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Maßgeschneiderte Compounds als Basis für Gleitprofile und -elemente

17.03.2009
Besser als Metalle können Kunststoffe spezifischen Bauteilanforderungen angepasst werden. Ein Ergebnis dieses Anpassungsprozesses sind maßgeschneiderte Kunststoff-Compounds mit eingebundenen Festschmierstoffen für Gleitprofile und -elemente. Diese Compounds müssen immer häufiger weitere spezifische Eigenschaften haben. Der Trend bei gleitfähigen Halbzeugen und Bauteilen heißt Multifunktionalität.

Mit der Maschinenleistung steigen die Anforderungen an die Komponenten. Daher werden von Gleitprofilen nicht nur immer bessere Trockenlaufeigenschaften verlangt, sondern auch zunehmend engere Maßtoleranzen und höhere Festigkeitswerte.

Polyurethan-Gleitführung schägt Polyethylen

Ein Beispiel dafür ist eine Gleitführung des österreichischen Profilherstellers Faigle, Hard, für Flachriemen aus Polyurethan. Sie wird seit kurzem in Riemenförderern für Behälter verbaut und hat einen ähnlich niedrigen Reibbeiwert wie Polyethylenprofile, hält jedoch einer erheblich höheren Druckbelastung stand.

Mit Gleitprofilen aus Kunststoffen ist das möglich. Die Basis dafür wird beim Compoundieren gelegt. Ziel ist die anwendungsspezifische Funktionalisierung. So punkten Kunststoffe der Faigle-Reihe PAS mit inkorporierten Trockenschmierstoffen.

Das Ergebnis sind Gleitprofile mit:

-niedrigem Reibwert,

-hoher Verschleißfestigkeit,

-Trockenlauffähigkeit,

-guten Notlaufeigenschaften,

-niedrigen Geräuschemissionen und

-ohne Korrosionsgefahr.

Diese Eigenschaften sind im Maschinen- und Anlagenbau sehr gefragt.

Mehr Antriebsleistung bei Anstieg der Reibung

Überall dort, wo zwei Flächen gegeneinander gleiten, gibt es Reibung und Verschleiß. Von konstruktiv beabsichtigten Hemm- und Bremswirkungen abgesehen, wirken sich Reibung und Verschleiß jedoch meist nachteilig auf die erwünschten Funktionen aus. So erfordert eine höhere Reibung einen höheren Kraftaufwand.

Das heißt: Der Maschinenantrieb muss für die gleiche Bewegung bei erhöhter Reibung mehr leisten. Dieser Mehraufwand geht fast gänzlich als Reibungswärme verloren. Das geht meist mit einem erhöhten Verschleiß einher, der die Profillebensdauer massiv verkürzt.

Reibung und Verschleiß in Wechselwirkung

Reibung und Verschleiß treten in der Regel in stofflicher und energetischer Wechselwirkung auf. Sie verstärken dabei gegenseitig ihre nachteiligen Auswirkungen, zu denen auch Deformationen, Bauteilbrüche, Gefügeumwandlungen und chemische Veränderungen in den beiden Gleitpartnern sowie eine hohe Geräuschentwicklung gehören.

Es liegt also auf der Hand, dass der Konstrukteur effektive Wege sucht, diese Nachteile möglichst zu vermeiden. Gemäß dem Reibungsgesetz ist die Reibungskraft das Produkt aus der auf die Gleitfläche wirkenden Belastung und der Gleitreibungszahl.

Diese Gleitreibungszahl wird beim Compoundieren auf einen niedrigen Reibungskoeffizienten „eingestellt“. So haben die Gleitprofilcompounds PAS-LX, PAS-LXY, PAS-80X und IGOPAS-C6/100X von Faigle einen Reibungskoeffizienten von 0,15 bis 0,25. Diese niedrigen Werte sichern dem Konstrukteur Vorteile wie äußerst hohe Verschleißfestigkeit und somit Wartungsarmut.

Funktionelle Anpassung beginnt beim Compoundieren

Außerdem lassen sie sich dort, wo es konstruktiv zweckmäßig ist, durch Einlauf- oder Mangelschmierung mit beliebigen Schmierstoffen noch weiter reduzieren. Die funktionelle Anpassung von Gleitprofilen beginnt daher schon beim Compoundieren des Kunststoffs – und setzt sich bei der Herstellung der Halbzeuge fort.

So hat Faigle ein breites Spektrum an Halbzeugen aus gleitfreudigen Kunststoffen auf Lager, unter anderem in Form von 3 m langen Rundstäben mit Durchmessern von 10 bis 300 mm, von Flachstäben und Platten mit Dicken von 6 bis 100 mm sowie von Hohlstäben, dessen Abmessungen von 22 mm Außendurchmesser und 14 mm Wanddicke bis 330 mm Außendurchmesser und 60 mm Wanddicke reichen.

Des Weiteren steht eine große Auswahl unterschiedlicher Profilquerschnitte zur Verfügung, zum Beispiel L-, Z-, U-, T-, C- und Wulstprofile aus dem Kunststoffcompound PAS-PE10. Sonderprofilformen werden unter anderem für die verschleißarme Führung von Rollen-, Rundglieder- und Scharnierbandketten hergestellt. Sie kommen auch als Führungselemente bei Rund-, Flach- und Keilriemen zur Anwendung.

Montage auf Stahlprofilen sorgt für nötige Steifigkeit

Damit die Gleitprofile die nötige Steifigkeit erhalten, werden sie in der Regel auf Stahlprofilen montiert. Eine Reihe von Führungen wird dazu schon ab Werk mit den passenden Stahlprofilen geliefert, so dass die Endmontage beim Kunden unkompliziert ist.

Extrudierte Profilformen nach Kundenspezifikation sind möglich. Das ist zum Beispiel bei der Gleitführung für Riemenförderer geschehen.

Solche Führungselemente können schon bei vergleichsweise kleinen Losgrößen hergestellt werden. Kurzfristig verfügbar sind jedoch nicht nur Halbzeuge und Profile, sondern auch Bauelemente wie Gleitsegmente, Kettenspanner und Kompakt-Kurvenführungen für Scharnierbandketten.

Kleinere Losgrößen werden spanend hergestellt

Insbesondere bei kleineren Losgrößen bieten sich die Herstellung aus Halbzeugen durch spanende Bearbeitung an. Damit können Profile mit engen Fertigungstoleranzen auf konventionellen Metall- und Holzbearbeitungsmaschinen wirtschaftlich in die gewünschte Form gebracht werden.

So lassen sich Stäbe im Centerless-Schleifverfahren bearbeiten. Das Ergebnis ist eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität.

Bei Faigle werden auch Platten auf Maß geschnitten. In einem weiteren Arbeitsgang können sie durch Hobeln in der Dicke bearbeitet werden. Auch Kehlen ist möglich.

Dadurch erhalten die Plattenzuschnitte unterschiedliche Profilierungen. Wie bei jeder spanenden Bearbeitung sind dazu scharfe Zerspanwerkzeuge, eine gute Wärmeabführung aus der Schnittzone sowie eine problemlose Späneabfuhr erforderlich.

Temperierung bei der Zerspanung erhöht Genauigkeit

Um trotz asymmetrischer Zerspanung und großem Abtragsvolumen enge Maßtoleranzen zu erreichen, empfiehlt sich eine Temperung zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten. Hygroskopische (wasseraufnehmende) Polyamide wie PAS-80X und IGOPAS-C6/100X verlangen jedoch größere Bearbeitungstoleranzen.

Das gilt auch für die Kunststoffe PAS PE und PAS PTFE. Bei diesen Werkstoffen liegt allerdings der Grund für die höheren Toleranzen in einer großen spezifischen Wärmeausdehnung.

Vorteilhafte Eigenschaften zur vollen Wirkung bringen

Damit der Profilanwender die vorteilhaften Eigenschaften von Gleitkunststoffen langfristig in vollem Ausmaß nutzen kann, empfiehlt es sich, einige konstruktive Vorkehrungen zu beachten. So sind Kunststoffe schlechte Wärmeleiter.

Aus diesem Grund ist eine entsprechende Kühlung oder wirksame Wärmeabführung während der Zerspanung erforderlich. Deformationen und Maßungenauigkeiten durch zu hohe Spannkräfte sind zu vermeiden.

Ist das nicht möglich, kann unter Umständen ein mit dem Kunststoffprofil formschlüssiges Stahlprofil oder die Installation auf einer entsprechend steifen Montagebasis die erforderliche Stabilität bieten. So ist die Gleitführung für Polyurethan-Flachriemen auf das Trägerprofil eines Riemenförderers für Behälter aufschnappbar. Das erleichtert die Montage und die Wartung.

Gleitmodifizierte Kunststoffe lassen sich auch spritzgießen

Darüber hinaus lassen sich gleitmodifizierte Kunststoffe im Spritzgießverfahren verarbeiten. So können aus den Compounds PAS 80X, PAS LX und PAS LXY von Faigle Bauteile mit Gleiteigenschaften in größeren Stückzahlen hergestellt werden.

Für außergewöhnliche Bauteilanforderungen stehen spezielle Compounds zur Verfügung. Mit anderen polymeren Sonderwerkstoffen lassen sich zusätzlich zur Reibungsarmut und Verschleißfestigkeit weitere anwendungsspezifische Bauteileigenschaften erreichen.

So ist für viele Anwendungen eine elektrische Leitfähigkeit oder Ableitung statischer Aufladungen notwendig. Auch brandhemmendes Verhalten, erhöhte Temperaturbeständigkeit und Druckfestigkeit sind zunehmend verlangte Eigenschaften.

Bei der Gleitführung für Riemenförderer ermöglicht zum Beispiel die gestiegene Druckfestigkeit eine Erhöhung des Behältergewichts und der Transportgeschwindigkeit. Das Führungselement wird als Profil aus dem schwarzen Kunststoff PAS 80X extrudiert. Bei zusätzlichen antistatischen Ansprüchen kommt ein Sonder-Compound zur Anwendung.

Werner Nagel ist im technischen Außendienst bei der Faigle Kunststoffe GmbH in A-6971 Hard verantwortlich für den Bereich technischer Verkauf Components Deutschland.

Werner Nagel | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/konstruktion/werkstoffe/articles/175059/

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