Was ist ein Luftlager?
LagerIch denke, jeder kennt unser gängiges Wälzlager, das wohl bekannteste unter ihnen; es ist ein wichtiger Bestandteil moderner Maschinen und Anlagen. Doch was ist ein Luftlager?
GaslagerEin Gleitlager, das Gas als Schmierstoff verwendet. Am häufigsten wird Luft als Schmierstoff eingesetzt, aber je nach Bedarf können auch Stickstoff, Argon, Wasserstoff, Helium oder Kohlendioxid verwendet werden.
Bei Gaskompressoren, -expandern und -umwälzpumpen wird das Arbeitsmedium häufig als Schmierstoff verwendet.
Bei einem Luftlager handelt es sich um ein Lager, das die Last mithilfe eines Druckluftfilms trägt, der sich zwischen den Gleitflächen des Lagers bildet. Im Betrieb sind die Gleitflächen durch den Luftfilm vollständig voneinander getrennt.
Luftlager gehören zu den flüssigkeitsgeschmierten Gleitlagern, die im Betrieb mit Flüssigkeit geschmiert werden, wobei Luft ihr Schmiermedium ist.
Klassifizierung von Luftlagern
Nach dem Entstehungsmechanismus des Druckluftfilms werden Luftlager hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: aerodynamische Lager und aerostatische Lager.
Der Druckluftfilm des aerodynamischen Lagers entsteht durch die gegenseitige Bewegung der Gleitpaare, die Luft in den Konvergenzbereich ihrer Oberflächen einleitet. Dieser Luftfilm ist annähernd keilförmig. Da aerodynamische Lager keine externe Luftzufuhr benötigen, werden sie auch als „selbstwirkende Lager“ bezeichnet.
Der Druckluftfilm des aerostatischen Lagers entsteht durch die Zufuhr von externer Druckluft über die Drossel zwischen die Gleitflächen. Aerostatische Lager benötigen eine saubere externe Druckluftversorgung.
Merkmale von Luftlagern
(1) Extrem niedriger Reibungswiderstand
Da die Viskosität von Gasen viel niedriger ist als die von Flüssigkeiten, beträgt die Viskosität von Luft bei Raumtemperatur nur 1/5000 derjenigen von Maschinenöl Nr. 10, und der Reibungswiderstand des Lagers ist direkt proportional zur Viskosität, ist die Reibung von Gaslagern geringer als die von flüssigkeitsgeschmierten Lagern.
(2) Breites Spektrum an anwendbaren Geschwindigkeiten
Der Reibungswiderstand des Gaslagers ist gering, der Temperaturanstieg gering und überschreitet selbst bei Drehzahlen von bis zu 50.000 U/min und sogar bis zu 1,3 Millionen U/min nicht 20–30 °C. Hydrostatische Lager eignen sich daher auch für sehr niedrige Drehzahlen, sogar für Stillstand.
(3) Breiter Anwendungsbereich der Temperaturen
Das Gas bleibt über einen weiten Temperaturbereich gasförmig, und seine Viskosität wird von der Temperatur nur minimal beeinflusst (die Viskosität steigt bei steigenden Temperaturen leicht an, z. B. steigt die Viskosität von Luft von 20 °C auf 100 °C um 23 %), sodass die Gaslager in einem Temperaturbereich von -265 °C bis 1650 °C eingesetzt werden können.
(4) Geringe Tragfähigkeit
Die Tragfähigkeit eines hydrodynamischen Lagers ist direkt proportional zur Viskosität, während die Tragfähigkeit eines pneumatischen Lagers nur wenige Tausendstel derjenigen eines gleich großen hydrodynamischen Lagers beträgt. Aufgrund der Kompressibilität des Gases ist die Tragfähigkeit eines gasdynamischen Lagers begrenzt; die Last pro projizierter Flächeneinheit kann maximal auf 0,36 MPa erhöht werden.
(5) Hohe Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit
Um die Tragfähigkeit und Luftfilmsteifigkeit von Gaslagern zu verbessern, wird üblicherweise ein Lagerspiel (weniger als 0,015 mm) wie bei flüssigkeitsgeschmierten Lagern verwendet, und die Genauigkeit der Teile muss entsprechend verbessert werden.
Anwendung von Luftlagern
Das Luftlager ist eine neue Lagerart, die die elastische potenzielle Energie der Luft nutzt, um eine Stützfunktion zu übernehmen.
Als einziges Schmiermittel wird Luft verwendet; die Luftlagertechnologie eignet sich daher ideal für Werkstücke, die frei von Verunreinigungen sein müssen, oder für Arbeitsumgebungen.
Bei Luftlagern werden die Kugeln durch Luftkissen ersetzt. Eines der bekanntesten Anwendungsgebiete für Luftlager sind Luftkissenfahrzeuge.
Ein riesiger Ventilator bläst Luft unter das Luftkissenfahrzeug und verhindert so, dass Luft durch einen elastischen Gummimantel entweicht. Der unter dem Luftkissenfahrzeug erzeugte hohe Luftdruck trägt das Gewicht des Rumpfes und lässt es dadurch auf dem Luftkissen schweben.
Die Anwendung von Gaslagern nimmt stetig zu und ist Gegenstand umfangreicher Forschung. Aktuell finden Gaslager Verwendung in Textilmaschinen, Kabelmaschinen, Werkzeugmaschinen, Gyroskopen, Hochgeschwindigkeits-Zentrifugalseparatoren, Dentalbohrern, Tieftemperatur-Kühlschränken, Wasserstoffexpandern und Hochtemperatur-Gaszirkulatoren.
Veröffentlichungsdatum: 28. März 2025
