Hydrodynamische Schmierung von Achslagern

Im Rotationsbetrieb von Motoren gibt es zwei Arten der Schmierung. Sie wird "hydrostatisch" genannt, wenn die Schmierung mit zusätzlichem Druck erfolgt. "Hydrodynamisch" wird die Schmierung genannt, wenn der Druck durch Rotation erzeugt wird.
Im Folgenden wird nun erklärt, wie die hydrodynamische Schmierung funktioniert und beeinflußt werden kann.

Zur Beschreibung des Reibzustands zwischen zwei relativ zueinander bewegten Flächen wird ein dimensionsloser Faktor eingeführt. Dieser Faktor wird "Reibkoeffizient" oder auch "Reibzahl" genannt und hat das Formelsymbol my m.
Die Größe dieses Koeffizienten ist eine Funktion der Drehzahl. Seine Werte variieren je nach Art der Reibung, wie folgendes Bild veranschaulicht, in dem m als Funktion der Drehzahl (hier normiert auf n=n_ü' aus mathematischen Gründen) aufgetragen ist. Diese Kurve wird "Stribeck-Kurve" genannt.:

Stribeckkurve

Die Kurve ist aufgeteilt in drei Teile:

Bereich "a": Feststoffreibung mit m = const
Bereich "b": Mischreibung mit m = stetig abnehmend
Bereich "c": Flüssigreibung mit m = linear zunehmend

Die Stribeck-Kurve hat ein Minimum bei einer als "Übergangsdrehzahl" genannten Frequenz. Ab dieser Drehzahl ist die Feststoffreibung gegenüber der Flüssigreibung vernachlässigbar. Im Diagramm wird hier diesem Punkt das Formelsymbol n_ü zugeordnet. Normiert ist die Kurve auf einen etwas größeren Wert (n_ü'). Dieser Wert (n^*=n/n_ü') entspricht der Drehzahl, bei der die Feststoffreibung gleich Null gesetzt werden kann. Absolutwerte der Reibzahl hängen ab von:

Dynamische Viskosität h des Schmierstoffes

Die Steigung der Kurve im Bereich der Flüssigreibung hängt von der Viskosität ab. Bei niedrigen (hohen) h-Werten ist n_ü relativ groß (klein). Folglich wird die Flüssigreibung (FR) bei hohen (niedrigen) Drehzahlen erreicht. FR ist erwünscht um frühzeitige Lagerabnutzung zu vermeiden.
Schmierstoffe mit niedrigen (hohen) Viskositäten sind also am ehesten für hohe (niedrige) Drehzahlen geeignet.

Oberflächendruck im Lager

Je höher der Druck im Lager, desto größer die notwendige Drehzahl um FR zu erreichen. Dies beeinflußt direkt Verhalten und Anforderungen an den Schmierstoff: je höher (niedriger) der Druck im Lager, desto größer (kleiner) die nötige Viskosität des Schmierstoffes zum Erreichen der FR bei gleicher Drehzahl.

Oberflächeneigenschaften von Lager und Achse ("Mittenrauhwert")

Absolutes Maximum von m ist 0,5 (nach der Theorie von Treska). In der Praxis wird dieser Wert nicht erreicht (z.B. Stahl/Stahl mit m_max = 0.15); jede Materialpaarung hat verschiedene Maximalwerte.
Ferner hängt das erreichbare Maximum von den Oberflächenzuständen ab. Wenn der Mittenrauhwert steigt, wird auch der Einfluß der Feststoffreibung (SR) auf m größer. Letzterer ist jedoch eine Funktion der Drehzahl, die ihrerseits durch den Staudruck den Abstand zwischen Lager und Welle beeinflußt und somit auch den Druck im Lager. Somit erzeugen Materialpaarungen niedrigeren Mittenrauhwerts bei gleicher Drehzahl weniger Feststoffreibung. Um nun FR zu erreichen, muß bei größem (kleinem) Mittenrauhwert eine hohe (niedrige) Drehzahl eingestellt werden. In dieser vereinfachten Betrachtung hat die Viskosität des Schmierstoffs keinen Einfluß.

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