Pulvermetallurgie-Gleitlager: Funktionsprinzip, Werkstoffe und Dimensionierungsleitfaden

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Date：2026-07-18   Views：0

Was sind pulvermetallurgische Gleitlager und wie funktionieren sie?

Pulvermetallurgische Gleitlager -- auch PM-Gleitlager (Sintergleitlager) oder PM-Gleitlager genannt -- sind selbstschmierende Lagerelemente, die durch Verdichten und Sintern von Metallpulver hergestellt werden. Ihr Funktionsprinzip beruht auf der kontrollierten Porosität des Sinterwerkstoffs: Die offenen Poren werden vor dem Einbau mit Schmieröl imprägniert und geben dieses während des Betriebs kontinuierlich an die Gleitfläche ab.

Die wesentlichen Merkmale umfassen:

• Selbstschmierende Eigenschaft: Die capillare Wirkung der Poren speichert Öl und versorgt die Reibfläche über lange Einsatzzeiten.
• Kosteneffizienz: Bei hohen Stückzahlen deutlich günstiger als spanend gefertigte Gleitlager.
• Geräuscharme Laufeigenschaft: Das poröse Gefüge dämpft Schwingungen und reduziert den Geräuschpegel.

Der Herstellungsprozess umfasst typischerweise drei Schritte: Pulvermischen, Pressen in die gewünschte Form sowie Sintern bei Temperaturen zwischen 750 °C und 1150 °C, je nach Werkstoff.

"Warum eignet sich Pulvermetallurgie besonders für Gleitlager?" -- PM-Gleitlager lassen sich als Near-Net-Shape-Bauteile fertigen, wodurch Materialverluste minimiert und komplexe Geometrien wie Bundlager oder Lager mit Schmiernut direkt in einem Arbeitsschritt entstehen.

Welche Werkstoffe eignen sich für PM-Gleitlager?

Die Werkstoffauswahl bestimmt maßgeblich die Tragfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit eines Sintergleitlagers. Die beiden dominierenden Werkstofffamilien sind Sinterbronzen und Eisen-Kohlenstoff-Legierungen.

Sinterbronze (CuSn)

Sinterbronzen auf Basis von Kupfer-Zinn-Legierungen (z. B. CuSn10) sind die am weitesten verbreitete Werkstoffgruppe für PM-Gleitlager. Sie zeichnen sich durch hervorragende Notlaufeigenschaften, hohe Korrosionsbeständigkeit und gutes Einlaufverhalten aus.

• Brinellhärte: 40 bis 70 HB
• Zugfestigkeit: 100 bis 180 MPa
• Einsatztemperatur: -40 °C bis +150 °C
• Porosität: typisch 18 bis 25 Vol.%

Eisen-Kohlenstoff (Fe-C) und Eisen-Kupfer (Fe-Cu)

Eisenbasierte Sinterlager bieten eine höhere Druckfestigkeit und sind kostengünstiger als Bronze-Lager. Sie eignen sich besonders für Anwendungen mit höheren Flächenpressungen bei moderaten Gleitgeschwindigkeiten.

• Brinellhärte: 60 bis 120 HB
• Zugfestigkeit: 150 bis 250 MPa
• Einsatztemperatur: -40 °C bis +200 °C
• Porosität: typisch 15 bis 22 Vol.%

Sinter-PTFE-Verbundwerkstoffe

Für trockenlaufende oder lebensmitteltechnische Anwendungen kommen PTFE-gebundene Sinterwerkstoffe zum Einsatz. Diese erfordern keine externe Schmierung und arbeiten nahezu wartungsfrei.

Werkstoff	Dichte (g/cm³)	Härte (HB)	Zugfestigkeit (MPa)	Max. PV-Wert (MPa·m/s)	Einsatztemperatur (°C)
CuSn10 (Sinterbronze)	6,0 - 6,6	40 - 70	100 - 180	10 - 15	-40 bis +150
Fe-C 0,3 % C	5,8 - 6,3	60 - 90	150 - 200	1,5 - 2,5	-40 bis +200
Fe-Cu-C	6,0 - 6,5	70 - 120	180 - 250	2,0 - 4,0	-40 bis +200
CuSn8 + Graphit	5,8 - 6,4	35 - 65	80 - 150	8 - 12	-40 bis +180
Fe-PTFE-Verbund	4,5 - 5,5	20 - 50	50 - 100	0,5 - 1,5	-200 bis +260

Wie wird die Porosität gesteuert und warum ist sie entscheidend?

Die Porosität ist das Herzstück jedes PM-Gleitlagers. Sie bestimmt direkt die Ölspeicherkapazität, die Schmierölversorgung und die Druckfestigkeit des Bauteils.

Einflussfaktoren auf die Porosität

Die Porosität wird primär durch den Verdichtungsdruck beim Pressen gesteuert. Höherer Druck führt zu geringerer Porosität und höherer Festigkeit. Typische Pressdrücke liegen zwischen 200 MPa und 600 MPa. Zusätzlich beeinflussen Pulverkorngröße, Sintertemperatur und Sinterzeit das endgültige Porenvolumen.

Optimaler Porositätsbereich

Für ölgeschmierte Gleitlager hat sich ein Porositätsbereich von 18 bis 25 Vol.% als optimal erwiesen. Werte darunter reduzieren die Ölspeichermenge und verkürzen die Wartungsintervalle. Werte darüber schwächen die mechanische Festigkeit des Lagers und erhöhen das Risiko von Kaltverschweißungen.

"Wie viel Öl kann ein Sintergleitlager aufnehmen?" -- Ein pulvermetallurgisches Gleitlager (PM-Gleitlager) mit 20 Vol.% Porosität nimmt je nach Bauteilvolumen bis zu 2 bis 4 Gew.% Schmieröl auf. Das entspricht bei einem Lager mit 10 cm³ Volumen etwa 1,2 bis 2,4 g Öl.

Öl-Imprägnierverfahren

Die Standardmethode ist die Vakuum-Imprägnierung: Das gesinterte Lager wird in einem Vakuumbehälter mit Schmieröl (meist ISO VG 68 oder spezielle Sinterlageröle) behandelt. Unter Vakuum entweicht die Luft aus den Poren, und beim Belüften dringt das Öl durch capillare Kräfte ein.

Imprägnierverfahren	Ölgehalt (Gew.%)	Prozesszeit (min)	Kostenindikator	Besonderheit
Vakuum-Imprägnierung	2,0 - 4,0	30 - 60	Mittel	Standard für PM-Gleitlager in der Industrie
Heißimprägnierung (80 °C)	2,5 - 4,5	20 - 40	Mittel	Schnellere Penetration
Hochdruckimprägnierung	3,0 - 5,0	15 - 30	Höher	Für PM-Gleitlager mit hohen Porositäten
Tauchimprägnierung (offen)	1,0 - 2,5	60 - 120	Niedrig	Für weniger anspruchsvolle PM-Gleitlager-Anwendungen

Sinterbronze vs. Eisen-Kohlenstoff: Welcher Werkstoff passt zu Ihrer Anwendung?

Die Wahl zwischen Sinterbronze und Eisenbasis hängt von den Betriebsbedingungen ab. Beide Werkstoffe haben klar abgegrenzte Einsatzgebiete.

Sinterbronze: Wann lohnt sie sich?

Sinterbronze ist die erste Wahl, wenn Korrosionsbeständigkeit, gutes Einlaufverhalten und hohe Gleitgeschwindigkeiten gefordert sind. Sie wird bevorzugt in Elektromotoren, Haushaltsgeräten und Pumpen eingesetzt. Der höhere Preis wird durch die längere Lebensdauer und den geringeren Verschleiß ausgeglichen.

Eisen-Kohlenstoff: Wann ist er überlegen?

Eisenbasierte PM-Gleitlager punkten bei hohen statischen Lasten und Anwendungen mit geringen Gleitgeschwindigkeiten. Sie sind die kostengünstigere Alternative für Getriebe, Baumaschinen und landwirtschaftliche Geräte. Allerdings sind sie korrosionsanfälliger und erfordern in feuchter Umgebung entsprechenden Korrosionsschutz.

"Wann sollte ich unbedingt Sinterbronze statt Eisen wählen?" -- Wählen Sie Sinterbronze, wenn das Lager Korrosion ausgesetzt ist, hohe Gleitgeschwindigkeiten (> 1 m/s) auftreten oder Notlaufeigenschaften bei plötzlichem Schmierausfall erforderlich sind.

Dimensionierungsleitfaden und Toleranzen

Die korrekte Dimensionierung eines PM-Gleitlagers erfordert die Berücksichtigung von PV-Wert, Passung und geometrischen Toleranzen.

Der PV-Wert als zentrale Kenngröße

Der PV-Wert ist das Produkt aus spezifischer Flächenpressung P (MPa) und Gleitgeschwindigkeit v (m/s). Er darf einen werkstoffspezifischen Grenzwert nicht überschreiten, um ein Überhitzen und einen thermischen Verschleiß zu vermeiden.

• P = F / (d · b) mit F = Lagerkraft (N), d = Lagerdurchmesser (mm), b = Lagerbreite (mm)
• v = π · d · n / 60.000 mit n = Drehzahl (U/min)

Passungsauswahl

PM-Gleitlager werden üblicherweise mit einer Übergangspassung oder leichten Presspassung im Gehäuse eingebaut. Die Passung hängt von der Lagergröße und der Belastung ab.

Nenndurchmesser d (mm)	Wellentoleranz	Bohrungstoleranz Lager	Spiel im Betrieb (µm)	ISO-Passungsempfehlung
3 - 6	h7	H7	8 - 18	H7/h7
6 - 10	h7	H7	10 - 25	H7/h7
10 - 18	h7	H7	15 - 35	H7/h7
18 - 30	h7	H7	20 - 50	H7/h7
30 - 50	h7	H7	30 - 70	H7/h7
50 - 80	h7	H8	40 - 90	H8/h7

Form- und Lagetoleranzen

Die Fertigung von Pulvermetallurgie-Gleitlagern (PM-Gleitlagern) unterliegt aufgrund des Sinterprozesses spezifischen Toleranzgrenzen. Für Normalanwendungen gilt DIN ISO 2795, wobei engere Toleranzen durch Nachbearbeitung erreicht werden können.

• Innendurchmesser (als Sinter): IT7 bis IT9
• Außendurchmesser: IT7 bis IT9
• Länge: IT9 bis IT11
• Konizität (nachbearbeitet): 0,005 mm auf 25 mm Länge
• Rundheit: 0,010 bis 0,025 mm

Einsatzgrenzen und Alternativen

PM-Gleitlager haben physikalische Grenzen, die bei der Konstruktion beachtet werden müssen.

Thermische Grenzen

Die maximale Einsatztemperatur wird durch das Schmieröl und den Werkstoff bestimmt. Überschreitet die Betriebstemperatur +150 °C bei Bronze oder +200 °C bei Eisenbasis, droht Ölalterung und Festigkeitsverlust.

Lastgrenzen

Bei sehr hohen dynamischen Lasten oder Schwingungsbelastungen kann die Festigkeit von Sinterlagern unzureichend sein. In solchen Fällen sind massive Bronzelager oder Wälzlager die bessere Wahl.

Alternative Fertigungsverfahren

Neben der Pulvermetallurgie (PM-Gleitlager-Herstellung) stehen weitere Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern zur Verfügung:

• CNC-Drehen/Bohren aus Volllagerwerkstoff: Ermöglicht engste Toleranzen (IT6) und individuelle Geometrien bei Kleinserien. Kosten pro Stück sind jedoch 3- bis 10-mal höher als bei PM.
• Druckguss (Zink-, Aluminiumlegierungen): Für Gehäuse und Lagerböcke mit integriertem PM-Gleitlager geeignet. Die Gleiteigenschaften erfordern jedoch separate PM-Gleitlagerbuchsen.
• Feinguss (Investitionsguss): Ermöglicht komplexe Lagergeometrien in verschiedenen Werkstoffen. Toleranzen erreichen IT8 bis IT10, die Oberflächenqualität ist jedoch schlechter als bei PM.
• MIM (Metall-Injektions-Formen): Für PM-Gleitlager/Mikrolager unter 10 mm Durchmesser mit komplexen Geometrien. Dichte und Festigkeit liegen über konventioneller PM, die Kosten sind höher.

Ist ein PM-Gleitlager die richtige Wahl für Ihr Projekt?

Mit diesem Entscheidungsrahmen finden Sie schnell die passende Lösung:

1. Welche Stückzahl planen Sie?

• < 500 Stück/Jahr → Massive Buchse statt PM-Gleitlager mit CNC-Nachbearbeitung oder Feinguss
• 500 - 5.000 Stück/Jahr → PM-Gleitlager oder CNC, je nach Geometrie
• > 5.000 Stück/Jahr → PM-Gleitlager ist in der Regel die kostengünstigste Wahl

2. Wie hoch ist die spezifische Belastung?

• P < 10 MPa und v < 1 m/s → Eisenbasis-PM-Lager (kostengünstig)
• P < 20 MPa und v < 3 m/s → Sinterbronze
• P > 20 MPa oder v > 4 m/s → Massives Gleitlager, keine Pulvermetallurgie-Gleitlager, oder Wälzlager prüfen

3. Ist externe Schmierung möglich?

• Ölschmierung verfügbar → Konventionelles PM-Gleitlager mit Vakuum-Imprägnierung
• Trockenlauf erforderlich → PTFE-Verbundwerkstoff oder wartungsfreie Alternativen
• Lebensmittelkontakt → PTFE- oder speziell imprägnierte Lebensmittelöle

4. Welche Umgebungsbedingungen herrschen vor?

• Staub, Schmutz, Korrosion → Sinterbronze mit Dichtscheiben oder spezieller Dichtung
• Hohe Temperaturen (> 150 °C) → Eisenbasis-PM oder massive Bronze prüfen
• Sehr niedrige Temperaturen (< -40 °C) → Sinterbronze oder PTFE-Verbund

Fazit

Pulvermetallurgische Gleitlager bieten eine überzeugende Kombination aus Kostenvorteilen, Funktionalität und Fertigungseffizienz. Die kontrollierte Porosität ermöglicht selbstschmierende Eigenschaften, die Wartungsintervalle verlängern und den Betriebslärm senken. Die Wahl zwischen Sinterbronze und Eisenbasis hängt dabei primär von der spezifischen Belastung, der Korrosionsgefährdung und der erforderlichen Gleitgeschwindigkeit ab.

Für Serienanwendungen mit PM-Gleitlagern ab etwa 5.000 Stück pro Jahr lohnt sich die Pulvermetallurgie nahezu immer gegenüber spanenden Fertigungsverfahren. Die Einhaltung der richtigen Toleranzen nach ISO 2795 und die sorgfältige Auslegung des PV-Werts sichern eine lange Lebensdauer. Bei atmik unterstützen wir Sie bei PM-Gleitlagern bei der Werkstoffauswahl, der Konstruktionsoptimierung und der Serienfertigung Ihrer Pulvermetallurgie-Gleitlager (PM-Gleitlager) -- vom Prototypen bis zur Millionen-Serie.