist dessen Einbauort in der Maschine. Je mehr Demontage- und Montageaufwand notwendig ist, um an das Lager zu gelangen, umso mehr Zeit und Geld wird eingespart, wenn dieses Lager nicht gewartet werden muss.
- Temperatur — Jeder Hersteller gibt für seine Lager bestimmte zulässige Betriebstemperaturen an. Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen kann zum Ausfall der Lager führen. Beispielsweise besteht bei einigen Schmiermitteln die Gefahr, dass sie bei zu hohen Temperaturen austrocknen. Ein weiterer temperaturbezogener Faktor besteht darin, dass selbstschmierende Lager dazu neigen, schneller und damit heißer zu laufen, da eine Schmiermittel-Ansammlung besser beherrschbar ist, sodass ein Heruntertropfen minimiert wird. Das ist zwar kein großes Problem, sollte aber beachtet werden, falls in der erwarteten Bedienungsumgebung Temperaturen auftreten, die nah an den Empfehlungen des Herstellers liegen.
- Einbaulänge — Wird ein Lagerblock um Schmierbuchsen erweitert, kann das System geringfügig länger werden, da diese häufig auf beiden Seiten eines Schlittens angebracht werden. Hierbei handelt es sich selten um mehr als wenige Millimeter, aber bei beengten Verhältnissen oder begrenzter Länge kann das entscheidend sein. Somit ist eine präzise Analyse des Platzbedarfs bei der Spezifizierung selbstschmierender Lager unverzichtbar.
- Umgebungsbedingungen — Die Umgebung, in der das Lager zum Einsatz kommen soll, wirkt sich ebenfalls auf dessen Wartungsbedarf aus. Der Betrieb in Bereichen mit überdurchschnittlich hoher Partikel- oder Schmutzbelastung erfordert gegebenenfalls eine spezielle Wartung der Lager, die jedoch auf ein Minimum begrenzt werden kann. Der in Abbildung 1 gezeigte selbstschmierende Lagerblock verwendet beispielsweise ein Trockenschmiermittel in einer Mischung aus Polymeren, Ölen und ausgewählten Additiven, die das Eindringen von Schmutz, Abrieb und Flüssigkeit in den Kugelkanal reduziert und damit vorzeitige Ausfälle verhindert.
Durch die Montage selbstschmierender Lager mit optionalem Zubehör kann ein erhöhter Schutz gegen widrige Umgebungsbedingungen erreicht werden. So halten zum Beispiel Abstreifbleche aus Edelstahl größere Schmutzpartikel oder Metallspäne von den Dichtlippen fern. Zusätzlich können Standard-Faltenbalge die Schien gegen Partikel und Spritzwasser schützen. - Gesamtkosten (TCO) — Wenngleich der Anschaffungspreis eines selbstschmierenden Lagers 10 bis 30 % über dem eines manuell zu schmierenden Lagers liegt, zahlt sich dies durch reduzierte Personalkosten, den Wegfall von Schmiersystemen, eine verbesserte Leistung und weniger Stillstandzeiten um ein Vielfaches aus. Die Hälfte aller Lagerausfälle ist auf eine mangelhafte Schmierung zurückzuführen.
Selbstschmierende Lagerblockeinheiten, offen oder geschlossen, sind standardmäßig für Tragzahlen von 1110 bis 17800 N erhältlich. Sonderausführungen sind ebenfalls möglich. Lagerblöcke können sowohl ab Werk eingebaut als auch vor Ort nachgerüstet werden.
Angesichts der Tatsache, dass eine unsachgemäße Schmierung die häufigste vermeidbare Ursache für verkürzte Lager-Standzeiten und -ausfälle darstellt, bedeutet eine möglichst kostengünstige Optimierung der Schmierung unterm Strich eine besonders hohe Rentabilität. Neben den eingesparten Wartungskosten und der längeren Lebensdauer machen selbstschmierende Lager sowohl kostspielige Schmiersysteme als auch die Schmiermittel selbst überflüssig und versprechen einen umweltschonenden Betrieb. Durch eine möglichst frühzeitige Berücksichtigung der genannten Faktoren können Entwickler von Antriebssystemen zur Automatisierung kritischer Prozesse somit die Wartungskosten von ihrer Sorgenliste streichen.
Beispiel 1:
Ein Unternehmen verwendet für seine automatisierte Abfüllanlage Thomson Super Smart Lager mit 1557 N aufgebrachter Last und einer Verfahrgeschwindigkeit von 2,3 m/s. Die Betriebstemperatur der Linearlager liegt unter 70°C. Die Anforderungen an die Sauberkeit sind hoch.
Zunächst wird die erwartete Laufleistung (L10) für diese Anwendung geschätzt. Nennlast laut Katalog: 8452 N (SSU16) und 48 Stunden pro Woche.
Das heißt, 90 % der Lager halten bei dieser Anwendung länger als 20 Wochen.
Als Nächstes wird das korrekte Schmierintervall für diese Anwendung ermittelt.
Geschätztes Schmierintervall=800 km
Das bedeutet, die Lager müssen fünf Monate lang alle zwei Wochen geschmiert werden, bevor sie ausgetauscht werden. Dem Unternehmen stehen somit kurze Wartungszyklen und hohe Wartungskosten bevor. Darüber hinaus besteht ein erhebliches Risiko, dass die Schmierung der Lager vergessen wird – mit der Folge eines unplanmäßigen Stillstands, der schnell mit über 10.000 € pro Stunde zu Buche schlagen kann. All dies lässt sich durch den Einbau selbstschmierender Lager vermeiden.
Beispiel 2:
Ein vollautomatisiertes System umfasst 20 Lagerachsen mit jeweils 3-4 Lagern und 60-80 Lagern insgesamt. Die Lager werden mit 35 % der Nenntragzahl belastet (bei 50 km) und es kann eine leichte Verschmutzung auftreten. Die Betriebstemperatur liegt unter 85°C, die typische Linearlager-Geschwindigkeit bei 500 mm/s.
Bezogen auf eine aufgebrachte Last als Prozentsatz der Nenntragzahl laut Katalog und einer mittleren Verschmutzung können wir das Schmierintervall für die Lager wie folgt berechnen:
Geschätztes Schmierintervall=500 km
Sauberkeitsfaktor
Werden die Lager dieses Systems mit einer Selbstschmierung ergänzt, lässt sich das Schmierintervall um mehr als das Dreifache verlängern, was einen direkten Spareffekt bei den Wartungskosten und Maschinenstillständen ergibt.