Wat zijn lagers in de techniek?

Lagers worden gebruikt in machines en constructies voor het opvangen of verlagen van wrijving tussen bewegende delen. Er zijn verschillende soorten lagers. Omdat lagers wrijving moeten opvangen gebruikt men over het algemeen perfect ronde kogels, maar men kan ook rollers gebruiken. Het soort lager dat men toepast is afhankelijk van de beweging die door de lagers soepeler moet verlopen. Als er sprake is van een rotatie gebruikt men kogellagers. Bij een lineaire beweging bijvoorbeeld bij horizontaal of verticaal van elkaar bewegende machinedelen kan men ook gebruik maken van rollers. Rollers zijn cilindrische vormen. Lagers worden over het algemeen ingedeeld op basis van de vorm en de bewegingsrichting.

Waarom worden lagers toegepast?
Lagers worden toegepast om de wrijving tussen machinedelen te beperken. Door de wrijving te verminderen kunnen machinedelen soepeler bewegen. Daarnaast zorgt het verlagen van de wrijving er ook voor dat machinedelen minder snel zullen slijten. Door de toepassing van lagers kunnen processen dus soepeler verlopen en wordt de levensduur van machinedelen verlengd.  Er zijn echter zeer veel verschillende factoren die er voor zorgen dat bepaalde lagers juist wel of juist niet geschikt zijn voor een specifieke toepassing.

Aandachtspunten bij toepassen lagers
Er zijn een aantal aspecten waar men rekening mee moet houden als men lagers wil toepassen. Allereerst zal men moeten kijken naar de beweging die soepeler moet verlopen. Hierdoor wordt de vorm van de lagers bepaald. Ook moet men kijken naar de omvang van de lagers. Als er grote druk op de lagers wordt uitgeoefend zullen de lagers ook over een bepaalde hardheid moeten beschikken. Het materiaal van de lagers is dus ook belangrijk.

Dit kan een hard metaal zijn maar ook harde kunststoffen worden gebruikt. De oppervlakte van de lagers moet een hoog afwerkingsniveau hebben, immers als de lagers ruw zijn treed er alsnog wrijving op. Vaak past men voor een extra soepele beweging een bepaald smeermiddel toe. Dit smeermiddel moet over de juiste viscositeit beschikken. Deze viscositeit is afhankelijk van het materiaal maar ook afhankelijk van de warmte die vrijkomt bij de beweging van de lagers.

Als men de juiste lagers toepast wordt de wrijving vermindert door zowel de vorm als het materiaal van de lager. Vloeistoffen in de vorm van smeermiddelen kunnen daarbij worden beschouwd als een extra middel om de wrijving te reduceren.

Wat is een lager en waar worden lagers voor gebruikt?

Lagers zijn onderdelen  die worden gebruikt voor het verlagen van de wrijving tussen verschillende bewegende delen van een constructie. Lagers worden over het algemeen gebruikt voor het versoepelen van een lineaire beweging of roterende beweging. Er zijn verschillende soorten lagers ontwikkelt. Voor de duidelijkheid zijn lagers onderverdeeld in een aantal categorieën. Deze onderverdeling is gebaseerd op de bewegingsrichting en de vorm van de lagers.

Beweging van lagers
Lagers kunnen verschillende bewegingen maken.  Zo kunnen lagers bijvoorbeeld een radiale beweging maken. Dit is een beweging loodrecht op de lengterichting van de as. Verder kunnen lagers ook een axiale beweging maken, deze beweging is op de as. Machineonderdelen die bewegen hebben altijd te maken met een bepaalde wrijving. Lagers met weinig weerstand zorgen voor een lage wrijving. Een lage wrijving heeft belangrijke voordelen. Zo kunnen lagers die weinig wrijving veroorzaken er voor zorgen dat machineonderdelen snel ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. De wrijving van een lager is van een aantal factoren afhankelijk.

Eigenschappen van de lagers
Lagers hebben verschillende eigenschappen. Allereerst is de vorm van de lagers belangrijk. De meeste lagers bestaan uit ronde kogels of rollers.  Ook de hardheid en andere eigenschappen van het materiaal zijn van belang. Lagers kunnen worden gemaakt van kunststoffen maar ook van metalen. De wrijving van de lagers en tussen de lagers kan daarnaast verder worden vermindert door de juiste smeermiddelen toe te passen. Hierbij is de viscositeit belangrijk. Dit viscositeit is de vloeibaarheid van een vloeistof. Deze kan veranderen naarmate lagers warm worden door de beweging die ze maken. De viscositeit moet voldoende zijn om de lagers goed te smeren wanneer deze bewegen. Daarnaast kan een te hoge viscositeit er voor zorgen dat lagers moeilijker kunnen bewegen omdat het smeervet of de smeerolie te stug is. Lagers hebben meestal bepaalde smeerschema’s. Hierin is beschreven welke smeermiddelen gebruikt moeten worden. Door de juiste smering en de juiste lager te gebruiken worden bewegingen tussen machinedelen soepel en is het resultaat optimaal.

Wat is tribologie en wat doet dit vakgebied binnen de werktuigbouwkunde?

Tribologie wordt ook wel wrijvingskunde genoemd. Het is een specifieke tak binnen de werktuigbouwkunde. In het woord tribologie zit het Griekse woord ‘tribe’ dat wrijving betekend. Tribologie is het vakgebied waarin onderzoek wordt gedaan naar wrijvingsverschijnselen en slijtageverschijnselen die kunnen ontstaan op contactvlakken van materialen. Deze slijtage kan onder andere ontstaan door wrijving daarom wordt tribologie ook wel wrijvingskunde genoemd. Er wordt gekeken naar het effect van wrijving onder verschillende omstandigheden. Zo wordt er gekeken naar het effect van wrijving onder droge omstandigheden en natte omstandigheden. Daarnaast wordt gekeken naar het effect van wrijving bij verschillende temperaturen. Hieronder is in een aantal alinea’s weergegeven waar het vakgebied tribologie mee verbonden is.

Ruwheid van materiaal
Binnen tribologie worden daarnaast verschillende materialen onderzocht. Er wordt gekeken naar de materialen die veel wrijving veroorzaken wanneer ze met elkaar in contact komen en naar materialen die bij contact weinig wrijven. Een glad oppervlak zorgt voor minder wrijving dan een ruw oppervlak. De ruwheid van materialen wordt binnen de tribologie weergegeven in micrometers en verschillende waarden zoals ‘Ra, Rx, Rh’.

Levensduur van machineonderdelen
Wrijving en slijtage moeten in de werktuigbouwkunde zoveel mogelijk worden beperkt. Dit bevordert namelijk de levensduur van de machineonderdelen. Onderdelen van machines die onderhevig kunnen zijn aan slijtage en wrijving zijn bijvoorbeeld lagers, remmen en loopvlakken van machineonderdelen. Het is belangrijk dat deze machineonderdelen zo lang mogelijk meegaan. Wanneer deze onderdelen vaak vervangen moeten worden staan machines stil en zijn de onderhoudskosten hoog. Daarom is één van de belangrijkste doelstellingen van tribologie het beperken van slijtage en wrijving.

Levensduur van lagers
Binnen de tribologie kan bijvoorbeeld specifiek onderzoek worden gedaan naar de levensduur van lagers. Deze levensduuranalyse kan worden gedaan voordat machines daadwerkelijk een bepaald type lager gaan gebruiken. De keuze van de juiste lager is van groot belang voor de ontwikkeling van machines. Wanneer in machines verkeerde lagers worden toegepast kan dit er voor zorgen dat de machines in de praktijk niet effectief kunnen worden gebruikt. Daarnaast zullen de onderhoudskosten omhoog gaan omdat de lagers regelmatig vervangen moeten worden. Na de toepassing van lagers in een machine kan ook worden onderzocht waarom bepaalde lagers veel wrijving veroorzaken of juist niet. Dit is over het algemeen minder verstandig omdat de lagers dan reeds zijn toegepast. Naast lagers worden ook andere machineonderdelen die in contact komen met elkaar onderzocht op de effecten van de wrijving.

Tribologie en metallurgie
De materialen zoals metalen en metaallegeringen waaruit machineonderdelen bestaan moeten naast slijtvastheid ook aan andere eisen voldoen. De mechanische eigenschappen van materialen zijn erg belangrijk. Een metallurg stelt bijvoorbeeld bepaalde eisen aan de sterkte en corrosievastheid van metalen die toegepast worden in een constructie. Ook de manier waarop een metaal verwerkt en vervormd kan worden en de prijs van metaal is van invloed. Soms moeten metalen worden toegepast die minder slijtvast zijn maar toch over andere goede mechanische eigenschappen beschikken.

Tribologie en de toepassing van smering
Een oplossing waarmee de wrijving zoveel mogelijk tegen kan worden gegaan is het gebruik van smeermiddelen. Smeermiddelen zorgen voor smering tussen machineonderdelen. Binnen tribologie wordt aandacht besteed aan de juiste smeermiddelen die de wrijving tussen de machineonderdelen kunnen beperken. Er zijn zeer veel verschillende smeermiddelen die specifieke eigenschappen hebben. Smeermiddelen worden meestal in drie hoofdgroepen ingedeeld: vaste smeermiddelen, vloeibare smeermiddelen en plastische smeermiddelen zoals smeervetten. Daarnaast is het mogelijk om smeermiddelen in te delen in grondstoffen. Zo worden sommige smeermiddelen vervaardigd uit dierlijke en plantaardige vetten. Dit worden ook wel bio-smeermiddelen genoemd omdat ze biologisch goed afbreekbaar zijn. Veel olie die toegepast wordt is echter minerale olie. Deze olie is biologisch moeilijk afbreekbaar maar wordt wel veel gebruikt vanwege de gunstige smeereigenschappen. Met name de viscositeit is van groot belang bij de beoordeling van smeermiddelen. De viscositeit is een term waarmee de stroperigheid of traag vloeibaarheid van een stof wordt aangeduid. Door de smeermiddelen met de juiste viscositeit toe te passen kan de slijtage aan machineonderdelen worden beperkt. De wrijving treed dan op in het smeermiddel zelf en minder tussen de machineonderdelen.

Wat is het belang van smeermiddelen in de werktuigbouwkunde?

In de werktuigbouwkunde worden verschillende machines, apparaten en andere werktuigen ontworpen en gefabriceerd. Naast het ontwerp en de fabricage van deze werktuigen is het ook van belang dat er rekening wordt gehouden met het onderhoud daarvan. Werktuigen moeten een zo lang mogelijke levensduur hebben. Storingen, breuk en slijtage moeten zoveel mogelijk voorkomen worden. Echter, niet alle problemen die in werktuigen kunnen ontstaan kunnen worden voorkomen door de gebruikers van de werktuigen. Een belangrijk deel van het onderhoud dat wél door de gebruikers van werktuigen kan worden gedaan is het beperken van slijtage van het werktuig en bijbehorende onderdelen. Hiervoor kunnen onder andere smeermiddelen worden gebruikt.

Het gevaar van slijtage bij machineonderdelen
Metalen onderdelen zijn nooit helemaal glad. Hoe nauwkeurig metalen onderdelen ook worden afgewerkt er zijn altijd kleine krasjes en hoogteverschillen op de metalen onderdelen aanwezig. Deze verschillen kunnen lang niet altijd met het ‘blote oog’ worden waargenomen. Wanneer men een metaaloppervlak echter sterk zou vergroten ziet men kleine heuveltjes en dalen. Wanneer twee metalen producten elkaar voortdurend zouden raken treed er wrijving op. Deze wrijving wordt ook wel metallisch contact genoemd. Dit metallisch contact is een droge wrijving tussen metalen. Wanneer onderdelen zoals tandwielen onder hoge snelheden roteren kunnen door het metallisch contact hoge temperaturen worden bereikt. Deze temperaturen kunnen zo hoog zijn dat kleine stukjes van de machineonderdelen beginnen te smelten en vervolgens weer beginnen te stollen. De gestolde deeltjes kunnen vervolgens weer losbreken als de onderdelen weer in beweging worden gebracht. De onderdelen beginnen hierdoor te slijten en van vorm te veranderen. Dit slijten wordt ook wel vreten genoemd. Wanneer het slijtageproces niet wordt tegengegaan zullen machineonderdelen dusdanig van vorm veranderen dat de machine niet meer goed loopt. Uiteindelijk kan het slijtageproces er zelfs toe leiden dat de machine in zijn geheel vastloopt. Hierbij kan ook nog extra schade optreden naast de schade die al was ontstaan door de slijtage. Deze situatie moet ten allen tijde worden voorkomen.

Waarom zijn smeermiddelen belangrijk?
Naast een goede afwerking van de metaaloppervlaktes van machineonderdelen is het ook van belang dat het oppervlakte van de metalen onderdelen goed glad wordt gemaakt. Zoals eerder is vermeld kunnen metaaloppervlaktes van machineonderdelen nooit geheel glad worden geproduceerd. De toleranties kunnen nog zo nauwkeurig zijn, er zullen altijd oneffenheden aanwezig zijn op de onderdelen. Deze oneffenheden moeten worden opgevuld. Daarnaast moeten de machineonderdelen die met elkaar in contact kunnen komen van elkaar worden gescheiden door een dunne laag vloeistof of vet toe te voegen. Wanneer dit gebeurd treed er wrijving op in de vloeistof. Dit wordt ook wel vloeistofwrijving genoemd. Bij vloeistofwrijving er sprake van onderlinge wrijving van vloeistofdeeltjes. Deze onderlinge wrijvingsweerstand is hierbij veel lager dan de wrijvingsweerstand die ontstaat wanneer twee metalen onderdelen droog tegen elkaar worden aangewreven. Vloeistoffen en vetten kunnen worden gebruikt om de slijtage van machineonderdelen tegen te gaan. In feite worden de machineonderdelen gesmeerd. Er zijn echter verschillende smeermiddelen. Hierover gaat de volgende alinea.

Welke smeermiddel moet ik kiezen?
Doormiddel van smeermiddelen wordt de wrijving beperkt van onderdelen van werktuigen. Door het beperken van deze wrijving wordt ook de slijtage vermindert en kunnen machines langer worden gebruikt. Er zijn verschillende smeermiddelen die kunnen worden gebruikt. Bij de keuze van het juiste smeermiddel is het onder andere van belang dat er gekeken wordt naar de ruimte tussen de bewegende delen die met elkaar in contact komen. Ook de rotatiesnelheid van machineonderdelen moet goed worden bekeken. Wanneer machineonderdelen snel roteren kan een hoge temperatuur ontstaan. De hoge temperatuur kan de vloeibaarheid van smeermiddelen veranderen. Een goed smeermiddel moet de onderdelen die met elkaar in contact komen onder elke denkbare omstandigheid die logischerwijs in de machine kan ontstaan van voldoende smering voorzien. Voor veel machines en motoren is voorgeschreven welk smeermiddel moet worden gebruikt. Hierbij wordt onder andere gekeken naar de viscositeit van een smeermiddel. Dit is de vloeibaarheid van een smeermiddel. Deze vloeibaarheid is gekoppeld aan een bepaalde temperatuur.

Welke verschillende smeermiddelen zijn er?
Wanneer men de eigenschappen van smeermiddelen goed in beeld heeft kan men het juiste smeermiddel kiezen. Smeermiddelen zijn er in verschillende soorten. Hieronder wordt een kort overzicht weergegeven van verschillende soorten smeermiddelen.

  • Minerale oliën: deze oliën zijn vloeibaar en worden veel toegepast
  • Plantaardige oliën: dit zijn vloeibare oliën die gewonnen worden uit extracten van planten.
  • Dierlijke oliën: dit zijn oliën die worden gewonnen uit dierlijke vetten.
  • Vaste smeermiddelen: dit kunnen poeders zijn van zeer fijn koolstof zoals grafiet.
  • Smeervetten: deze bestaan uit vaste stoffen of stroperige stoffen.

Bovenstaande categorieën zijn zeer breed. Hieronder vallen nog allemaal verschillende indelingen bijvoorbeeld op het gebied van viscositeit. Minerale oliën kunnen onderling sterk verschillen op het gebied van viscositeit. Ook de andere categorieën bevatten smeermiddelen die voor verschillende doeleinden kunnen worden toegepast.

Viscositeit van smeermiddelen wat wordt er mee bedoelt?

Viscositeit is een term die wordt gebruikt om de dikte van een vloeistof aan te duiden. Het wordt ook wel vertaald met de kleverigheid en stroperigheid van vloeistoffen. Hoe hoger de viscositeit hoe meer de vloeistof zich verzet tegen krachten die de vloeistof zouden laten vloeien. Viscositeit geeft in feite de weerstand van een vloeistof aan tegen het stromen. De term viscositeit is afgeleid van het Latijnse woord voor de maretak. Vroeger van de maretak vogellijm gemaakt. De Latijnse naam voor de mare tak is viscum album. Het eerste deel van het woord ‘viscum’ is verwerkt in het woord viscositeit. Veel lijmsoorten hebben een hoge viscositeit. Dit houdt in dat veel lijmsoorten traag vloeiend zijn en een hoge interne weerstand hebben tegen vloeien. Vloeistoffen die een hoge viscositeit bevatten worden viskeus genoemd. Water is een voorbeeld van een vloeistof met een lage viscositeit. Water vloeit over het algemeen zonder veel weerstand weg. Dit is echter wel afhankelijk van de temperatuur van de omgeving. Vloeistoffen kunnen trager of juist sneller vloeien wanneer de temperatuur verandert.

Viscositeit in de techniek
De juiste viscositeit van smeerolie is erg belangrijk bij het bepalen van de geschiktheid van olie om bepaalde machineonderdelen of motoronderdelen te smeren. Olie wordt als smeermiddel gebruikt voor bewegende delen van een machine. Olie vormt hierbij een film tussen de bewegende onderdelen en zorgt er voor dat de onderlinge rechtstreekse wrijving  wordt vermindert. Deze onderlinge wrijving kan ontstaan door metaal-op-metaal contact, dit wordt ook wel metallisch contact genoemd. Door rechtstreeks contact tussen machineonderdelen treed er slijtage op. Dit slijtageproces moet zo langzaam mogelijk verlopen omdat anders machineonderdelen regelmatig vervangen moeten worden en de machine niet goed meer draait. Olie met de juiste viscositeit moet er voor zorgen dat dit slijtageproces wordt vertraagd en de machineonderdelen langer mee gaan.

De juiste viscositeit is belangrijk 
Voor de meeste machines en motoren is in de gebruikshandleiding voorgeschreven welke olie toegepast moet worden. Daarbij is aangegeven over welke viscositeit de olie moet beschikken. Olie zorgt er naast smering ook voor koeling van de machineonderdelen. De koeling van bijvoorbeeld lagers kan niet worden bereikt door de toepassing van een vaste stof of smeervet. Wanneer machineonderdelen draaien kunnen ze heel warm worden. De smeerolie wordt dan echter ook warm en kan er voor zorgen dat de olie vloeibaarder wordt  of juist niet. Het toerental van lagers en andere machineonderdelen is van belang bij het kiezen van de juiste smeerolie. De keuze voor de juiste viscositeit is van groot belang voor de ‘levensduur’ van de machineonderdelen en de motor. Een te hoge viscositeit zorgt er voor dat de vloeistof te traag vloeit en daardoor niet alle machineonderdelen of de gehele motor smeert. Hierdoor kan alsnog slijtage ontstaan. Bij een te lage viscositeit is de oliefilm te dun tussen de bewegende delen en treed er alsnog slijtage op in bijvoorbeeld de vorm van metallisch contact.