Ein Gespräch mit Jens Forster, Entwickler Iglidur Gleitlager beim Kölner Unternehmen Igus
Herr Forster, immer mehr Konstrukteure wollen auch in Hochlastanwendungen, etwa in Landmaschinen, von typischen Metalllagern auf schmierfreie Polymerlager umsteigen, um den Wartungsaufwand zu senken und die Maschinen attraktiver zu gestalten. Welchen Herausforderungen begegnen sie dabei?
Je nach Anwendung, zum Beispiel im Gelenk einer Baggerschaufel, können die mechanischen Anforderungen und Belastungen für Polymer-Gleitlager zu hoch sein, wenn diese aus nur einem Material gefertigt sind. Eine Alternative bieten dann wartungsfreie, gewickelte Kompositlager. Diese sind allerdings deutlich teurer und für viele Anwendungen überdimensioniert. Für dieses Dilemma haben wir bei igus nun eine Lösung entwickelt: Kunststoffgleitlager für Schwerlastanwendungen, die sich kostengünstig im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren herstellen lassen. Diese bieten fast dieselbe Performance wie gewickelte Kompositlager, liegen aber auf einem ähnlichen Preisniveau wie unsere Standard-Polymerlager. Der 2K-Spritzguss ist in anderen Branchen bereits weit verbreitet, etwa bei der Herstellung von Zahnbürsten. Bei Kunststoffgleitlagern hingegen ist unsere 2K-Fertigung bislang weltweit einzigartig.
Jens Forster, Entwickler Iglidur Gleitlager beim Kölner Unternehmen Igus
Wie funktioniert der 2K-Spritzguss konkret?
Die Spritzgussmaschine spritzt die erste Komponente in eine von unserem hauseigenen Werkzeugbau gefertigte Form ein. So entsteht die tribologisch optimierte Gleitschicht des Lagers, dem Gegenlaufpartner zur Welle. Anschließend folgt die zweite Komponente für den Mantel des Lagers. Zwischen beiden Phasen entsteht eine dauerhafte und formstabile Verbindung, die hohen Kräften und Temperaturschwankungen standhält. Auf diese Weise fertigen wir unter dem Markennamen iglidur Q3E ein Standardprogramm von Hochlastlagern mit Durchmessern zwischen 20 und 80 mm. In diesem Prozess können unterschiedliche Materialvarianten und Kombinationen verarbeitet werden, um den speziellen Anforderungen einer Anwendung gerecht zu werden. Aktuell bieten wir zwei Varianten an, zwischen denen jeweils mit Blick auf unterschiedliche Wellenqualitäten gewählt werden kann.
Welche Materialien verwenden Sie für Iglidur Q3E?
Wir setzen auf eine Kombination aus zwei eigenentwickelten Kunststoff-Compounds. Die Innenschicht besteht aus dem Hochleistungskunststoff iglidur Q3, der als Gegenlaufpartner zur Welle tribologisch optimiert ist. Das Material hat einen geringen Reibungskoeffizienten und weist gleichzeitig eine hohe Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Chemikalien auf. Eine weitere Besonderheit: Wir integrieren Festschmierstoffe, die einen reibungsarmen Trockenlauf ohne Schmieröl oder -fett ermöglichen. Das macht die Lager wartungsfrei, auch in schmutziger und feuchter Umgebung. Die Außenschicht hingegen besteht aus einem hochfesten Polymer. Sie bildet die tragende Struktur, die für die mechanische Festigkeit des Lagers sorgt.
Sie sprechen von Kostenvorteilen im Vergleich zum Wickeln. Wie kommen diese zustande?
Wickeln ist komplex. Fasern werden in einem Harzbad imprägniet und in mehreren Lagen aus verschiedenen Winkeln auf einen rotieren Dorn gewickelt. Danach muss der in diesem Prozess entstandene Rohling in einem speziellen Ofen aushärten, bevor das Lager durch mechanische Bearbeitung die gewünschte Form erhält. Der 2K-Spritzguss ist hingegen weniger komplex und kostengünstiger. Beide Komponenten werden mit kurzem Abstand in einem Werkzeug verarbeitet. Alle ökonomischen Vorteile des automatisierten Kunststoffspritzguss können genutzt werden, das Gleitlager ist nach dem Prozess fertig für den Versand. Eine weitere Bearbeitung ist nicht erforderlich. Wir haben es dadurch geschafft, 2K-Polymerlager für Heavy-Duty-Einsätze in Großserie zu fertigen und dabei die Kosten im Vergleich zu gewickelten Pendants um rund 50 Prozent zu reduzieren.
Wie hoch sind die Belastungen, die diese Lager aushalten können?
Wir haben die neuen 2K-Lager im hauseigenen Labor getestet. Dabei kam heraus, dass die Lager bei Lasten ab 45 MPa aufwärts bis zu 10-fach verschleißfester sind als Polymerlager, die aus nur einer Komponente gefertigt sind. Sie verkraften Flächenpressungen von bis zu 100 MPa, wohingegen Standard-Kunststoffe wie PA, POM oder PE im Dauerbetrieb nur zwischen 5 und 20 MPa aushalten. Die 2K-Lager bewegen sich also im Bereich von Metall- oder Keramiklagern, die allerdings deutlich wartungsintensiver und oftmals auch anfälliger sind. Die 2K-Lager sind somit bestens geeignet für den Einsatz in Baumaschinen, Landmaschinen oder in der Krantechnik, etwa in Hydraulikzylindern, Gelenken, Schwenkachsen und Führungen.
Gibt es auch Grenzen für die 2K-Lager?
Bereiche mit extremer Belastung jenseits der 180 MPa bleiben nach wie vor das Einsatzgebiet der gewickelten Polymerlager. Hier kommen zum Beispiel Wickellager aus dem Werkstoff igutex TX3 zum Einsatz, die eine statische Belastung von 400 MPa ermöglichen. Die neuen 2K-Lager hingegen schließen die Lücke zwischen Polymerlagern für Standard- und Extremanwendungen, sodass Konstrukteure überdimensionierte Lösungen zukünftig vermeiden können.
