Was genau sind Polymer-Matrix gebundene Schmieröle und wie funktionieren sie in der Anwendung?

Es handelt sich dabei um eine Kunststoffstruktur z.B. aus PE, mit einer Vielzahl an kleinsten, miteinander vernetzten Hohlräumen. Durch diese Hohlräume kann die Kunststoffstruktur eine vergleichsweise große Menge an Schmieröl aufnehmen, welche dort durch die Oberflächenspannung des Öls gehalten wird.

Zur Herstellung wird eine Kunststoff-Schmierstoffmischung in den Lagerfreiraum eingebracht und bildet nach einem Aushärtungsprozesses eine solide Struktur. Dabei entstehen kleine Zwischenräume zwischen den Funktionsflächen (Wälzkörper, Ringe, Käfig), sodass das Lager frei drehen kann. Der übliche Käfig bleibt erhalten, wird aber von der Polymer-Matrix ummantelt und dient dieser als Stabilisator. Beide Komponenten laufen im Betrieb gemeinsam um, ohne die Betriebseigenschaften des Lagers nachhaltig zu beeinflussen. 

Je nach Hersteller und Einsatzzweck können unterschiedliche Schmieröle zur Anwendung kommen, wobei es sich üblicherweise um vollsynthetische Öle handelt, die ein Ausschöpfen des vollen Potentials dieser Schmierungsart erlauben.

Im Betrieb, unter dem Einfluss von Zentrifugalkräften und Temperatur, gibt die Polymer-Matrix das in den Hohlräumen eingelagerte Schmieröl langsam ab. So gelangt es gezielt und in ausreichender Menge direkt auf die zu schmierenden Oberflächen. Die Ölabgabe steigt u.a. mit zunehmender Betriebstemperatur. Im Stillstand wird zumindest ein Teil des abgegebenen Schmieröls wieder resorbiert.  

Wo liegen die Vorteile von Polymer-Matrix gebundenen Schmierölen gegenüber herkömmlichen Schmierfetten?

Verglichen mit herkömmlichen Schmierfetten, ist die in der Polymer-Matrix vorhandene Menge an Schmieröl um das Zwei- bis Vierfache höher. Dadurch kann die Lagergebrauchsdauer unter schwierigen Einsatzbedingungen und fehlender Nachschmiermöglichkeit im Gegensatz zu einem herkömmlichen, vorbefetteten Wälzlager deutlich erhöht werden. 

Nachdem die Polymer-Matrix mit dem Käfig verbunden umläuft, entfällt das konstante Verdrängen und Durchwalken des Schmierfetts im Betrieb. Entsprechend wird ein Fettaustritt aus dem Lager und mit diesem der Verlust an Schmierstoff minimiert. Dadurch reduzieren sich auch Einbußen in der Lagergebrauchsdauer sowie eine Kontamination der Lagerumgebung mit Schmierfett, die z.B. in der Lebensmittel- oder Elektronikindustrie unzulässig oder unerwünscht ist.

Die, durch die permanente, gezielte Abgabe von Schmieröl verbesserte Schmierung selbst unter schwierigen Betriebsbedingungen wirkt sich bei Anwendungen mit hohen Zentrifugalkräften, Vibrationen und bei oszillierenden Bewegungen positiv auf die Lagergebrauchsdauer aus.

Der Wegfall der mechanischen Vorgänge des Verdrängens und Durchwalkens reduziert die Reibung und den Abrollwiderstand im Betrieb und damit die Effizienzverluste deutlich.

Bei Anwendungen in Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit bleibt durch die konstante Abgabe von Schmieröl aus der Polymer-Matrix die Schmierung auch unter widrigen Umständen aufrecht. Es kommt zu keiner gebrauchsdauermindernden Emulgierung des Schmierfetts mit Wasser oder zu einem Auswaschen des Schmierfetts, welches einen raschen Zusammenbruch der Schmierung und den Ausfall des Lagers nach sich zieht. 

Die Polymer-Matrix erschwert den Eintritt von Verunreinigungen in das Lagerinnere, da sie üblicherweise den gesamte Lagerfreiraum ausfüllt. Aus anwendungstechnischer Sicht ist eine ausdrückliche Dichtungsfunktion – insbesondere bei Anwendungen mit hohem Verschmutzungsgrad durch Flüssigkeiten, Staub, etc. – jedoch nicht gegeben und abhängig vom Anwendungsfall sind zusätzliche Dichtungen im Lager selbst oder extern angeordnet vorzusehen!

Für welche Lagerbauformen und Anwendungen eignen sich Polymer-Matrix gebundene Schmieröle und was ist bei der Anwendung zu beachten?

Bei den meisten namhaften Wälzlagerherstellern können die üblichen Radiallagerbauformen (Kugel- und Rollenlager) mit einem Polymer-Matrix gebundenen Schmieröl auftragsbezogen bestellt werden. Zu bevorzugen sind Lagerausführungen mit vergleichsweise schlank bauenden (Stahlblech-)Käfigen, da entsprechend mehr Freiraum für den Schmierstoff zur Verfügung steht.
Als Anwendungen kommen generell die in Betracht, bei denen

• kein Schmierfettaustritt / keine Kontamination mit Schmierfett erwünscht oder zulässig ist (z.B. Lebensmittel-, Elektronikindustrie)

• eine hohe Feuchtigkeitsbelastung zu erwarten ist und u.a. aus Gründen der erhöhten Reibung oder mangels Bauraums keine flüssigkeitsdichten Dichtungen verwendet werden können (z.B. Lebensmittel-, Verpackungsindustrie, Fördertechnik)    

• eine deutlich erhöhte Lagergebrauchsdauer bei entsprechender Wartungsfreiheit gefordert ist, insbesondere bei hohen Zentrifugalkräften, sehr schlechter Zugänglichkeit der Lagerstelle oder fehlender Nachschmiermöglichkeit (z.B. Fördertechnik, Textilmaschinen)  

• oszillierende Anwendungen (Schwenkbewegungen) bei denen mit herkömmlichen Schmierstoffen und/oder Schmierverfahren keine auseichende Trennung der metallischen Oberflächen erzielt werden kann

• ein deutlich verringertes Reibmoment als bei herkömmlichen vorbefetteten Wälzlagern erforderlich ist (z.B. Messtechnik).

Oftmals ist eine Kombination von mehreren der angeführten Faktoren ausschlaggebend für den Einsatz eines Lagers mit Polymer-Matrix gebundenem Schmieröl. Wenn nun der Einsatz eines Lagers mit Polymer-Matrix gebundenem Schmieröl in einer Anwendung erwogen wird, sind u.a. folgende, wichtige Faktoren zu beachten:

Die technischen Eigenschaften der seitens der Hersteller verwendeten Schmieröle (z.B. Viskositäten, Lebensmittelverträglichkeit) hinsichtlich Eignung für die spezifische Anwendung

• Die Betriebstemperaturen: Herstellerabhängig reichen die maximal zulässigen Betriebstemperaturen und die dauerhaft möglichen Betriebstemperaturen von 60°C bis 100°C; Zu berücksichtigen ist dabei auch die Montagetemperatur, sofern die Lager durch Anwärmen montiert werden sollen
• Die Umgebungsbedingungen, die den Einsatz von zusätzlichen Dichtungen im Lager, von Lagern in rostfreier Ausführung, etc. erforderlich machen
• Die Mindestbelastung des Lagers im Betrieb von > 1% der dynamischen Tragfähigkeit
• Die Drehzahleignung
• Die Verträglichkeit der Polymer-Matrix mit Chemikalien in der Anwendungsumgebung

*Bitte beachten Sie immer die jeweiligen Herstellerangaben!* 

Welche Hersteller bieten Wälzlagern mit Polymer-Matrix gebundenen Schmierölen an?

Zu den namhaften Herstellern, die derartige Produkte unter ihren eigenen Bezeichnungen, mit mehr oder weniger großen technischen Unterschieden und meist auftragsbezogen fertigen, zählen unter anderem:

NSK – Molded Oil

Nachsetzzeichen:

L11 (normale Anwendungen)

L12 (Hochgeschwindigkeitsanwendungen)

NTN – Solid Grease

Nachsetzzeichen:

LP03 (normale Anwendungen)

LP09 (Lebensmittelbereich)

Schaeffler – Lubtect

Nachsetzzeichen:

LT

SKF – Solid Oil

Nachsetzzeichen:

W64

SNR – Lubsolid

Nachsetzzeichen:

LSO (oszillierende Anwendungen)

LSF (Rotation, niedrige Temperaturen)

LSHT (Rotation, hohe Temperaturen)

LSV (Vakuum)

LSA (Lebensmittelbereich)

Wie ist der Einsatz von Wälzlagern mit Polymer-Matrix gebundenen Schmierölen in der Praxis zu bewerten?

Während die technischen Eigenschaften eine weitergehende Verbreitung dieser Wälzlagerschmierungstechnologie grundsätzlich begünstigen würden, bleibt der Einsatz gegenüber herkömmlichen Schmierstoffen (Schmierfett, Schmieröl) und Schmierverfahren bislang auf Sonderanwendungen und spezielle Industrien beschränkt. Dafür sind aus derzeitiger Sicht sowohl wirtschaftliche Erwägungen und die mangelnde, sofortige Verfügbarkeit eines entsprechend umfangreichen Standardsortiments – als Voraussetzung für eine weitere Verbreitung in der Erstausrüstung und um im Reparaturfall einfach Ersatz zu erhalten – ausschlaggebend.       

Header Image: iStock.com/Floaria Bicher