Reibungsarme Werkstoffe für Gleitlager
Die Reibung in einem Gleitlager bestimmen die beiden Oberflächen und das, was zwischen ihnen liegt. Nur eine Handvoll Werkstoffe hat gegen Stahl von sich aus einen niedrigen Reibwert – vor allem PTFE (Teflon), Graphit und MoS₂ –, und Gleitlagerkonstruktion ist zu einem großen Teil die Kunst, einen davon an die Gleitfläche zu bringen, während etwas Festeres die Last trägt.
Die reibungsärmsten Festkörper gegen Stahl sind PTFE (μ ≈ 0,04–0,10 trocken), Graphit und MoS₂ (≈ 0,05–0,15), gefolgt von POM und UHMWPE (≈ 0,15–0,30) und Polyamid (≈ 0,20–0,40). Bronze auf Stahl liegt geschmiert bei ≈ 0,10–0,20. Keiner der reibungsarmen Festkörper trägt allein hohe Lasten, deshalb kombinieren Buchsen sie mit einer Bronze- oder Stahlstruktur: PTFE- und POM-Schichten auf Stahl, Graphiteinlagen in Bronze, Öl in Sinterbronze.
- Der Reibwert ist eine Eigenschaft der Werkstoffpaarung und der Bedingungen (Last, Geschwindigkeit, Temperatur, Schmierstoff), nicht eines einzelnen Werkstoffs
- PTFE-Verbundgleitlager: μ 0,02–0,20 trocken; POM-Verbund 0,05–0,25 gefettet; Bimetall-Bronze 0,04–0,15 geschmiert; Gussbronze 0,08–0,15 gefettet
- Niedrige Reibung und geringer Verschleiß sind verschiedene Eigenschaften: PTFE hat den niedrigsten Reibwert, verschleißt ungefüllt aber schnell – deshalb wird es als dünne, gefüllte Schicht eingesetzt
- Ein Schmierfilm schlägt jeden Festkörper: Ein vollständiger Ölfilm ergibt μ ≈ 0,001–0,01, weshalb schnelle Lager ölversorgt sind
Werkstoffe im Vergleich
Repräsentative Bereiche gegen Stahl aus der Tribologie-Literatur und den Datenblättern der Buchsen auf dieser Website; die tatsächlichen Werte hängen von Last, Geschwindigkeit, Temperatur, Oberflächengüte und Verschmutzung ab.
| Werkstoff | μ trocken gegen Stahl | μ geschmiert | Verschleißfestigkeit | Tragfähigkeit | Temperatur | Einsatz in Buchsen als |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PTFE (gefüllt) | 0,04–0,10 | 0,02–0,05 | Gering ungefüllt, gut gefüllt | Gering allein | −200 bis +260 °C | Gleitschicht von PTFE-Verbundgleitlagern |
| Graphit | 0,05–0,15 | — | Gut | Gering allein | Bis 400 °C an Luft | Einlagen in Graphitbronze-Buchsen |
| MoS₂ | 0,05–0,10 | — | Gut | Gering allein | Bis 350 °C an Luft | Zusatz in PTFE-Schichten und Einlagen |
| POM (Polyacetal) | 0,15–0,30 | 0,05–0,10 | Gut | Mittel | Bis 100–130 °C | Gleitschicht von POM-Verbundgleitlagern; massive Buchsen |
| UHMWPE | 0,10–0,20 | 0,05–0,10 | Sehr gut (Abrasion) | Gering | Bis 80 °C | Massive Kunststoffbuchsen und Auskleidungen |
| Polyamid (PA) | 0,20–0,40 | 0,05–0,15 | Gut | Mittel | Bis 100 °C | Massive Kunststoffbuchsen |
| Bronze (C93200) | 0,25–0,35 | 0,08–0,15 | Gut | Hoch | Bis 250 °C | Guss-, gerollte und Sinterbronze-Buchsen |
| Sinterbronze + Öl | — | 0,05–0,15 | Gut | Gering–mittel | Bis 90 °C | Ölgetränkte Buchsen |
| Bimetall CuPb10Sn10 | — | 0,04–0,15 | Sehr gut | Sehr hoch | Bis 250 °C in Öl | Bimetall-Gleitlager |
| Gehärteter Stahl | 0,5–0,8 (frisst) | 0,10–0,15 | Ausgezeichnet | Sehr hoch | Bis 350 °C | Gehärtete Stahlbuchsen, gefettet |
Warum der reibungsarme Werkstoff immer eine Schicht ist
PTFE kriecht schon unter wenigen N/mm², Graphit ist spröde, und POM dehnt sich mit der Wärme aus und erweicht. Allein verwendet ergeben sie schlechte Buchsen. Als dünne Schicht über poröse Bronze mit einem Stahlrücken verbunden, trägt PTFE 250 N/mm² statisch, weil der Kraftfluss durch die Schicht nur wenige Hundertstel Millimeter lang ist; als Einlage in Gussbronze schmiert Graphit eine Buchse, die 50–100 N/mm² trägt, weil die Bronze und nicht der Graphit die Last aufnimmt. Der Lagerkonstrukteur trennt die tragende Funktion von der reibungsmindernden und gibt jede dem Werkstoff, der sie am besten erfüllt.
Wann ein Schmierfilm jeden Festkörper schlägt
Bei Geschwindigkeit und mit Ölzufuhr baut ein Gleitlager einen hydrodynamischen Film auf, der die Oberflächen vollständig trennt; die Reibung fällt auf 0,001–0,01 und der Verschleiß auf null. Deshalb sind schnelle Lager – in Motoren, Getrieben und Pumpen – ölversorgt und aus Bimetall oder Bronze statt aus PTFE. Unter etwa 0,5 m/s bildet sich kein Film, und das Lager läuft in Mischreibung auf dem, was an der Gleitfläche vorhanden ist: Fett und die Bronze selbst oder ein selbstschmierender Festkörper. Die reibungsarmen Festkörper zählen im langsamen, trockenen, heißen und ungewarteten Bereich – und genau dort sind die meisten Buchsen im Einsatz.
Eine reibungsarme Buchse auswählen
Erst den Betriebsbereich, dann den Werkstoff zuordnen.
- Trocken, jede Temperatur, mittlere Last. PTFE-Verbund: der niedrigste Reibwert, den eine Buchse bietet, 250 N/mm² statisch, −195 bis +280 °C.
- Trocken, schwer, langsam, heiß. Bronze mit Graphiteinlagen: 50–100 N/mm², bis 400 °C, bei ≤ 0,5 m/s.
- Einmal gefettet, hoher pv-Wert, Kantenlast. POM-Verbund: 22 N/mm²·m/s unter Öl, zähe Schicht, bis 130 °C.
- Ölversorgt, schnell. Bimetall: μ 0,04–0,12 auf dem Film, 8–15 m/s.
- Leicht, geräuscharm, günstig, korrosionsfrei. Massive Buchsen aus POM, Polyamid oder UHMWPE – oder Sinterbronze.
Häufige Fragen
Welcher Werkstoff hat den niedrigsten Reibwert?
Unter den technischen Festkörpern PTFE: etwa 0,04–0,10 trocken gegen Stahl, gefüllt und eingelaufen noch weniger. Graphit und MoS₂ liegen dicht dahinter. Ein hydrodynamischer Ölfilm schlägt sie alle mit 0,001–0,01.
Warum nicht die ganze Buchse aus PTFE fertigen?
PTFE kriecht unter Last und leitet Wärme schlecht. Als dünne Schicht auf einem Stahlrücken trägt es 250 N/mm²; als massive Buchse nur einen Bruchteil davon – und es fließt kalt.
Ist niedrige Reibung dasselbe wie geringer Verschleiß?
Nein. PTFE hat den niedrigsten Reibwert und ungefüllt eine der höchsten Verschleißraten. Buchsenwerkstoffe werden gefüllt, geschichtet oder mit Einlagen versehen, um beides zu erreichen.
Wie hoch ist der Reibwert einer Bronzebuchse?
Etwa 0,08–0,15 gefettet in Mischreibung; niedriger auf einem Ölfilm bei Geschwindigkeit; 0,25–0,35 trocken – das ist ein Schadensfall, kein Auslegungspunkt.
Welche Buchse hat die niedrigste Reibung?
Unter den trockenlaufenden Typen ein PTFE-Verbundgleitlager (0,02–0,20 je nach Last und Geschwindigkeit); unter den geschmierten eine ölversorgte Bimetallbuchse auf vollständigem Film.
Buchse unklar? Senden Sie die Daten der Lagerstelle.
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