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Selbstschmierendes Kapillarlager Es ist vorgeschlagen worden, für
erhebliche pv.-Belastungen und lange Betriebszeiten bei konstanter Schmiermittelmenge,
selbstschmierende Kapillarlager zu verwenden, bei denen die Poren des vorzugsweise
aus gesintertem Eisenpulver bestehenden Lagerkörpers mit einem Schmierstoff getränkt
sind. Dieser Schmierstoff soll vorteilhafterweise hinsichtlich seinem Siedepunkt,
der Molekularreibung, der Krackfestigkeit und der Oxydationsfestigkeit unter Berücksichtigung
der Größe und Beschaffenheit der tragenden Lagerfläche so beschaffen sein, daß die
im Betriebszustand im Lagerspalt auftretenden Übertemperaturen unterhalb der Grenzen
bleiben, bei deren Überschreitung eine Krackung des Schmierstoffes erfolgt oder
eingeleitet wird. Die Aufbauteile des Kapillarlagers nach dem erwähnten Vorschlag
sollen in bestimmter Weise optimal aneinander angepaßt sein, um insbesondere eine
Erhöhung der Lagertemperatur, welche zu einer akuten Verkrackung des Schmiermittels
führen könnte, zu vermeiden. Es hat sich nun bei den weiteren Untersuchungsarbeiten
des Erfinders ergeben, daß die Dauerlaufeigenschaften derartiger Kapillarlager insbesondere,
dadurch verbessert werden können, daß man die wirksamen. Bestandteile des Lagers
in Form einer einbaufertigen Baueinheit herstellt, die aus einem mit der Welle fest
zu verbindenden Ring als wellenseitige Lauffläche und einem diese lose umgebenden
Ring als lagerseitige Lauffläche besteht, wobei der innere oder äußere der beiden
Ringe aus einem Kapillarmetall nach dem Hauptpatent, insbesondere also
porösem
Eisen, und der andere aus einem dem Kapillarmetall hinsichtlich seiner Werkstoff-
und Oberflächenbeschaffenheit, Härte und Formgebung angepaßten massiven, also nicht
porösen Metall, insbesondere Stahl besteht. Die Zusatzerfindung ermöglicht es, in
besonders einfacher, zweckmäßiger und zuverlässiger Weise den Forderungen des Hauptpatents
hinsichtlich der gegenseitigen, Anpassung der Lagerkomponenten zu entsprechen. Die
bisherigen unbefriedigenden Ergebnisse, welche mit Kapillarmetallagern gemacht wurden,
beruhen nämlich, wie die Praxis gezeigt hat, zum großen Teil darauf, daß die Voraussetzungen,
unter welchen Kapillarmetallager zuverlässig und über lange Zeiträume selbstschmierend
zu arbeiten vermögen, in den allermeisten Fällen nicht gegeben sind bzw. nicht beobachtet
werden, wenn die Kapillarmetalllagerbuchse erst beim, Verbraucher mit der Gegengleitflache
(-welle) zu dem fertigen Lager vereinigt wird. Dagegen wird durch die Erfindung
das Lager von Einbaufehlern und Mängeln, welche beim Verbraucher auftreten können,
unabhängig gemacht, und es kann bereits beim Hersteller der Kapillarmetallagerbuchsen
bzw. des einbaufertigen Lagers Vorsorge dafür getroffen werden, daß die erwähnten
Voraussetzungen tatsächlich erfüllt sind. Insbesondere ergibt sich auf diese Weise
auch die Möglichkeit, die Lagerbaueinheit bereits beim Erzeuger dem Einlaufvorgang
zu unterwerfen und die beiden Laufflächen in einer Genauigkeit miteinander einzuschleifen
bzw. einlaufen zu lassen, welche über den durch mechanische Bearbeitung möglichen
Grad hinausgeht, ohne daß infolge der erhöhten Temperatur des Einlaufvorganges der
Schmiermittelvorrat des Lagers der Verkrackung ausgesetzt wird. Man kann vielmehr
einerseits durch allmählich ansteigende Belastung und Kühlung sowie erforderlichenfalls
zusätzliche Schmierung die Temperatur so niedrig halten, daß keine Verkrackung des
Schmiermittelvorrats eintritt; andererseits kann man auch alternativ oder zusätzlich
den für die Einlaufzeit benutzten Schmiermittelvorrat entfernen bzw. auswaschen
und durch frisches, unverbrauchtes Schmiermittel ersetzen. In jedem Fall gelingt
es durch diese und ähnliche Maßnahmen, den Bedingungen hinsichtlich Erhöhung der
Dauerlaufeigenschaften von Kapillarlagern gemäß dem Hauptpatent in einfacher, praktischer
und wirksamer Weise zu entsprechen.
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Bei der erfindungsgemäßen Baueinheit besteht ferner die Möglichkeit,
in an sich bekannter Weise einen Kapillarmetallring sowohl auf einem inneren massiven,
also unporösen Ring, als auch auf einer äußeren massiven, also unporösen Buchse
mit Laufsitz, zu passen, derart, daß er zwischen den beiden Teilen schwebt bzw.
schwimmt und gegenüber beiden Teilen etwa die halbe Relativgeschwindigkeit der Wellendrehzahl
besitzt. In weiterer Ausbildung dieser Anordnung können auch mehrfach abwechselnd
Kapillarmetallteile und Massivmetallteile zwischen der Welle und dem Wellenträger
angeordnet sein, derart, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen je zwei benachbarten
Teilen entsprechend herabgesetzt wird. Bei Anordnung eines oder mehrerer Zwischenlaufringe
sind vorteilhaft seitliche Haltescheiben zur Begrenzung der Lage der Laufringe in
axialer Richtung vorgesehen. Vorteilhaft ist das auf dem Lagerträger aufliegende
Kapillar- oder Massivmetallteil zwecks Selbsteinstellung der Welle ballig ausgebildet.
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Das oder die Kapillarmetallteile können zweckmäßig insbesondere an
den nicht als Laufflächen, sondern als feste Auflagerflächen dienenden Flächen mit
Ausnehmungen versehen sein, welche so angeordnet sind, daß sie zur Bildung von Schmierstoffaufnahmeräumen
dienen können und/oder die Schmiegsamkeit des Kapillarkörpers zwecks besserer Anpassung
desselben an die Gegenlauffläche erhöhen. Das Kapillarmetall besteht vorzugsweise
aus in sich porösen und zusammengesinterten Eisenkörnchen bzw. Eisenschwammkörnchen,
während die Gegengleitfläche oder -flachen des oder der Kapillarmetallteile aus
möglichst hartem bzw. gehärtetem und möglichst hochglanzpoliertem (geschliffenem
bzw. geläpptem) Stahl bestehen. Gegegebenenfalls können auch zwei oder mehrere Kapillarringe
gleichachsig nebeneinander in einer gemeinsamen Massivtragbuchse angeordnet sein.
Die Einbaumaße des Lagers sind vorteilhaft so gewählt, daß sie denen der die gleiche
Belastungsfähigkeit besitzenden Wälzlager entsprechen.
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Ein besonderes Gefahrenmoment für derartige Kapillargleitlager liegt
in einer ungenauen Ausrichtung des Lagers gegenüber der Gegengleitfläche. Derartige
Kapillarlager, und zwar insbesondere die aus porösen Eisenkörnchen versinterten
Lagerwerkstoffe, mit welchen die Erfindung sich besonders befaßt, besitzen zwar
eine gewisse Plastizität, so daß sie sich etwaigen Ungenauigkeiten entsprechend
verformen, jedoch ist hiermit vielfach teils eine Temperaturerhöhung, die im oben
gekennzeichneten Sinne außerordentlich gefährlich ist, und teils eine Zusammendrückung
der Poren an den verformten Stellen verbunden, welche den Schmierstoffdurchtritt
illusorisch machen. Durch die an sich bekannte ballige Ausbildung der Einbauflächen
des Lagers; und zwar insbesondere unter Verwendung eines den Kapillarring haltenden
Massivmetallrings, kann man die genaue Ausrichtung des Lagers im Betrieb sicherstellen
bzw. eine laufende Anpassung ermöglichen.
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Einbaufertige, mit inneren Laufringen ausgerüstete Lager sind bereits
in Form der Wälzlager bekannt. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, insbesondere
zum Austausch für Wälzlager Gleitlager zu verwenden, die mit einem inneren auf die
Welle aufzuschrumpfenden Laufring ausgerüstet und gegebenenfalls den Abmessungen
der Wälzlager angepaßt sind. Auch die Verwendung von Schmierstoffaufnahmeräumen
beispielsweise in Form von Öldochten ist bei derartigen Lagern bereits vorgeschlagen
worden. Die erfindungsgemäße Ausführung unterscheidet sich jedoch grundsätzlich
von den bekannten Konstruktionen durch die Wahl von Kapillarmetallteilen, insbesondere
aus in sich porösen, miteinander versinterten Eisenkörnchen bestehenden
Kapillarmetallteilen,
für die eine der beiden Gleitflächen. Der erfindungsgemäß ausgebildete Laufring
hat hierbei besondere Aufgaben zu erfüllen, welche auf der Eigenart der vorstehend
gekennzeichneten Kapillarlager beruhen. Durch die Wahl des erfindungsgemäßen Kapillarmetalls
ist es ferner möglich, die bei Wälzlagern zulässigen Belastungswerte, Reibungswiderstände
und Baulängen leichter einzuhalten, da derartige Kapillarlager außerordentlich hoch
belastbar sind, geringe Reibungszahlen besitzen und sich demgemäß mit verhältnismäßig
kurzen Baulängen herstellen lassen. Die an sich mit Rücksicht auf die besonderen
Eigenarten derartiger Kapillarlager vorgeschlagene Ausbildungsform mit zugehörigem
innerem Laufring erweist sich also gleichzeitig als ein großer Vorzug bei der Verwendung
der Lager.
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Besondere Vorteile ergeben sich ferner dann, wenn gemäß weiterer Erfindung
die Gleitfläche wie oben beschrieben stufenartig in mehrere in Serie geschaltete
Gleitflächen und Gegengleitflächen aufgeteilt wird, derart, daß die Umfangsgeschwindigkeiten
entsprechend herabgesetzt werden und damit die Belastbarkeit zunimmt. Man hat es
auf diese Weise in der Hand, durch Wahl einer entsprechenden Anzahl von Zwischenringen
die pv.-Werte so herabzusetzen, daß außerordentlich kurze und trotzdem hoch belastbare
Lager entstehen. Die Schwierigkeit der Zuführung von Schmierstoff zu dem mit umlaufenden
Ringen wird hierbei durch die Wahl selbstschmierenden Kapillarmetalls und/oder sonstige
geeignete Maßnahmen wie beispielsweise Schmierstoffdurchtrittslöcher oder Schmierstoffreservoire
in den Lagerringen vermieden bzw. herabgesetzt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil
einer solchen Anordnung besteht darin, daß bei Pressen oder Schwergehen einer Gleitfläche
beispielsweise infolge vorübergehender ungenügender Schmierstoffzufuhr aus dem Kapillarmetall
od.dgl. die andere Gleitfläche intakt bleibt, was beispielsweise bei in axialer
Richtung parallel geschalteten bzw. entsprechend längeren Lagerbuchsen nicht der
Fall ist. Dadurch wird die Sicherheit der Lagerung wesentlich erhöht.
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Wesentlich ist ferner zur Erzielung einer langen Lebensdauer des Lagers
die Wahl beständiger Schmierstoffe. Als besonders geeignet haben sich für viele
Fälle Öle nach Art des Essolub 5o erwiesen, welchen vorzugsweise Antioxydationsmittel
wie zwei- bis dreiwertige Phenole in Mengen von etwa o,oI bis I% beigegeben werden.
Beispielsweise können zwei- bis dreiwertige Phenole, wie Brenzcatechin, Pyrogallol,
Hydrochinon, ferner Alphanaphtol sowie organische Zinn-, Chrom und Bleiverbindungen,
wie beispielsweise Zinntetraphenyl, Tetraäthylblei u.dgl., für diesen Zweck verwendet
werden. Bei Verwendung von Metallverbindungen werden vorzugsweise dem Schmierstoff
bis zu I% derselben zugesetzt. Chromverbindungen sollen in erster Linie als Antikatalysatoren
wirken. Zweckmäßig wird eine in dem Schmierstoff lösliche Chromverbindung gewählt,
um eine bessere Mischung und Verteilung zu erreichen. In vielen Fällen hat sich
der Zusatz von Chromoleat als vorteilhaft erwiesen. Die Bildung von harzigen Stoffen
in dem Schmiermittel wird zum Teil auch durch unmittelbare Oxydation des Öles durch
den anwesenden Sauerstoff hervorgerufen. Zur Verhinderung dieser Wirkung können
zusätzlich zu einer Chromverbindung geringe Mengen einer organischen Zinnverbindung
beigegeben werden. Das ebenfalls vorstehende erwähnte Tetraäthylblei wirkt einer
Spaltung des Öles entgegen.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung beispielsweise
und schematisch veranschaulicht. Es bedeutet Fig. I Schema einer erfindungsgemäßen
Anordnung in halbperspektivischem Schnitt, Fig. 2 Axialschnitt einer erfindungsgemäßen
Anordnung mit feststehender Kapillarbuchse, Fig. 3 Axialschnitt wie Fig. 2 mit umlaufender
Kapillarbuchse, Fig. 4 Außenansicht einer Lagerbuchse gemäß Fig. 5, Fig. 5 Axialschnitt
eines Einbaulagers mit zwei nebeneinanderliegenden gleichachsigen lamellenartig
unterteilten Kapillarbuchsen, Fig. 6 Axialschnitt eines Axialdrucklagers, Fig. 7
Axialschnitt eines Spurlagers, Fig. 8 Axialschnitt eines Halslagers, Fig. 9 teilweiser
Axialschnitt eines Lagers mit mehreren umlaufenden Ringen, Fig. Io teilweiser Axialschnitt
eines Lagers mit selbsteinstellenden Lagerbuchsen, Fig. II teilweiser Axialschnitt
eines Lager für axiale Beanspruchungen in beiden Richtungen. Gemäß Fig. I ist auf
die aus gewöhnlichem Eisen bestehende Welle I ein geschliffener Stahlring 4 fest
aufgesetzt, beispielsweise aufgeschrumpft, der von einem Ring 3 aus Kapillarmetall,
das mit dem passenden Schmiermittel durchsetzt ist, umgeben ist. Der Ring 3 ist
von einem Stahlring 2 umgeben. Der Außenring 2, der ebenfalls aus Stahl besteht,
kann außen entweder zylindrisch, oder, wie ,dargestellt, leicht sphärisch gekrümmt
sein, um beim Einbau eine Selbstzentrierung herbeizuführen. Der Kapillarmetallring
3 wird in den meisten Fällen an einem der beiden Teile 2 und 4, insbesondere an
der Buchse 2, fest gehalten sein, er kann aber auch beidseitig mit Laufsitz gepaßt
sein, derart, daß er sich zwischen beiden Stahlteilen 2 und 4 mit der entsprechenden
Zwischengeschwindigkeit dreht. Im Betrieb sind in diesem Falle die Ringe, die sich
zwischen den beiden Gleitflächen befinden, ungefähr nur mit der halben Geschwindigkeit
belastet bzw. kann man dieses Lager, ohne es zu überanstrengen, reit höheren Geschwindigkeitswerten
beanspruchen. Die Anordnung des Kapillarringes zwischen zwei Stahlringen hat den
großen Vorteil, daß beim Aufschrumpfen und Einpressen keine Querschnittsveränderungen
und damit keine Veränderung der Passungen herbeigeführt werden, wie es der Fall
sein würde, wenn, wie es bisher üblich war, der Kapillarmetallring in ein Lagerloch
hineingepreßt wurde. Man kann aber auch das Kapillarmetall mit einem der beiden
Stahlringe fest verbinden, wie es beispielsweise
Fig.2 und 3 veranschaulichen,
wobei Fig.2 den Fall veranschaulicht, daß der äußere Ring aus homogenem Material
2 auf den Ring 3 aufgeschrumpft ist, während der innere Ring 4 sich mit der richtigen
Passung in dem Ring 3 locker bewegt. In Fig. 3 ist der umgekehrte Fall veranschaulicht.
In diesem Fall ist der Kapillarmetallring 3 auf den Ring 4 aufgeschrumpft. Bei diesen
Anordnungen können zusätzliche Öffnungen 5 durch Eindrehen oder Einpressen vorgesehen
sein, die mit einem passenden, zweckmäßigerweise nichtoxydierenden Schmiermittel
gefällt sind. Es hat sich gezeigt, daß besonders die Ausführung gemäß Fig. 3 eine
um 25 bis 5o% längere Gebrauchsdauer zeigt als eine Ausführung gemäß Fig.2. Wahrscheinlich
wird die Schmierung dadurch begünstigt, daß infolge der Zentrifugalwirkung mehr
Öl in die Reibungsfläche befördert wird als in dem Fall, wo der Kapillarring ruht,
wie es in Fig. 2 der Fall ist.
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Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine Konstruktion ähnlich der gemäß
Fig. 2. Bei dieser Konstruktion besteht der Kapillarring aus zwei Hälften 6 und
7, in denen am äußeren Umfange Ölvorratsnuten 8 in preßtechnisch leicht auszuführender
Weise vorgesehen sind. Die Größe der Ölnuten bzw. der Querschnitt der tragenden
Kapillarmetallschicht ist zweckmäßig so zu wählen, daß eine gewisse Drucknachgiebigkeit
der so gebildeten Lamellenteile erzielt wird, wodurch die Einlauffähigkeit des Lagers
verbessert wird.
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Fig.6 zeigt ein in Pfeilrichtung axial beanspruchtes Lager. Auf dem
Wellenende Io ist ein Massivring II mit lagerseitig polierter Fläche aufgeschrumpft.
Der in Pfeilrichtung wirkende Druck wird aufgenommen von der Druckscheibe I2. Zwischen
II und I2 befindet sich ein Ring I3 aus mikroporösem Material. Dieses Material eignet
sich bei druckbeanspruchten Lagern, die ganz allgemein bezüglich der Schmierung
große Schwierigkeiten machen, besonders gut. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei
Verwendung dieses Materials kein Abreißen des Schmierfilms mit seinen bei Lagern
aus Vollmaterial vorhandenen katastrophalen Wirkungen für die Lagerflächen auftritt,
sondern daß bei Überlastung lediglich ein Übergang auf eine halbflüssige Reibung
eintritt, bei welcher sich lediglich der Reibungskoeffizient etwa verdoppelt.
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In Fig. 7 ist ein Drucklager dargestellt, daß sehr große, in Pfeilrichtung
wirkende Drücke aufzunehmen hat. Die Welle I5 drückt auf die polierten Stahlplatten
I6, I7, I8, zwischen denen sich die Platten I9, 2o aus porösem Metall vorzugsweise
in sich porösen und miteinander versinterten Eisenkörnchen befinden.
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Fig. 8 veranschaulicht den häufig, besonders bei Schneckenübertragung
vorkommenden Fall, daß bei einer Welle 2I sowohl Längs- als auch Querkräfte furch
Lagerung aufgenommen werden müssen. In diesem Fall ist eine an den Reibungsflächen
polierte Stahlbuchse 22 vorgesehen, die in einer Buchse 23 aus porösem Material
passend eingelagert ist. Die Buchse 23 wiederum ist in der Lagerschale 24 passend
geführt oder aber an dieser befestigt. Fig.9 veranschaulicht ein Gleitlager mit
in Druckrichtung mehrfach unterteilter Lagerfläche, das beispielsweise die äußere
Form und Abmessung eines der üblichen Wälzlager besitzt und ohne weiteres an Stelle
der letzteren Verwendung finden kann, insbesondere dort, wo es sich um geräuschlosen
Gang, die Aufnahme großer Drücke und vor allem sehr hohe Tourenzahlen handelt. Auf
der Welle 3o ist ein polierter Stahlring 3I aufgeschrumpft. Über diesem befindet
sich der erste Druckring 32 aus Kapillarmetall, vorzugsweise porösem Stahl. Nunmehr
folgt ein weiterer passend bearbeiteter Ring 33 aus massivem gehärtetem Stahl. Hierauf
folgt ein weiterer Ring 34 aus Kapillarmetall. Dieser Ring bewegt sich leicht in
dem Außenring 35 aus gehärtetem Vollstahl. Um das Lager zusammenzuhalten und auch
kleine Seitenbeanspruchungen aufzunehmen, sind diese verschiedenen Ringe seitlich
gehalten durch zwei Stahlscheiben 36, die in dem Ring 35 eingepreßt sind. Zwischen
diesen Ringen 36 und den beweglichen Ringen befindet sich beidseitig je eine Platte
37 aus Kapillarmetall oder einem sonstigen ölenthaltenden und leichte Drücke aufnehmenden
Stoff.
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Gemäß Fig. Io ist der auf die Welle 4o aufgeschrumpfte gehärtete Stahlring
4I mit einer sphärischen kugelförmigen Oberfläche versehen. Auf dieser Fläche laufen
zwei ebenfalls sphärisch angepaßte Teilringe 42 und 43 aus Kapillarmetall. Die äußere
Lagerung für diese beiden druckaufnehmenden Teile stellen schließlich zwei innen
ebenfalls sphärisch ausgeschliffene Stahlringe 44, 45 dar, die durch Niete 46 miteinander
verbunden sind. Zwischen den beiden Stahlhälften 44, 45 befindet sich eine kleine
Stahlplatte 47, die es verhindert, daß eine zu weite Verschwenkung der Teile 42,
43 in den Teilen 44, 45 erfolgt. Ein derartiges Lager kann unter gleichzeitig großer
Belastung sehr starke Krümmungen der Welle aufnehmen und sogar so ausgebildet werden,
daß es auch die Führung von Wellen in Lagerteilen gestattet, die aus irgendwelchen
Gründen fortlaufend verschiedene Stellungen zu der Lagerachse aufnehmen müssen.
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Fig. II zeigt ein Lager, das wechselnde Beanspruchungen in axialer
Richtung aufzunehmen geeignet ist, wie es beispielsweise benötigt wird, um die Drücke
von Propellern auf den Schiffs- bzw. Flugzeugkörpern zu übertragen. Auf der Welle
5o befindet sich ein geschliffener Stahlring 5I, der gehalten ist durch die Schraube
52. Die ruhenden Lagerflächen sind mit 53, 54 bezeichnet. Zwischen ihnen und den
bewegten Lagerflächen befinden sich die Teile 55, 56 aus Kapillarmetall.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bezieht sich gemäß vorstehendem auf
eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines Kapillarmetallagers. Hierbei können
unter Umständen beispielsweise bei einer Anordnung gemäß Abb. g die Ringe aus Kapillarmetall,
jedoch gegebenenfalls auch ganz oder teilweise durch Ringe aus massivem Lagermetall
z. B. mit eingebohrten Löchern ersetzt werden, sofern dafür gesorgt wird, daß eine
ausreichende Schmierstoffzufuhr stattfindet. Das Prinzip der
stufenweisen
Unterteilung der Lagergeschwindigkeiten zwecks Herabsetzung der Lagerbeanspruchungen
kann also an sich grundsätzlich beispielsweise auch bei normalen Gleitlagern oder
Wälzlagern Anwendung finden. In den meisten Fällen wird allerdings die Verwendung
selbstschmierender Kapillarmetallteile erhebliche Vorteile gegenüber Massivteilen
bieten.