Neues Lagerkonzept KS R55Q: Perfektes Teamwork von Lagermetall und Polymer-Laufschicht

Die zu Kolbenschmidt gehörende KS Gleitlager GmbH stellt auf der diesjährigen IAA Nutzfahrzeuge das neue Dreistofflager-Konzept KS R55Q für Hauptlager in leichten und mittelschweren Lkws und Bussen vor. Durch das Zusammenspiel eines neu entwickelten Aluminium-Grundwerkstoffes mit einer ebenfalls neuen, innovativen Polymer-Laufschicht wird eine hohe Belastbarkeit, Verschleißfestigkeit und Robustheit erreicht.

Aluminium-Legierungen werden für gewöhnlich nur in Zweistofflagern als Lagermetall eingesetzt. Dabei übernimmt der Stahlrücken im Wesentlichen die Funktion des Festsitzes im Gehäuse und das Lagermetall muss als Gegenpartner der Welle alle weiteren Funktionen des Gleitlagers, wie zum Beispiel die Fresssicherheit, Anpassungsfähigkeit, Partikelverträglichkeit und Verschleißfestigkeit, abdecken.

Dagegen kommt bei KS R55Q ein Dreistofflager-Konzept mit einer weiteren Schicht, der sogenannte Laufschicht, zum Einsatz. Hierbei übernimmt das „Team“ aus hoch-belastbarem Lagermetall und Polymer-Laufschicht die oben erwähnten Funktionen und steigert so die Leistungsfähigkeit weit über die Grenzen des klassischen Zwei-stoff-Konzeptes hinaus.

Richtige Auswahl von Lagermetall und Laufschicht

Entscheidend für ein optimales Zusammenspiel ist die richtige Auswahl des Lager-metalls und der Laufschicht. Als Lagermetall kommt bei KS R55Q deshalb eine Alu-minium-Zinn-Silizium-Legierung zum Einsatz, die speziell für das Dreistofflagerkon-zept entwickelt wurde. Das Verhältnis von Zinn, Silizium, und weiteren festigkeits-steigernden Elementen resultiert in einer dynamisch hochbelastbaren Aluminiumle-gierung. Die Polymer-Laufschicht besteht aus einer Polyamidimid-Matrix mit einem hohen Anteil an reibungs- und verschleißreduzierenden Füllstoffen. Hierbei wurden die Festschmierstoffe Molybdändisulfid und Graphit in einer heterogenen Komposition ausgewählt.

Im Zusammenspiel der einzelnen Komponenten erreicht das Stahl-Aluminium-Polymer-Gleitlager KS R55Q ein Belastbarkeitsniveau, das deutlich über der Leis-tungsfähigkeit der existierenden Stahl-Aluminium-Zweistofflager liegt. Damit dringt es auf ein Leistungsniveau vor, welches bisher den wesentlich aufwändigeren Bronze-basierenden Galvanik-Gleitlagern vorbehalten war. In Bezug auf die Partikelverträglichkeit und damit Robustheit gegenüber Restschmutz übertrifft KS R55Q die bisher am Markt verfügbaren, bleifreien Galvaniklager.

Reib- und Verschleißreduzierung über das gesamte Drehzahlspektrum

Bei der Entwicklung von KS R55Q wurde besonderes Augenmerk auf die Reduzie-rung von Reibung und Verschleiß im gesamten Drehzahlspektrum gelegt. Dazu gehört unter anderem ein im Vergleich zu herkömmlichen Zweistoff-Lagern um 20% verringertes Reibmoment der Polymer-Laufschicht beim Übergang von Haft- zur Gleitreibung, was insbesondere bei einer hohen Anzahl von Start-Stopp-Zyklen ent-scheidend ist. Auch entschärft die reib- und verschleißmindernde Wirkung der Füll-stoffe kritische Mischreibungszustände im unteren Drehzahlbereich, die bei neuen Motoren mit Downspeeding-Konzepten verstärkt auftreten können. Durch die sehr gute Anpassungsfähigkeit der Polymerschicht ergibt sich außerdem eine verkürzte Einlaufphase, was sich ebenfalls reibungsmindernd auswirkt. Besonders stolz sind die Entwickler auf die trotz Polymerbeschichtung vollständig erhaltene Rillenstruktur der gespindelten Lauffläche, die minimale hydrodynamische Verluste auch im oberen Drehzahlband gewährleistet.

Das hervorragende „Teamwork“ des Lagermetalls und der Polymer-Laufschicht von KS R55Q Hauptlagern wurde in umfangreichen Prüfläufen auf Lagerprüfständen demonstriert und konnte mittlerweile in Motorenerprobungen bestätigt werden.

Hintergrundinformation: Anforderungen an Gleitlagerkonzepte in aktuellen Nutzfahrzeugmotoren

Nahezu alle Pkw-Hersteller forcieren aktuell die Entwicklung von Hybridantrieben, um die von der Gesetzgebung vorgesehen Flottenverbräuche zu erreichen und so möglichen Zusatzkosten in Form von Strafzahlungen zu entgehen. Erfolgt die An-schaffung eines Pkw-Hybridfahrzeuges häufig eher aus Umweltschutz- denn aus Kostengründen sieht es im Segment der kleinen und mittleren Nutzfahrzeuge anders aus. Hier sehen Studien insbesondere im Kurzstrecken-Warenverteilverkehr neben dem positiven Effekt der CO2-Reduzierung durch Hybridisierung, wesentliche Verbrauchseinsparungen von bis zu 2.500 Litern Diesel pro Jahr und Fahrzeug. Bei innerstädtischen Omnibussen im permanenten Kurzstrecken-Start-Stopp-Modus hält man sogar Einsparungen von bis zu 8.000 Litern pro Jahr und Fahrzeug für möglich. Der Einsatz von Hybridantrieben in diesem Fahrzeugsegment erhält damit neben der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten einen weiteren wesentlichen Motivator: die Verbrauchs- und damit Kostenreduzierung für den gesamten Produktlebenszyklus.

Was die Motorengleitlager in diesen Nutzfahrzeugen angeht, so sind sie extrem be-ansprucht. Zwar halten sich die spezifischen Lagerlasten resultierend aus Verbren-nungsdruck und Lagerdimension in durchaus beherrschbaren Grenzen, jedoch ist die notwendige Verschleißfestigkeit gepaart mit der Forderungen nach langen Serviceintervallen und Reib- bzw. Verbrauchsreduzierungen eine echte Herausforderung, der sich nicht zuletzt die Hersteller von Gleitlagern stellen müssen.

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