Wo Kugellager aus Metall an ihre Grenzen kommen: Die Chance für das Pendant aus Kunststoff?

Patrick Czaja | 6. Mai 2020



Kugellager aus Metall sind nicht mehr aus dem Maschinen- und Anlagenbau wegzudenken. Es gibt Branchen, in denen die herkömmlichen Kugellager aus Metall jedoch an ihre Grenzen stoßen, wie beispielsweise der Lebensmittelindustrie und Medizintechnik. Dort spielt der Faktor Hygiene eine tragende Rolle, wodurch Schmiermittel sich als No-Go darstellen. An dieser Stelle treten Kugellager aus Kunststoff ins Rampenlicht, die der Kölner motion plastics Spezialist igus mithilfe seiner Hochleistungskunststoffe fertigt. Sie sind absolut schmiermittelfrei und stellen kein Hygienerisiko dar.



Die Kugellager-Evolution

Seit 1869, als der Franzose Jules Suriray das Kugellager erfand, ist klar, welche Anforderungen ein Wälzlager erfüllen sollte. Im Laufe der Zeit änderten sich diese jedoch stets. Primär waren die Lager dazu bestimmt Achsen und Wellen zu fixieren, radiale oder axiale Lasten aufzunehmen und reibungsarme Rotationen eines gelagerten Bauteils, wie beispielsweise eines Rads, zu ermöglichen. Bei Rädern setzte man in frühester Zeit auf Gleitreibung, was bedeutet, dass das Rad direkt auf der Welle lief. Diese Art der Reibung resultierte in hohen Reibwerten, starker Hitzeentwicklung bis hin zum Verschleiß. Fortan setzte sich das Prinzip der Rollreibung durch, wodurch sich das Rad durch das Kugellager, bestehend aus einem fixierten Metall-Innenring, einem Metall-Außenring und im Zwischenraum befindlichen Wälzkörpern in Form vom geschmierten Metallkugeln bewegte. Die Metallkugeln wurden durch einen Käfig gleichmäßig voneinander getrennt.

Schaut man in Motoren oder Turbinen, so sind Kugellager im Maschinenbau überall zu finden und nicht mehr wegzudenken. Als primäre Lösung gilt das Kugellager aus Metall jedoch nicht, da Kugellager heute in Anwendungen aus der Industrie zusätzlichen Anforderungen gerecht werden müssen. In vielen Branchen gilt beispielsweise die Schmierung von Kugellagern als enormes Hygienerisiko, sodass Betreiber von Verpackungsanlagen oder Anwender der Medizintechnik auf Alternativen zurückgreifen müssen, die einen technischen Vorteil mit sich bringen. Mit einem „Kosten-runter-und-Technik-rauf-Versprechen“ sorgt igus bereits seit Jahren für tolle Erfolge innerhalb der Industrie.

Sie wollen wissen, in welchen Anwendungen xiros Kugellager aus Kunststoff eingesetzt werden? Dann schauen Sie doch einfach mal hier vorbei: https://blog.igus.de/wo-werden-kugellager-eingesetzt/



Technische Vorteile durch xiros Kunststoff-Kugellager

Vorteile von xiros® Kugellagern gegenüber Kugellagern aus Metall

Neben der Tatsache, dass xiros Kunststoff-Kugellager korrosionsfrei und hitzebeständig sind, sind diese auch in chemischen Umgebungen einsetzbar. Die Wartungskosten der Anlagen und Maschinen können eingespart und die Ausfallsicherheit erhöht werden. Die Kugellager aus Kunststoff zeichnen sich nämlich durch einen reibungsarmen Trockenlauf aus, wodurch xiros Kugellager auch ohne jeglichen Tropfen Schmiemittel auskommen. Dadurch lässt sich der Rollwiderstand auf ein Minimum reduzieren. Der Grund: die Kugeln müssen nicht den Widerstand des Schmiermittels überwinden, sodass sie mit geringem Losbrechmoment anlaufen können.

Oliver Kreutz, Produktmanager für xiros Kugellager aus Kunststoff, über Kugellager aus Metall und Kunststoff-Kugellager:

„Um annähernd vergleichbare Laufeigenschaften zu garantieren, benötigen Kugellager aus Metall hingegen mehr Zuwendung vom Anwender. Ohne eine zeitaufwendige Schmierung, die zudem Materialkosten verursacht, rosten die Lager, verformen sich in der Folgezeit wegen der hohen Reibkräfte, verursachen schlimmstenfalls einen Anlagenausfall. Diese Probleme verhindern Ingenieure, wenn sie Kugellager aus Kunststoff nutzen.“

Aber auch Kunststoff-Kugellager können an ihre Grenzen kommen. Beispielsweise sind Drehzahlen jenseits der 5.000 Umdrehungen pro Minute nur kurzweilig zu realisieren, da Kunststoffe sich bei den höheren Drehzahlen und der resultierenden Hitzeentwicklung schneller verformen als Metalle. Lager aus Metall haben in puncto höherer Geschwindigkeiten und dem Aufnehmen höherer Lasten hingegen die Nase vorn. Hier punktet die metallische Variante aufgrund einer Kombination aus Härte und Elastizität.



135 Billionen Testbewegungen im hauseigenen Testlabor

Das igus® Testlabor

Ja, Kugellager aus Metall liegen in diesen Disziplinen vorne, jedoch erlaubt die Evolution der Kugellagertechnik ein neues Mischen der Karten. Was ist damit genau gemeint? igus betreibt seit jeher Grundlagenforschung und ein Testlabor, welches jährlich rund 135 Billionen Testzyklen aufweist. Hierbei stehen neben Untersuchungen von Reibwerten und Verschleißraten beispielsweise auch das Korrosionsverhalten auf der Agenda. In einem Korrosionstest standen sich ein metallisches 2-Loch-Flanschlager und sein Pendant aus Kunststoff von igus gegenüber.

Wie sich die beiden Kugellager in einem 80° C heißen Meersalzwasser-Bad schlugen, erfahren Sie hier: https://blog.igus.de/kugellager-unter-wasser-im-test/

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