Stark wie ein Baum 21.12.2021, 07:30 Uhr

Bionisches Design optimiert Kunststofflager

Kunststoff ersetzt Metall – mit großem Erfolg: Viele neue Anwendungsmöglichkeiten stellt ein motion-plastics-Spezialist aktuell im Markt vor. Zum Beispiel sind neue Polymer-Gehäuselager eine wartungsfreie und damit wirtschaftliche Alternative zu klassischen Gussgehäuselagern.

Beim bionischen Design der robusten und wartungsfreien "igubal"-Gehäuselager orientieren sich die Kölner Konstrukteure an einer Baumkerbe. Foto: igus

Beim bionischen Design der robusten und wartungsfreien "igubal"-Gehäuselager orientieren sich die Kölner Konstrukteure an einer Baumkerbe.

Foto: igus

Oft ist die Natur das beste Vorbild: Die Form der neuen „igubal“-Stehgehäuselager von igus orientiert sich an den Designprinzipien eines Baumes. Abgeflachte Radien sorgen für maximale Festigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Durch diese bionische Form sind die Gehäuse mit ihren schmier- und wartungsfreien Hochleistungskunststoffen eine echte Alternative zu klassischen Gussgehäuselagern.

Viele Anwendungen – harte Einsatzbedingungen

Ob in Umlenkrollen von Förderbändern in der Zementfabrik oder in Kippvorrichtungen von Anhängern auf dem Acker: Gussgehäuselager mit Kugellagern aus Metall stoßen in staubigen, nassen und schmutzigen Umgebungen schnell an Grenzen. Verschmutzungen und mangelnde Schmierung sind für 80 Prozent der vorzeitigen Lagerausfälle verantwortlich. Hinzu kommt ständige Korrosionsgefahr – dies sind Gründe genug, die Kugellager gegen schmiermittelfreie Lagereinsätze aus Hochleistungskunststoff auszutauschen.

Damit die polymeren Stehgehäuselager in industriellen Anwendungen ausreichend robust sind, verfolgen die Ingenieure in Köln zwei Strategien: Zum einen arbeiten sie mit Fasern und Füllstoffen, die den igubal-Kunststoff soweit verstärken, dass er auch bei Dauerbelastungen mit hohen Flächenpressungen und Kantenbeanspruchungen standhalten kann. Zum anderen orientieren sich die Entwickler an einem Vorbild aus der Natur: der Baumkerbe.

Ausrundung sorgt für gleichmäßige Spannungsverteilung

Die Baumkerbe ist eine Verbindung, die zwischen den Ästen und dem Stamm zu finden ist – oder auch dort, wo der Baum fest im Boden verankert ist. Sie gilt als besonders effizient und robust. Die Konstrukteure haben die Form der Gehäusekerben optimiert und auf konstante Radien verzichtet, um die Spannung gleichmäßiger zu verteilen. Die Lager werden somit hoch belastbar. Dank ihrer chemischen Beständigkeit, Korrosionsfreiheit und Schmutz-Unempfindlichkeit erzielen die Lagereinsätze aus dem Tribopolymer „iglidur J“ bereits in zahlreichen Kundenanwendungen eine deutlich höhere Lebensdauer als die zuvor eingesetzten metallischen Lager. Zudem reduziert der Verzicht auf Schmiermittel den Wartungs- und Reinigungsaufwand und trägt zum Umweltschutz bei.

Die neuen Stehgehäuse- und Flanschlager sind nicht die einzigen Produkte, um die das Sortiment erweitert wurde. Neu im Programm sind drei Lagereinsätze aus Hochleistungskunststoff für den Inch-Markt. Zudem dürfen Interessenten des FDA-konformen Gleitlagers „iglidur A350“ zukünftig mit einem um rund 50 Prozent reduzierten Preis rechnen. Denn das Lager wird nicht mehr ausschließlich im Drehverfahren aus Halbzeugen hergestellt, sondern künftig auch im kostengünstigeren Spritzgussverfahren.

Metall raus, Kunststoff rein für neue Tribo-Gleitlager

Doch die Gehäuselager sind nur eines von mehreren Beispielen für Durchbruchsinnovationen aus Köln: iglidur-Polymere machen auch Lagerstellen an Bau- und Agrarmaschinen unkompliziert schmier- und wartungsfrei. Das Angebot an derartigen Tribopolymer-Gleitlagern für Anwendungen mit besonderen Lasten wurde kürzlich erweitert: Neu im Programm sind die Werkstoffe „iglidur M210“ und „M260“. Sie ermöglichen einen schnellen Umstieg von dickwandigen Metalllagern zu Kunststofflagern ohne konstruktionstechnische Anpassungen. Der Vorteil eines Wechsels ist, dass die Lagerstellen nicht mehr geschmiert werden müssen und nahezu wartungsfrei sind. Gerade in rauen Umgebungen ist dies ein deutlicher Zeit- und Kostenvorteil, beispielsweise im täglichen Betrieb von Bau-, Agrar- und Kommunalmaschinen.

Mit zwei neuen "iglidur"-Hochleistungskunststoffen für den mittleren Lastbereich machen Anwender Lagerstellen an ihren Bau-, Agrar- oder Kommunalfahrzeugen schmier- und wartungsfrei.

Foto: igus

Die neuen Polymergleitlager mit Wanddicken bis zu 5 mm und Innendurchmessern von 20 bis 60 Millimetern eignen sie sich vor allem für Anwendungen mit Schwenkbewegungen im mittleren Lastbereich ab 20 N/mm2. Ein schneller Austausch dickwandiger Metallbuchsen ohne konstruktionstechnische Anpassungen ist oftmals erwünscht – etwa für Baumaschinen, Agrarmaschinen und Kommunalfahrzeuge, die täglich rauen Umgebungsbedingungen standhalten müssen. Die Werkstoffe unterscheiden sich nur geringfügig, spielen dann aber ihre unterschiedlichen Stärken im Zusammenspiel mit verschiedenen Wellen aus. So erreicht die Variante M260 beispielsweise besonders gute Verschleißergebnisse in Kombination mit Wellen aus St37-Stahl.

Weniger Wartungsaufwand, robust und leicht zugleich

Der Umstieg von Metall- auf Polymerlager bedeutet besonders bei Maschinen und Fahrzeugen mit vielen Lagerstellen eine signifikante Kosten- und Zeitersparnis, weil keine Schmierung mehr erforderlich ist – die Tribopolymer-Lager schmieren sich selbstständig. Dafür sorgen Festschmierstoffe, die einen reibungsarmen Trockenlauf möglich machen. Das reduziert den Reinigungsaufwand deutlich. Zudem leisten die Anwender der modernen Technologie einen Beitrag zum Umweltschutz, da keine Schmiermittel in die Umwelt gelangen können. Darüber hinaus sinkt der Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen, da die Kunststofflager um ein Vielfaches leichter sind als Metalllager.

Um eine ausreichende Robustheit der Gleitlager zu garantieren, arbeiten die Materialexperten von igus mit Fasern und Füllstoffen. Diese Bestandteile verstärken die Werkstoffe, sodass sie auch bei Dauerbelastungen mit hohen Flächenpressungen von bis zu 40 Mega-Pascal und Kantenbelastungen standhalten. Und dies sogar bei Extremtemperaturen zwischen –100 und+140 Grad Celsius. Tests im hauseigenen Kölner Labor beweisen, dass die Polymerlager in schwenkenden Bewegungen bei mittleren Lasten auch nach mehreren tausend Zyklen kaum sichtbaren Verschleiß aufweisen. „Dafür kommt zusätzlich der Frontladerprüfstand auf dem Außengelände zum Einsatz. Denn neben den Standardversuchen sind Anwendungstests in der Werkstoff-Entwicklung enorm wichtig“, sagt Stefan Loockmann-Rittich, Leiter des Geschäftsbereichs iglidur-Gleitlager bei igus. Alle Testergebnisse fließen dann auch in den „iglidur-Onlineexperten“ ein, der eine zusätzliche Sicherheit bietet: Die Lebensdauer von M210 und M260 lässt sich damit unter spezifischen Vorgaben genau berechnen.

Neuheit für den 3D-Druck chemikalienbeständiger Tribo-Bauteile

Ab sofort lassen sich chemikalienbeständige, schmierfreie Tribopolymer-Bauteile auch im Selektiven Lasersintern (SLS) fertigen. Möglich macht diesen Evolutionsschritt ein neues Druckmaterial für SLS-Drucker: „iglidur I10“ ist resistent gegen Säuren, Basen, Alkohole sowie Fette und eignet sich daher unter anderem für den Einsatz in Anlagen der Galvanik- und Lebensmittelindustrie. Das neue SLS-Druckmaterial zeichnet sich auch durch geringe Feuchtigkeitsaufnahme, hohe Zähigkeit und hohe Duktilität aus. Somit ist es ein ideales Material für gewichtssparende industrielle Funktionsbauteile mit elastischen Eigenschaften.

Das neue 3D-Druck-Material ist auch für Anwendungen in der Verpackungs- und Lebensmittelindustrie interessant, denn es ist nach den Vorgaben der US-amerikanischen Lebensmittelüberwachungsbehörde FDA zertifiziert.

Foto: igus

Anwendungen für das neue Druckmaterial gibt es zahlreiche. In der Galvanikindustrie müssen 3D-gedruckte Bauteile, die sich in elektrolytischen Bädern für Beschichtungsprozesse befinden, resistent gegen Säuren sein. Ansonsten drohen Defekte und schlimmstenfalls Anlagenausfälle. „Das neue Material ist aber auch für Anwendungen in der Verpackungs- und Lebensmittelindustrie interessant“, sagt Tom Krause, Leiter Geschäftsbereich Additive Fertigung bei igus. „Denn als einer der wenigen Hersteller haben wir es nach den Vorgaben der US-amerikanischen Lebensmittelüberwachungsbehörde FDA zertifizieren lassen.“ Der Werkstoff entspricht zudem der EU-Verordnung 10/2011, die eine Unbedenklichkeit des Kunststoffes im Kontakt mit Lebensmitteln bescheinigt.

Das neue Material wird auch im hauseigenen 3D-Druck-Service angeboten. Der 3D-Druck hat den Vorteil, dass er ohne Werkzeuge auskommt und somit gerade bei Prototypen und Kleinserien deutlich günstiger und schneller ist als klassische Verfahren wie der Spritzguss. So hält der Kunde in der Regel fünf Tage nach dem Auftragseingang in Köln das fertige Bauteil in den Händen.

Erfolgreich mit Kunststoff-Expertise

igus entwickelt und produziert „motion plastics“ und gilt bei Energiezuführungen, hochflexiblen Kabeln, Gleit- und Linearlagern sowie der Gewindetechnik aus Tribopolymeren weltweit als Marktführer. Das Familienunternehmen mit Sitz in Köln ist in 35 Ländern vertreten und beschäftigt weltweit über 4.500 Mitarbeiter. 2020 wurde ein Umsatz von 727 Millionen Euro erwirtschaftet. 234.000 Artikel sind ab Lager lieferbar und die Lebensdauer ist online berechenbar. In den letzten Jahren expandierte das Unternehmen auch durch interne Start-ups, zum Beispiel für Kugellager, Robotergetriebe, 3D-Druck oder eine Plattform für „Lean Robotics“. Zu den wichtigsten Umweltinvestitionen zählen das „chainge“ Programm – das Recycling von gebrauchten „e-ketten“ – und die Beteiligung an einer Firma, die aus Plastikmüll wieder Öl gewinnt.

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Von igus / Birgit Etmanski

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