Maschinenelemente > Gleitlager > Theorie der hydrodynamischen Schmierung > Verdrängungsströmung (Quetschströmung) im planparallelen Schmierspalt
Die Verdrängungsströmung stellt einen weiteren Sonderfall der Strömung im Schmierspalt dar.
Ein mit Öl gefüllter planparalleler Schmierspalt mit einer zunächts relativ großen Spaltdicke wird plötzlich mit einer Kraft F belastet. Dadurch wird das Öl seitlich aus dem Spalt gequetscht und die beiden Lagerteile nähern sich einander mit der Geschwindigkeit v. In dem Schmierspalt strömt das Öl zu den Rändern. Die Geschindigkeitsprofile v(y) des Öl im Schmierspalt über die Spalthöhe sind parabelförmig. Für den endlich langen und unendlich breiten Schmierspalt entsteht dann über die Spaltlänge eine parabelförmige Druckverteilung im Schmierfilm, die mit der belastenden Kraft F im Gleichgewicht steht.
In der folgenden Animation wird dieser Prozeß über ein gewisses Zeitintervall simuliert.
Es zeigt sich, dass der zunächst relativ große Spalt das Öl schnell abströmen läßt und sich die beiden Lagerteile recht schnell mit der Geschwindigkeit v nähern. Mit kleiner werdender Spalthöhe verringern sich bei gleichbleibender Belastung F die Strömungsgeschwindigkeiten v(y) erheblich. Damit veringert sich auch die Geschwindigkeit v der Annäherung der beiden Lagerteile.
Die Ursache dafür liegt in der Viskosität des Öls, die bei gleichem Druckgefälle und engerem Spalt wesentlich kleiner Strömungsgeschwindigkeiten zulässt.
Wären die beiden Lagerteile ideal glatt, so würden sich die beiden Lagerteile ständig weiter annähern aber nie einander berühren, weil die Annäherungsgeschwindigkeit v schneller sinkt, als die Spaltdicke. Praktisch tritt das aber nicht ein, weil jede reale Bauteiloberfläche eine Rauhigkeit hat, so dass sich nach einem endlichen Zeitraum die Spitzen der rauhen Oberflächen berühren, die beiden Bauteile in Festkörperkontakt treten und so das Herausquetschen des Öls beendet wird.
Dieser Sonderfall zeigt aber, dass ein Schmierspalt auch ohne Gleitbewegung der Teile zueinander und ohne hydrostatische Druckversorgung über einen kurzen Zeitraum in der Lage ist Kräfte aufzunehmen und den Festkörperkontakt über diesen Zeitraum zu verhindern.
Dieser Effekt ist eine Erkärung dafür, dass Gleitlager für die Aufnahme stoßartiger Belastungen gut geeignet sind. Dieser Effekt spielt auch bei stark instationär belasteten Lagern eine Rolle. Neben dem Druckaufbau durch den keilförmigen Schmierspalt kann er einen Anteil zur Tragfähigkeit des Lagers beitragen.
In der Reynolds'sche Differentialgleichung wird auch dieser Effekt berücksichtig.