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DEVA Zwei Mitarbeiter bei der Arbeit

Gleitlagereinbau durch Unterkühlung

Allgemeine Hinweise

Der Lagereinbau durch Unterkühlen ist grundsätzlich bei Metall- und Polymer-Lagern möglich. Bei metallischen Gleitlagern jedoch nur für jene anwendbar, die über eine Bronze- oder Nickel-Kupfer-Matrix verfügen. Bei anderen metallischen Legierungen kann es durch das Unterkühlen zu unerwünschten Gefügeveränderungen kommen.

Gleitlager mit einer Bronze- oder Nickel-Kupfer-Matrix bieten aufgrund der Ausdehnungsbeiwerte von a » 18…20 x 10-6 1/K (Bronze) und a » 13…16 x 10-6 1/K (Nickel-Kupfer) eine ausreichende Schrumpfung für das gewaltlose Einführen der unterkühlten Teile in die vorbereiteten Aufnahmen. Bei den polymeren deva.tex® Gleitlagern ist zu beachten, dass Werkstoffe mit Glasfaserverstärkten Tragrücken einen deutlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten (a » 13 x 10-6 1/K) besitzen als jene mit reiner Kunststofffaserverstärkung (a » 60…100 x 10-6 1/K).

Das Verfahren kann bis Betriebstemperaturen von 120 °C genutzt werden. In solchen Fällen ist keine zusätzliche Sicherung des Gleitlagers notwendig. Ist der a-Wert des Lagers größer der des Gehäuses, können auch höhere Betriebstemperaturen zugelassen werden.

Im Stahlbau oder im Stahlwasserbau, wo höhere Belastungen auftreten können und die Aufnahmeteile keine ausreichende Wandstärke besitzen, könnte durch die wechselnde Verformung eine Lockerung der Gleitlager trotz guter Überdeckung eintreten. In solchen Fällen wird eine zusätzliche Sicherung nach DN 2.32 empfohlen. Diese zusätzliche Sicherung ist auch vorzusehen, wenn schräg eingeleitete Kräfte Schubbeanspruchungen auf die Presspassung bewirken können.

Kältemittel und deren Handhabung

Die zur Unterkühlung am häufigsten benutzten Medien sind Trockeneis (CO2) und flüssiger Stickstoff (N2). Beide Substanzen sind als Gefahrstoffe zu behandeln. Beim Umgang mit Trockeneis oder flüssigem Stickstoff ist entsprechende Schutzausrüstung zwingend erforderlich. Die entsprechenden Unfallverhütungsvor-schriften sind zu beachten.

Als Kühlbehälter eignet sich z.B. eine Holzkiste, die mit ca. 30 mm Styropor vollständig ausgekleidet wird. Ein Deckel verhindert Kälteverlust und sorgt für eine schnellere Durchkühlung der Gleitlager.

Das ganze Lager muss mit dem Kältemittel bedeckt sein. Die Einwirkzeit beträgt je nach Größe ca. 30 bis 60 Minuten bei Flüssigstickstoff und ca. zwei Stunden bei Verwendung von Trockeneis. Das Trockeneis muss fein zerkleinert werden (etwa auf Wallnussgröße).

Generell gilt:

je größer der Lagerdurchmesser, desto günstiger ist der Unterkühlungseinfluss.

Je dicker die Wandstärke, desto ungünstiger ist der Unterkühlungseinfluss

Berechnung der Schrumpfung

s = n * ∝1 * ∆T * D

Gilt für ∝= 18 x 10-6 1/K (Bronze) und Raumtemperatur (bzw. Gehäusetemperatur) 20°C
  • s ... Schrumpfmaß [mm] 
  • D ... Außendurchmesser [mm]
  • T ... Temperaturunterschied [K] - Differenz zw. T1 und TCO2 oder T1 und TN2
  • TCO2 ... Temperatur des Trockeneises/Kohlenstoffschnees  (-75°C)
  • TN2 ... Temperatur des Stickstoffs  (-195°C)
  • T1 ... Umgebungstemperatur (angenommen: 20°C)
  • n  ... Sicherheitsfaktor (0,8 ist ein Erfahrungswert für die Berücksichtigung des Wärmeübergangs und der Erwärmung des Lagers während des Handlings)
  •   ... linearer Wärmeausdehnungskoeffizient (1/K) gemäß Werkstoffblatt
  • 1 ... linearer Wärmeausdehnungskoeffizient [1/K] für Tieftemperatur ... (1 =  0,83*∝  [für Trockeneis]; 1 =  0,77*∝  [für Flüssigstickstoff])

Produktspezifische Besonderheiten

  • deva.bm®
    Lager aus deva.bm® können erst ab 200 mm Außendurchmesser durch Unterkühlung eingebaut werden. Bei kleineren Durchmessern erfolgt der Einbau durch Einpressen. Um das Handling des Lagers beim Einbau durch Unterkühlung zu verbessern, ist es ratsam, eine Einführ-Buchse zu benutzen. Idealerweise wird diese am Gehäuse zentriert und fixiert. Die Gehäusebohrung wird zur besseren Montage leicht mit Öl benetzt. Mit einem entsprechenden Stempel oder Deckel lässt sich das Lager dann leicht in die Aufnahmebohrung schieben. 
     
  • deva.glide®
    Für Gleitlager-Außendurchmesser bis 200 mm ist eine Unterkühlung mit Flüssigstickstoff zu empfehlen. Über 200 mm kann mit Trockeneis unterkühlt werden. Jedoch ist zu beachten, dass bei derartigen Unterkühlungen die Gefahr hoch ist Stopfen zu lösen, da die Wärmedehnungskoeffizienten zwischen Metall und Stopfen sehr unterschiedlich sind.
     
  • deva.metal®
    Bronze oder Nickel-Kupferlegierungen  … keine Einschränkungen
    Andere Metalllegierungen  … in Rücksprache mit unserer Technik, da ggf. Strukturveränderungen stattfinden können
     
  • deva.tex®
    Gleitlager mit einem Innendurchmesser von >Ø150 mm können auch durch Unterkühlen mittels flüssigem Stickstoff sicher eingebaut werden.

Einbaubeschreibung

  1. Auswählen oder Herstellen eines Thermobehälters. Durch die Qualität der Isolierung (möglichst gut isoliert) und die Auswahl der Behältergröße (gerade so groß dass das Lager Platz findet) kann der Verlust von Stickstoff minimiert werden. Die Behälterhöhe sollte so gewählt sein, dass das Lager vollständig in Stickstoff eingetaucht werden kann.
  2. Legen Sie das Lager in den Behälter und beginnen Sie dann, den Stickstoff einzugießen. In den ersten Momenten kocht der Stickstoff sehr stark, sobald er die Oberfläche kontaktiert.
  3. Aufgrund des extremen Temperaturunterschieds wird der flüssige Stickstoff weiterhin kochen. Während dieser Zeit kann es notwendig sein, Stickstoff nachzufüllen, um sicherzustellen, dass das Lager vollständig mit dem Stickstoff bedeckt ist.
  4. Als Verweildauer im Stickstoff werden 30 bis 60 Minuten empfohlen (abhängig von Lagergröße und Wandstärke). Der Stickstoff darf nicht mehr kochen. Eine leichte Blasenbildung darf jedoch noch stattfinden.
  5. Beim Einbau von deva.bm® Lagern empfiehlt es sich eine Führungsbuchse, gemäß der Anleitung zum Einbau mittels Einpressen, zu verwenden.
  6. Nach Erreichen der notwendigen Verweilzeit werden die Gleitteile ohne Verzögerung in die Aufnahmeteile eingesetzt. Die Schrumpfung mittels Flüssigstickstoff soll so groß sein, dass die Teile ohne spürbaren Kraftaufwand in die Aufnahmebohrung passen. Eine sorgfältige Reinigung der Aufnahmeteile und der zu unterkühlenden Gleitteile ist notwendig.
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