Temperatur Gewindemuttern

Zoe Moser | 23. April 2021

Gewindemuttern aus Kunststoff und der Einfluss der Temperatur

Ein kurzer Exkurs was Kunststoffe im Allgemeinen sind

Unter Kunststoffen verstehen wir sehr lange Ketten, die aus kleinen Bausteinen (= den Monomeren) bestehen. Um einen Kunststoff aus einer Vielzahl an Polymeren aufzubauen, gibt es im Wesentlichen drei Herstellungsverfahren: Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation.

Dabei können die Monomere selbst lineare oder verzweigte Moleküle sein, so dass in einem Polymer die einzelnen Strukturteile vernetzt oder unvernetzt vorliegen können. Je nach Verzweigungsgrad des Polymers unterscheidet man Thermoplasten und Duroplasten. Allerdings gibt es zwischen den beiden Vernetzungsgraden noch einen weiteren Vernetzungszustand. Er zeigt nur wenig Vernetzungspunkte und solche Polymere werden als Elastomere bezeichnet. Die Struktur des Polymers hat damit erhebliche Auswirkung auf das Temperaturverhalten des Kunststoffs.

Dementsprechend spielt die Auswahl des richtigen Gewindemuttermaterials eine große Rolle. Auch kurzzeitige Temperaturunterschiede, wie z.B. durch die intensive Reinigung mit Heißdampf, sollten bei der Materialauswahl beachtet werden.

So können bereits kleine Änderungen der Temperatur zu deutlichen Änderungen der mechanischen Eigenschaften führen. Wie bei anderen Materialstoffklassen auch, kann man feste Stoffe danach einteilen, ob sie beim Erwärmen formbar werden oder nicht. Dies hängt in der Regel an der Verbindung der einzelnen Atome bzw. Atomgruppen (Primärbindung) und der “Verknüpfung” einzelner Polymerketten zu einem sogenannten Makromolekül. Beim Erwärmen des Materials können Sekundärbindungen überwunden werden, wodurch es verformbar wird. Primärbindungen können durch Erwärmen lediglich irreversibel zerstört werden, in diesem Fall würde sich das Material beim Erhitzen zersetzen.

Und was genau sind Thermoplaste?

Thermoplaste sind Polymere, die aus langen linearen oder leicht verzweigten Polymerketten bestehen. Die einzelnen Polymerketten sind durch Van-der-Waals-Kräfte oder Wasserstoffbrücken “verknüpft”. Durch die Zuführung von Energie, meist in Form von Wärme oder Friktion können diese formbar gemacht werden (Überwindung der Sekundärbindung). Somit können sie durch verschiedene Ur- und Umformverfahren in die gewünschte Form gebracht werden. Nachdem das jeweilige Bauteil wieder abgekühlt ist, behält es seine Form bei. Grundsätzlich ist dieser Prozess in der Regel reversibel.

Bis zu welcher Temperatur kann ich die igus® Gewindemuttern dann einsetzen?

igus bietet Kunststoffgewindemuttern an, die auch bei höheren Anwendungstemperaturen funktionieren. Zum Beispiel können Gewindemuttern, die aus dem Hochleistungspolymer iglidur® J350 gefertigt sind, Langzeit in Temperaturbereichen bis zu +150° C eingesetzt werden.

Aber nicht nur bei hohen, sondern auch bei niedrigen Temperaturen müssen die Gewindemuttern einsetzbar sein. Unsere dryspin Gewindemuttermaterialien sind für Anwendungen in unteren Temperaturbereichen bis zu -20 °C im Standard ausgelegt. Bei Temperaturen unterhalb oder mit einer hohen Temperaturspanne ist immer eine detaillierte Analyse der Anwendung erforderlich. Kommen Sie diesbezüglich einfach auf uns zu.

Die dryspin Gewindetechnik bietet Gewindemuttern aus 6 verschiedenen Standardmaterialien an. Jedes Material hat seine eigenen optimalen Anwendungsfälle. Als Allrounder sind unsere Gewindemuttern aus iglidur® J für fast jede Anwendung denkbar. Doch ist auch dieses Material in der Anwendung befindlichen Temperatur beschränkt. Zur besseren Übersicht haben wir die Unterschiede der einzelnen Standardmaterialien für Gewindemuttern tabellarisch zusammengefasst:

	Einheit		iglidur® J	iglidur® J350	iglidur® R	iglidur® A180	iglidur® E7	iglidur® J200
Obere langzeitige Anwendungstemperatur	[°C]		+ 90	+150	+ 90	+ 90	+ 70	+ 90
Obere kurzzeitige Anwendungstemperatur	[°C]		+ 120	+ 150	+ 90	+ 90	+ 70	+ 90
Untere Anwendungstemerpatur	[°C]		– 20	– 20	– 20	– 20	– 20	– 20

Sollte ihre Anwendungstemperatur oberhalb dieser Limits liegen oder Sie Hilfe bei der Auswahl des Materials benötigen, sprechen Sie uns einfach an. Wir prüfen Ihre Anwendung individuell für Sie.

Wie wird die Anwendungstemperatur definiert?

Die untere Anwendungstemperatur ist die Temperatur, unterhalb der das Material so steif und hart wird, dass es für normale Anwendungen zu spröde ist. Die obere, dauernde Anwendungstemperatur ist die Temperatur, die das Material über einen längeren Zeitraum erträgt, ohne dass sich die Eigenschaften erheblich verändern.

Die obere, kurzzeitige Anwendungstemperatur ist die Temperatur, oberhalb der das Material so weich wird, dass es nur noch sehr geringen äußeren Belastungen standhält. Unter „kurzzeitig“ ist in diesem Zusammenhang ein Zeitraum von wenigen Minuten zu verstehen.

Und wie wirkt sich die Temperatur auf das Axialspiel aus?

Neben dem durch die Fertigungstoleranzen verursachten Axialspiel sind auch die anwendungsspezifischen Einflüsse zu berücksichtigen. Das in der Anwendung zu berücksichtigende Mindestspiel muss neben thermischen und hygroskopischen Umwelteinflüssen auch die in der Anwendung entstehende Reibungswärme mit einbeziehen. Diese spielt eine entscheidende Rolle in Verbindung mit dem Ausdehnungsverhalten des verwendeten Kunststoffmaterials. Somit kann sich das im System vorliegende Axialspiel bei Temperaturschwankungen ändern.

Zudem kann es je nach Art der Anwendung auch sein, dass auch die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gewindemuttermaterials benötigt werden.

Die Stoffeigenschaft Wärmeleitfähigkeit bestimmt den Wärmestrom eines Materials auf Grund der Wärmeleitung. Das bedeutet, die Wärmeleitfähigkeit gibt an, wie sich ein Material zur Wärmedämmung eignet und wie gut es die Wärme leitet. Die Grundregel lautet: je niedriger die Wärmeleitfähigkeit, desto besser die Wärmedämmung. Als Einheit wird die Wärmeleitfähigkeit [W/m x K] angegeben. Unsere Gewindemuttermaterialien haben Wärmeleitfähigkeiten von 0,24 – 0,25 [W/m x K].

Der Materialkennwert Wärmeausdehnungskoeffizient, auch thermischer Ausdehnungskoeffizient genannt, beschreibt das Verhalten eines Stoffes, wenn sich Veränderungen in der Abmessung durch Temperaturunterschiede ergeben. Dieser Wert beschreibt direkt das Wärmeausdehnungsverhalten des Materials. Dieses ist abhängig vom verwendeten Material und erfolgt nicht in allen Temperaturbereichen gleichermaßen. Das bedeutet, der Wärmeausdehnungskoeffizient ist abhängig von der Temperatur und wird deshalb für eine bestimmte Bezugstemperatur angegeben. Wir geben den Wärmeausdehnungskoeffizienten bei +23° C an.

Auch für die Werte der Wärmeleitfähigkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten unserer Gewindemuttern haben wir für Sie eine Übersicht erstellt:

	Die Einheit		iglidur® J	iglidur® J350	iglidur® R	iglidur® A180	iglidur® E7	iglidur® J200
Wärmeleitfähigkeit	[W/m * K]		0,25	0,24	0,25	0,25	0,25	0,24
Wärmeausdehnungs- koeffizient bei + 23 °C	[K-1 * 10-5]		10	7	11	11	11	8

Wenn Sie Hilfe bei der richtigen Materialauswahl für Ihre Anwendung brauchen, helfen unsere Experten Ihnen sehr gerne weiter Einfach das Kontaktformular ausfüllen und wir melden uns in Kürze bei Ihnen. Für einen ersten Eindruck kann aber auch bereits folgende Abbildung helfen:

Unser Hochtemperaturmaterial sollte auch bei hohen Temperaturen zum Einsatz kommen. Andernfalls ist zu empfehlen ein Standardmaterial wie zum Beispiel iglidur J zu verwenden, da iglidur J350 lediglich bei entsprechenden Temperaturen seine wahre Performance entwickelt.

Sollten Sie schon wissen was Sie möchten, oder Sie einfach nur ein bisschen stöbern wollen, gelangen Sie hier in unseren Gewindetechnik Online-Shop oder auf unsere Informationsseite rund um die dryspin® Gewindetechnik.

Wo kann ich noch mehr über die dryspin Gewindetriebe erfahren?

Auf jede Art und Weise, die für den Kunden am angenehmsten ist. Wir haben viele Möglichkeiten, um bei einer Anwendung zu helfen oder einfach die Produkte zu präsentieren. Dies kann persönlich, virtuell oder per Telefon sein. Wir haben ein Team von Ingenieuren und lokalen Kollegen bei den Kunden vor Ort, die bei der Anwendung helfen und beraten. Gerne können auch verschiedene digitale Plattformen genutzt werden, um weitere Informationen über die dryspin Gewindetechnik zu erhalten. Von unseren bereits erwähnten Tools, wie dem Expertensystem oder dem Konfigurator für Gewindespindeln, über weitere Blogartikel und FAQs, bis hin zu unterschiedlichsten Youtube-Videos. Für uns geht nichts über den persönlichen Kontakt. Wenn also Unterstützung bei allem was mit Gewindetrieben zu tun hat benötigt wird, stehen wir zur Verfügung.