Braucht die Welt hydrodynamische 3D-Gleitlager?

Sie werden sich wahrscheinlich fragen: „Was ist das denn jetzt schon wieder?“ Es gibt doch Lager in Hülle und Fülle, mit hoher Verfügbarkeit und zu kleinen Preisen. Wälzlager in allen möglichen Varianten, sowie Gleitlager für radiale und axiale Belastung. Und alle können mit Apps sozusagen zwischen Tagesschau und Wetterkarte ausgelegt werden - langweilig. Wozu also noch so ein Maschinenelement?

Um diese Frage für sich zu beantworten, sollten Sie zuerst einmal einen Einblick bekommen, was ein hydrodynamisches 3D-Gleitlager überhaupt ist und was man als innovativer Ingenieur damit so alles anstellen könnte.

Ein hydrodynamisches 3D-Gleitlager lässt sich in Kurzform wie folgt beschreiben:

  • es besteht aus 2 aufeinander abgestimmten Konturen (Lager, Laufring bzw. Welle)
  • vereint die hydrodynamische Tragwirkung eines Axial- und Radialgleitlagers
  • besitzt im Vergleich mit herkömmlichen Gleitlagerlösungen (Kombination aus Radial- plus Axialgleitlager) eine höhere Leistungdichte
  • kann durch die Formgebung individuell an die Belastungen einer Anwendung (z.B. schrägverzahntes Zahnradpaar) angepasst werden
  • kann unter gewissen Rahmenbedingungen in andere Bauteile integriert werden
  • eröffnet die Möglichkeit Maschinen anders - mit weniger Bauteilen - zu konstruieren
  • ist patentrechtlich geschützt

In der Abbildung ist der prinzipielle Aufbau eines 3D-Gleitlagers mit einem typischenhydrodynamischen Druckverlauf dargestellt. Die Auslegung dieses Maschinenelementes basiert, wie bei Gleitlagern üblich, auf der numerischen Lösung der Reynoldsschen Differentialgleichung und der damit gewonnenen Kennzahlen. Sie stützt sich somit auf physikalische Grundprinzipien und ist bei Kenntnis der Betriebsbedingungen beherrschbar. Auch dafür gibt es natürlich eine App!

Wenn Sie jetzt mit den von Ihnen eingesetzten Lagern zufrieden sind, den Status Quo Ihrer Anwendung lediglich nur verwalten möchten oder einfach ein noch billigeres Lager suchen, dann können Sie ab hier aufhören weiter zu lesen.

Befasst man sich jedoch damit was das Wort „Ingenieur“ bedeutet, tun sich hoffentlich andere Blickwinkel auf. Das Wort „Ingenieur“ hat seinen Ursprung im lateinischen und leitet sich von „Ingenium“ ab. Damit wird die kreative oder schöpferische Begabung und Fähigkeit des menschlichen Geistes beschrieben, erfinderisch tätig zu sein. Ingenieure entwickeln auf Basis dieser Fähigkeiten kontinuierlich neue Ideen und treiben damit technische Entwicklungen voran! Diese Bedeutung des Wortes Ingenieur gebietet also jedem, der ein solches Studium erfolgreich absolviert hat, niemals damit aufzuhören technische Lösungen weiter zu entwickeln und zu verbessern. Diese Innovationskraft und das „sich nicht zufrieden geben“ sind wesentliche Eigenschaften dieses Berufsstandes und damit das Fundament des Erfolges und Ansehens, den der deutsche Maschinenbau und das Gütesiegel „Made in Germany“ in der Welt auch heute immer noch genießen.

Zurück zur anfänglichen Fragestellung. Dazu stellen Sie sich bitte folgendes vor:Sie erhalten durch die Eigenschaften eines hydrodynamischen 3D-Gleitlagers die Möglichkeit Ihre Anwendung aus einem völlig neuem Blickwinkel zu betrachten und können dabei folgende Aspekte der Gleitlagertechnik mit einbeziehen. Das Lager ist individuell an die Aufgabe anpassbar und kann eventuell sogar in andere Bauteile integriert werden. Dadurch würden Sie nicht nur Bauraum sparen, sondern Sie nutzen auch noch solche Vorteile wie einen besonders ruhigen Lauf, eine hohedynamische Belastbarkeit, oder das ein solches Gleitlager sehr hohe Drehzahlen realisieren kann.

Schöpfen Sie das Optimierungspotenzial richtig gut aus, könnten Sie sogar Bauteile einsparen, was die Abläufe in Ihrem Unternehmen verschlankt und den Einkauf und die Qualitätsabteilung freuen würde. Das Ganze dann noch mit der Aussicht, dass Sie eventuell Blockaden durch Patente Ihrer Wettbewerber umgehen können um selber neue Schutzrechte zu platzieren.

Kurzum Sie können sich und Ihr Unternehmen für die Herausforderungen der Zukunft rüsten, indem Sie aktiv daran mitgestalten. Natürlich hat die praktische Ingenieursarbeit nichts mit Träumerei zu tun, sondern wird sich immer an der Realität messen lassen müssen. Fertige Lösungen fallen nicht vom Himmel und der Fortschritt muss meistens hart erarbeitet werden. Das wird auch mit einem hydrodynamischen 3D-Gleitlager nicht anders sein. Aber nur so ist eine Entwicklung und der damit verbundene Wettbewerbsvorteil sowie die selbstbestimmte Gestaltung der Zukunft eines Unternehmens möglich. Denn auf ausgetretenen Pfaden kommt man immer nur dorthin wo andere bereits waren.

Technische Herausforderungen gibt es genug. Die derzeit forcierte E-Mobilität erfordert dabei genauso ein Umdenken wie die Nutzung regenerativer Energien um nur zweiaktuelle Beispiele zu nennen. Alle Anwendungen in der Antriebstechnik haben gemeinsam, dass sich Maschinenteile gegeneinander bewegen, dabei Kräfte übertragen und gelagert werden müssen.

Hydrodynamische 3D-Gleitlager wurden im Zeitraum von 2012-2013 entwickelt und im gleichen Jahr zum Patent angemeldet. Sie sind derzeit bei Lizenznehmern in diversen Erprobungen und haben gezeigt, dass ihre spezifischen Wirkprinzipien genutzt werden können um darüber die jeweilige Anwendung zu optimieren und besser zu machen. Es handelt sich um eine junge Technologie mit hohem gestalterischen Potenzial.

Mehr zu diesem Thema sowie weitere Neuerungen im Bereich der Lagertechnik können Sie am 27. bis 28.06.17 in Schweinfurt im Rahmen der „12. VDI-Fachtagung Gleit- und Wälzlagerungen 2017: Gestaltung - Berechnung - Einsatz“ erfahren.

Autor des Artikels

Martin Berger
Inhaber Ingenierbüro Dr.-Ing. Martin Berger
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