Zoeken
![]() |
Vetsmering en smering met vaste stoffen
Meer dan 90% van alle wentellagers wordt met vet gesmeerd. Vet is een aantrekkelijk smeermiddel voor wentellagers omdat het een lange standtijd kent en er weinig behoeft te worden nagesmeerd. Een smeervet kan bovendien bijdragen aan het buiten het lager houden van vuil en vocht (de grote vijanden van een wentellager).De belangrijkste eigenschap van een lagervet is de mechanische stabiliteit, omdat het vet door de rollichamen voortdurend aan een kneedproces wordt onderworpen. Smering van wentellagers met vaste smeerstoffen komt veel minder voor. In situaties waar een vloeistof of een vet niet kan worden ingezet, kan een vast smeermiddel soms uitkomst bieden. |
Vullingsgraad
Voor de smering van een wentellager is maar een dunne smeerfilm nodig. Het lager behoeft daarom ook maar weinig vet. De hoeveelheid varieert met het snelheidskental van het lager. Bij lagere waarden kan er wat meer vet in het lager worden aangebracht, bij hogere waarden dient overvulling te worden vermeden. Het lager geheel met vet vullen dient normaal te worden vermeden. Dat leidt tot hoge warmteontwikkeling, en eventueel tot voortijdig door kneden of oxidatie uitvallen van het vet. Door lagerfabrikanten worden aanbevelingen gegeven voor de vullingsgraad van het vet afhankelijk van inzet. In de meeste gevallen volstaat het de in het lager beschikbare ruimte ongeveer 30% met vet te vullen, bij sneldraaiende lagers nog iets minder. Van belang is ook dat het lager zodanig is ingebouwd dat overtollig vet uit het lager kan verdwijnen. Er gaan meer lagers voortijdig kapot door te veel dan door te weinig vet. |
Mechanische stabiliteit
Lagervetten dienen een aantal eigenschappen te hebben om geschikt te zijn voor toepassing in wentellagers. De belangrijkste eis is een goede mechanische stabiliteit. Er zijn diverse tests ontworpen om de mechanische stabiliteit van een smeervet te meten. Sommige bestaan uit een eenvoudige kneedtest, andere proberen meer de situatie in een lager na te bootsen of worden in echte lagers uitgevoerd. De resultaten van de diverse tests zijn onderling moeilijk vergelijkbaar. In veel toepassingen wordt daarom vereist dat het vet met succes een aantal verschillende tests heeft doorstaan. |
Waterbestendigheid
Vocht is funest voor een wentellager. Er worden daarom eisen gesteld aan de waterbestendigheid van een lagervet. De tests daarvoor beoordelen een aantal aspecten. Ten eerste wordt gekeken in hoeverre een vet door contact met vocht uiteen kan vallen ("water-washout" test, ASTM D1264). Daarbij wordt een uur lang een waterstraal van 80 °C op het lager gericht en het vet mag in de voorziene testperiode niet uiteenvallen of wegvloeien. Andere tests hebben betrekking op de bescherming tegen corrosie die het vet kan bieden in vochtige omgeving. Een voorbeeld daarvan is de Emcor corrosietest (ISO 11007). |
Viscositeit basisvloeistof
De viscositeit van de in het vet aanwezige vloeistof heeft grote invloed op de smering van het lager. Bij de te verwachten maximale bedrijfstemperatuur zal de basisvloeistof nog een voldoende iscositeit moeten hebben om loopvlakscheiding zeker te stellen. Omgekeerd mag bij de laagst te verwachten starttemperatuur de de vloeistof niet vast geworden zijn. Binnen de beide temperaturgrenzen zal er sprake kunnen zijn van smering, buiten dat gebied is schade aan het lager (en het vet) niet uit te sluiten. Wanneer het vet voorzien is van anti-slijtage of "EP"-additieven zal de viscositeit iets lager kunnen zijn. De additieven geven een bescherming in het grenssmeringsgebied. Ook de indikker van het vet kan een bijdrage leveren door de goede hechtingseigenschappen. Vooral bij op metaalzepen gebaseerde vetten is dat het geval omdat de metaalzepen een sterk polair karakter hebben. De geschikte viscositeit kan met behulp van een nomogram worden gekozen. |
Stijfheid
De stijfheid van het vet heeft invloed op het vermogen van een vet om naar de te smeren plaats toe te vloeien. Wanneer het vet te stijf is, kan het lager "drooglopen". Er komt dan te weinig smeervloeistof vrij om volledige loopvlakscheiding te bereiken. De stijfheid van het vet wordt gekozen op basis van bedrijfstemperatuur, inbouwpositie, snelheidskental en lagerdiameter. Daarnaast zal bij trillingen en schokbelastingen een iets hogere stijfheid worden gekozen. Meest gebruikt worden vetten met een NLGI penetratieklasse van 2 en 3. Bij lagere temperaturen worden wel NLGI 1 vetten ingezet. |
Vettypen
Er zijn veel mogelijkheden om indikkertypen met smeervloeistoffente combineren Daarnaast kunnen vetten met relatief weinig additieven zijn voorzien (alleen anti-oxidant en corrosieremmer) of aanvullend met hechtingsverbeteraars, anti-sijtage en "EP"-additieven en eventueel vaste stoffen als grafiet en molybdeendisulfide. In de tabel zijn een aantal mogelijkheden met elkaar vergeleken. Ook zijn er biologisch afbreekbare vetten die, bij het vrijkomen in het milieu, minder lang in staat blijven schade aan het ecosysteem toe te brengen. Aangezien bij wentellagers het smeervet normaliter meestal niet naar het milieu kan ontwijken, zijn ze voor de smering van wentellagers minder belangrijk. Als "doorsmeervet" (voor de smering van chassisdraaipunten op mobiele apparatuur) worden ze wel op betrekkelijk grote schaal toegepast.
MO = minerale olie, PAO = poly-alfa-olefinen, "multi-purpose" vet = vet geschikt voor zowel wentellagers, glijlagers en chassissmering (met goede waterbestendigheid, goede mechanische stabiliteit en een temperatuurbereik dat de meeste toepassingen afdekt). |
Mengbaarheid
Het mengen van vetten is niet altijd te voorkomen, maar kan beter zoveel mogeljk worden vermeden. Door de langdurige contacttijd kunnen de eigenschappen op onvoorspelbare wijze veranderen. Van sommige vetten is bekend dat ze redelijk mengbaar zijn. Andere zijn in het geheel niet mengbaar. Het is niet alleen het type indikker dat de mengbaarheid bepaald, Ook sommige basisvloeistoffen verdragen elkaar niet. De mengbaarheid van vetten wordt dus bepaald door zowel indikker als basisvloeistof. |
Wentellagermering met vaste smeerstoffen
Het smeren met vaste stoffen komt alleen in aannerking bij toepassingen waar vloeistof- of vetsmering niet goed mogelijk zijn. Die situatie doet zich voor bij toepassingen onder vacuum waar de vluchtiger bestanddelen uit de basisvloeistof verdampen. Ook bij extreme temperaturen (zowel zeer laag als zeer hoog), bij toepassingen die bloot staan aan radioactieve straling en bij extreme n.dm waarden kan het nofig zijn vaste smeerstoffen toe te passen. Zowel poedervormige stoffen, glijlakken en pasta's worden gebruikt. Inzet is alleen mogelijk bij speciaal daarvoor vervaardigde lagers, die een wat grotere speling tussen rollichaam en loopbanen hebben. Meestal zijn de loopbanen daarbij ook van een speciale oppervlaktelaag voorzien die een betere hechting van het vaste smeermiddel mogelijk maakt. Vanwege de speciale lagers is altijd overleg met de lagerfabrikant nodig om tot een goede afstemming te komen. |
Oliegevulde polymeerstructuren
Een betrekkelijk recente ontwikkeling is de introductie van "vetten" bestaande uit een poreuze polymeerstructuur waarin een vloeibaar smeermiddel van minerale of synthetische oorsprong is opgenomen. Oorspronkelijk ontworpen voor gebruik in tandkoppelingen om weerstand te kunnen bieden tegen de daar optredende hoge centrifugaalkrachten, blijken dergelijke producten ook goed te kunnen voldoen in wentellagers. Met name wanneer het gaat om lagers die relatief langzaam draaien of die niet volledig roteren. Doordat de polymeerstructuur voorkomt dat het smeermiddel (de er in opgenomen vloeistof) uit het lager lekt, kunnen bij afgedichte lagers zeer lange standtijden worden bereikt, zonder enige nasmering. In tegenstelling tot vet worden de lagers volledig met de oliegevulde polymeerstructuur gevuld. Dat maakt juist de lange standtijd mogelijk, omdat er voldoende smeermdidel aanwezig is. Tegelijkertijd beperkt dat toepassing tot langzaam draaiende lagers (dm < 50.000). Toepassingen vinden dergelijke nagenoeg onderhoudsvrije lagers inmiddels onder meer in bouwmachines en kranen. |
Keuze in de praktijk
De keuze in de praktijk is minder ingewikkeld dan op basis van alle mogelijke soorten verwacht zou worden. De keuze kan volgens onderstaand schema verlopen:
In de praktijk komt dat neer op het volgende:
|
Vetstandtijd en nasmeertermijnen
Vet zal na verloop in kwaliteit achteruit gaan, zowel als gevolg van kneden door de rollichamen als door oxidatie. Bij niet volledig afgedichte lagers zal altijd enig vet uit het lager verdwijnen. Om een voldoende hoeveelheid en kwaliteitsniveau te handhaven zal af en toe (met mate!) worden nagesmeerd. De frequentie van het nasmeren hangt vooral af van de bedrijfstemperatuur van een lager. Uitgaande van een bedrijfstemperatuurtemperatuur van 70 °C kan als vuistregel voor een Li-vet worden aangehouden dat bij iedere 15 °C temperatuurstijging het nasmeerinterval gehalveerd dient te worden. Omgekeerd kan bij temperaturen lager dan 70 °C voor iedere 15 °C lager de nasmeertermijn worden verdubbeld. |
Wentellagerkenmerken
Wentellagers zijn min of meer uitwisselbare standaardelementen die in talloze constructies worden toegepast. De smering kan geschieden door een vloeistof, een smeervet en in een beperkt aantal gevallen door een vaste stof. Vanwege de brede inzet van wentellagers is er veel onderzoek verricht naar de eigenschappen en zijn er een aantal berekeningsmethoden ontwikkeld waarmee zowel de toe te stane belasting, de levensduur en de optimale manier van smeren kan worden berekend. |
Uitvoeringsvormen
Er zijn een beperkt aantal verschillende uitvoeringsvormen,. Iedere uitvoering is verkrijgbaar in een aantal verschillende afmetingen. Voor bijzondere toepassingen kunnen op speciale bestelling uitvoeringen met hogere loopnauwkeurigheid worden geleverd. In de meeste gevallen zal echter met standaarduitvoeringen kunnen worden volstaan. |
Voor- en nadelen wentellagers
Door lagerfabrikanten worden de voordelen van wentellagers sterk onder de aandacht gebracht. Die voordelen zijn er ook, maar het is niet zo dat wentellagers onder alle omstandigheden het meest aantrekkelijk zijn. Er zijn vele toepassingen waarbij glijlagers de voorkeur genieten.
|
Levensduur
Wentellagers kennen een punt- of lijncontact en zullen daardoor uiteindelijk door vermoeiing bezwijken, tenzij de belasting extreem laag is. Om voor een gegeven toepassing de levensduur te berekenen zijn er standaardformules. |
Smeerfilmdikte
Door het punt- of lijncontact treedt er elasto-hydrodynamische smering op. De smeerfilmdikte kan met formules worden berekend waarin de materiaaleigen-schappen, afmetingen van het lager, viscositeit van het smeermiddel en de gevoeligheid van de viscositeit voor drukverandering zijn opgenomen. Voor een concrete situatie (waarbij lagerafmetingen en materiaaleigenschappen een constante zijn), ziet een dergelijke Formule er als volgt uit:
|
Smeermiddelen
De meeste wentellagers worden gesmeerd met een smeervet (meer dan 90%). In gevallen waar warmteafvoer belangrijk is of waar de lagers onderdeel zijn van een constructie waar andere onderdelen door vloeistof gesmeerd zijn, wordt vloeistofsmering toegepast. In een enkel geval wordt bij laagbelaste lagers nevelsmering toegepast. Smering met vaste stoffen komt alleen in speciale situaties voor bij relatief langzaam draaiende lagers. |
Water en vocht
Zowel vocht als vuildeeltjes hebben een zeer negatieve invloed op de levensduur van een wentellager. De invloed van water op de levensduur is desastreus. Geschat wordt dat corrosie als gevolg van water de belangrijkste oorzaak is van voortjdige uitval van wentellagers. |
Reinheid
Vuildeeltjes kunnen eveneens de levensduur van wentellagers zeer sterk bekorten.Vanwege de constructie is het lager niet in staat vuildeeltjes in te bedden. Door de geringe spelingen kunnen zelfs zeer kleine deeltjes een forse vermindering van de te verwachten levensduur bewerkstelligen. Lagerfabrikanten geven adviezen ten aanzien van de te hanteren reingeid van het smeermiddel. De praktische waarde daarvan is beperkt. |
Oliesmering
Wanneer wentellagers zijn opgenomen in een constructie met een oliebad of een circulatiesmeersysteem worden ze meestal met hetzelfde smeermiddel gesmeerd als de andere onderdelen in die constructie (tandwielolie, compressorolie etc). Ook wanneer wentellagers afzonderlijk worden gesmeerd kan voor vloeistofsmering worden gekozen. Met vloeistofsmering kan het lager worden gekoeld. Lagerkoeling is bij smering met een smeervet of met een vaste stof niet mogelijk. |
Vloeistofkeuze
De vloeistofkeuze richt zich in eerste instantie naar de behoefte van andere onderdelen van de constructie. Wentellagers zijn niet erg kritisch ten aanzien van de viscositeit, zolang deze boven een voor het betreffende lager acceptabele minimumwaarde blijft. Bij een meer visceuze vloeistof zal er iets meer wrijvingsverlies optreden, maar dat levert doorgaans geen problemen op. Wanneer het lager zijn eigen vloeibare smeermiddel heeft kan de viscositeit op het lager worden afgestemd. |
Smeermiddeltoevoer
Het smeermiddel kan op verschillende wijze worden toegevoerd (spatsmering, circulatiesmering met oliespuiters, nevelsmering, dompelsmering). Bij dompelsmering dient het niveau zodanig te worden gekozen dat de rollichamen in de laagste stand voor hooguit de helft worden ondergedompeld in het smeermiddel, bij een hoger niveau kan er excessief karnen optreden met schuimvorming en luchtinsluiting als gevolg. |
Viscositeitskeuze
De "ideale" viscositeit hangt af van de lagerafmetingen en van het toerental. De minimaal noodzakelijke viscositeit kan worden bepaald uit een nomogram. Het gaat daarbij om de viscositeit bij de werkelijke bedrijfstemperatuur. De uit het nomogram afgeleide viscositeit is in principe in staat voor loopvlakscheiding te zorgen. Voor langdurig slijtagevrij bedrijf is een viscositeit nodig die een factor 3-4 hoger ligt. Door de hogere viscositeit wordt bereikt dat lagerbeschadiging door vermoeiing sterk wordt teruggedrongen. |
Kwaliteitsniveau
Bij lichtbelaste lagers volstaan ongeadditiveerde smeermiddelen met een goede oxidatiestabiliteit. Bij een hogere belasting verdient het aanbeveling om vloeistoffen met anti-slijtage of "EP"-toevoegingen in te zetten om een betere smering te hebben onder grenssmeringsomstandigheden. De smeertechnische vereisten van het lager zullen doorgaans lager liggen dan de andere delen van de constructie, zolang een zekere minimumviscositeit niet wordt onderschreden. |
Reinheid
Wanneer de lagersmeervloeistof mede wordt gebruikt voor bijvoorbeeld de smering van tandwieloverbrengingen, zal niet kunnen worden voorkomen dat slijtagemateriaal daarvan ook door het lager zal circuleren. Dat kan de lagerlevensduur ernstig bekorten. Bij een circulatiesmeersysteem loont het om een filter in het ontwerp op te nemen, bij spat- en dompelsmeringsystemen kan een een magnetische aftapplug van veel nut zijn. Men zal echter moeten accepteren dat de levensduur van de lagers kleiner zal zijn dan bij een afzonderlijk smeersysteem of bij vetsmering. |
Effect van deeltjes in de smeervloeistof
Omdat de smeerfilm slechts een zeer geringe dikte heeft, kunnen relatief kleine deeltjes al veel kwaad doen. Ook de aard van de deeltjes speelt daarbij een rol. Metaaldeeltjes die tamelijk taai zijn zullen tot andere beschadigingen leiden dan brosse deeltjes die verpulveren. |