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Kunststoff-Gleitlager: Igus entwickelt trocken laufende Gleitlager mit homogen verteilten Festschmierstoffen

Lagertechnik
Kunststoff-Gleitlager von Igus sind schmier- und wartungsfrei

Lager sind hohen spezifischen Belastungen ausgesetzt. Kunststoff-Gleitlager sind hierbei Lösungen aus Metall oftmals überlegen, denn sie sind schmier- sowie wartungsfrei und dadurch kostengünstiger. Die Iglidur-Polymer-Gleitlager des Kölner Lagerspezialisten bestehen zu 100% aus speziell für den Einsatz als Gleitlager optimierten Kunststoff-Compounds, haben hohe Standzeiten, geringe Reibwerte bei jeder Bewegungsart und eine hohe mechanische Dämpfung.

Stefan Loockmann-Rittich, Leiter Geschäftsbereich Iglidur Gleitlager, Igus GmbH, Köln

Hohe spezifische Lagerbelastungen kommen nicht nur im Schwermaschinenbau vor. Auch kleinste Lagerungen weisen oftmals Belastungen mit sehr hohen spezifischen Belastungen auf. Eine genaue Trennung zwischen niedrigen, mittleren und hohen spezifischen Belastungen gibt es nicht. In der Praxis können aber solche Lageranwendungen mit mehr als 10 N/mm² als hoch belastet angesehen werden. Die spezifische Lagerbelastung ist die mittlere Belastung des Lagers pro Flächeneinheit. Bei Gleitlagern hat sich dabei die Flächeneinheit 1 mm² durchgesetzt. Während im Radiallager die Belastungen an jeder Stelle variieren, geht die Berechnung der spezifischen Belastung von einer gleichmäßigen Verteilung der Kraft auf die projizierte Auflagefläche der Welle im Lager aus. Die maximal zulässige mittlere Flächenpressung ist für Gleitlager eine sehr wichtige mechanische Eigenschaft. Sie wird in der einen oder anderen Form für jedes Gleitlager angegeben. Damit wird ausgedrückt, für welche Belastungen ein Gleitlager höchstens eingesetzt werden kann. Mit Gleitlagern aus modifizierten thermoplastischen Kunststoffen mit eingelagerten Festschmierstoffen lassen sich Lagerungen mit Flächenpressungen bis 150 N/mm² realisieren. Bemerkenswert ist, dass diese Lager unter solchen Belastungen Bewegungen mit geringen Geschwindigkeiten aufnehmen können. Andere Gleitlager, die Gleit- oder Schmiermittel benutzen, erlauben oft nicht einmal Belastungen von 50 N/mm².

Trocken laufende Gleitlager belastbarer als ölgeschmierte

Noch geringer ist die Belastbarkeit bei ölgeschmierten Lagern, die hydrodynamisch arbeiten: Die Tragfähigkeit ist vom Schmierstoff selbst, aber auch von der Wellenoberfläche, der Temperatur, vom Lagerspiel und vielen anderen Faktoren abhängig. Bei Gleitbewegungen muss sich ein Schmierfilm aufbauen, der die Welle vom Lager trennt. Bei sehr langsamen Bewegungen oder im Aussetzbetrieb kann der Film reißen. Oszillierenden Bewegungen können zu Kavitationsschäden an den Lagern oder der Welle führen. Auf kleinstem Raum, auf dem sich niemals ein Schmierfilm bilden kann, werden Spitzenbelastungen wirksam. Misch- und Trockenreibung stellen sich ein, der Verschleiß schreitet rasch fort. Auch Schwingungen belasten die Lagerung. Kurzzeitige Berührungen von Welle und Lager, die das Tribosystem schädigen können, sind möglich. Das zeigt, dass bei hohen Belastungen der Gleitfilm ausfallen kann und dies zu großen Problemen führt. Die Lösung können trocken laufende Gleitlager mit selbstschmierenden Eigenschaften sein. Ohne zusätzliche Schmierung, ohne Schmierfilm zwischen Welle und Lager kann dieser auch unter hohen Belastungen nicht weggedrückt werden. Igus entwickelt seit dreißig Jahren Werkstoffe für wartungsfreie Gleitlager. Ein Grundprinzip ist für alle Werkstoffe gleich: alle sind selbstschmierend und können trocken eingesetzt werden. Durch den Mikroabrieb werden ständig homogen verteilte Festschmierstoffteilchen freigesetzt. Sie lagern sich in die Täler der Wellenoberfläche ein.

Iglidur-Gleitlager bestehen aus speziell entwickelten thermoplastischen Compounds. Der Zusatz von technischen Fasern verstärkt die mechanische Belastbarkeit thermoplastischer Legierungen. Außerdem übernimmt die Fasermatrix wichtige Aufgaben bei der Wärmformbeständigkeit und der Verschleißfestigkeit. Festschmierstoffe übernehmen die Aufgabe, die Reibwerte zu senken. Dadurch werden die abriebfesten Eigenschaften der thermoplastischen Legierung mit den Fasern zusätzlich verstärkt. Damit sie sich auch unter höchsten radialen Belastungen nicht wegdrücken können, müssen sie mikrofein in dem Werkstoff verteilt sein. Es kommt darauf an, Materialeigenschaften zu verbessern, ohne auf der anderen Seite andere wichtige Eigenschaften negativ zu beeinflussen. Bei Iglidur-Gleitlagern unterstützen sich alle Komponenten – thermoplastische Legierung, Fasermatrix und Festschmierstoffe – gegenseitig und haben gute Gleit- und sehr gute Abriebeigenschaften. Sobald die Lager dynamisch belastet werden, entsteht ein Mikroabrieb der Festschmierstoffe und thermoplastischen Komponenten. Dieser Mikroabrieb füllt das Rauhigkeitsprofil der Welle, der Selbstschmiereffekt entsteht. Nach der Einlaufphase nimmt der Mikroabrieb rapide ab, es beginnt die Phase des nahezu verschleißfreien Laufs. Ohne einen Film auf der Welle zu bilden, entsteht so eine optimale Paarung von Gleitlager und Welle. Dieser wichtige Unterschied erklärt auch die gute Eignung dieser Gleitlager für lineare Bewegungen. Das Lager muss nicht die Welle über die gesamte Strecke dauernd mit einem Gleitfilm überziehen. Probleme mit Gleitschichten können entstehen, weil das Lager diesen Film bei der nächsten Bewegung vor sich herschiebt. Oder es binden sich feine Schmutzpartikel in der Gleitschicht. Bei Kunststoff-Gleitlagern reicht es, wenn sich Welle und Lager einlaufen. Dann sind lange Strecken mit niedrigem Gleitwert und geringstem Verschleiß zu bewältigen.

Kunststoff-Gleitlager mit Festschmierstoffen bringen Vorteile

Ein Beispiel für Anwendungen, bei denen die Vorteile der homogenen Verteilung der Festschmierstoffe im Vordergrund stehen, sind Förderketten. Abhängig von den zu fördernden Lasten entstehen größte Zugkräfte, die auf die Kettenglieder und die Gelenke wirken. An den Umlenkpunkten kommt es zu sehr kleinen Schwenkbewegungen in den Gelenken. Ein weicher Schmierfilm würde sich bei der dauernden, sehr hohen Belastung von der eigentliche Lagerstelle wegdrücken. Dadurch kommt es bei den ständig neu einsetzenden Bewegungen zum Anlaufen ohne Schmierung. Durch die kleine Schwenkbewegung wird das Schmiermittel nicht wieder an die Lagerstelle transportiert. Im Laufe der Zeit kommt es so zu einer Mangelschmierung. Iglidur-Gleitlager mit ihren homogen verteilten Festschmierstoffen bringen entscheidende Vorteile. Trotz hoher radialer Drücke gibt das thermoplastische Compound mit seiner Fasermatrix nicht nach. Die mikroskopisch kleinen Schmierstoffpartikel bleiben so zwischen Welle und Lager eingebettet und werden bei der kleinsten Bewegung wirksam. In den Förderketten werden Belastungen an den Gelenkstellen bis zu 50 N/mm² erreicht. Außerdem werden solche Anlagen für den Transport verschiedener Güter eingesetzt. Die Palette reicht von Telefonzellen, Autotüren und Damenmäntel bis zum Transport unverpackter Nahrungsmittel. In sehr vielen Fällen muss ausgeschlossen sein, dass Öle oder Fette von der Kette herabtropfen. Diese Gründe und die Kostenvorteile führten zum Einsatz von Iglidur-G-Gleitlagern in diesen Förderketten. Ebenso bei Kantenbelastungen oder extremen Stößen und Schwingungen, die oft ein Vielfaches über der eigentlichen radialen Belastung liegen, kommt es darauf an, dass Schmierstoffe nicht von der Lagerstelle weg gequetscht werden können. Hier wirken sich zudem die elastischen Eigenschaften von Kunststoffen positiv aus. Sie verhindern, dass es zu einer bleibenden Verformung der Lager kommt. (jg)

Mehr Informationen zu den Kunststoff-Gleitlagern von Igus

Kontakt:
Igus GmbH
Spicher Str. 1a
51147 Köln
Tel. +49 2203 9649-0
info@igus.de
www.igus.de



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