Beseelt von Kunststoff

Schwerpunkt Gleit- und Wälzlager

Gleitlager – Kunststoffgleitlager sind bei Igus Rückgrat und Leidenschaft zugleich. Schon länger werden diese dort per 3D-Druck hergestellt – online konfigurierbar, mit konkreten Aussagen zur Lebensdauer. Aber es gibt so viel mehr zu erfahren.

24. Mai 2018

Die Welt der Gleitlager ist sehr vielfältig und durch zwei unterschiedliche Werkstoffe gekennzeichnet: Metall und Kunststoff. Beide haben ihren Platz, »aber wir sind getrieben von dem Wunsch, metallische Lager durch unsere aus Kunststoff zu ersetzen«, sagt Frank Blase, Geschäftsführer von Kunststoffspezialist Igus.

Die Historie der Kunststoffkomponenten bei Igus ist lang, schon seit 1964 entwickelt und produziert Igus bewegte Kunststoffteile für die Industrie – getreu dem Claim »Motion Plastics«. Damit konnte Igus 2017 einen Umsatz von 690 Millionen Euro erzielen, ein stolzes Plus von 17 Prozent zum Vorjahr. »Wir haben 2017 fast eine Milliarde Tribo-Polymer-Gleitlager produziert. Das Potenzial ist riesig.« Als Herausforderungen für die Zukunft sieht Frank Blase eine zunehmende Digitalisierung, schnelle Lieferung und vermehrt automatisierte Fertigung. »Wir müssen weiter erfinden und unseren Forschergeist bewahren.«

Schmier- und wartungsfreie Gleitlager aus Tribo-Polymeren sind schon lange ein Klassiker. Sie enthalten keine beweglichen Teile und benötigen nur wenig Bauraum. Gleitlager unterscheiden sich von Wälzlagern wesentlich durch das Prinzip der Bewegung: Es gibt keine sich abrollenden Wälzkörper im Inneren der Lager, stattdessen gleitet die Welle direkt im Innendurchmesser der Lager. Die Kraft wird gleichmäßig auf die Auflagefläche verteilt.

Sehr gute Eigenschaften

Durch die Auswahl der geeigneten Materialpaarung von Lager und Welle lassen sich die Reibwerte von Gleitlagern aus Hochleistungspolymeren äußerst positiv beeinflussen und ihre Lebensdauer verlängern. Kunststoffgleitlager arbeiten schmiermittelfrei und zeigen sich resistent gegen stoßartige Lasten und Vibrationen. Sie nehmen nur gering Feuchtigkeit auf und sind korrosionsfrei. Aufgrund ihrer organischen Natur widerstehen sie anorganischen Medien, Säuren, Laugen und Salzlösungen. Polymer-Gleitlager sind bis zu siebenmal leichter als baugleiche aus Metall und werden darum in vielen Branchen gesetzt.

Wissenschaftlicher kann diese Eigenschaften Kunststofftechniker und Tribologieexperte Tommy Urban erklären. »Die entscheidenden Faktoren dabei sind Reibung und Verschleiß. Und es geht immer um ein System aus Lager, Welle, Gehäuse, Schmierung und umgebendes Medium. Jede Änderung berührt das gesamte System, es gibt ein kompliziertes Zusammenspiel der Einflussfaktoren wie etwa der Rauheit des Wellenwerkstoffs. Gleitlager müssen Kräfte von der Welle ins Gehäuse übertragen können, die Welle führen, Reibwärme abführen, Umwelteinflüssen widerstehen können sowie Vorgaben und die gültigen Richtlinien erfüllen.«

Noch mehr spannende Fakten rund ums Thema Kunststoffgleitlager statt Metall weiß René Achnitz, Leiter Geschäftsbereich Iglidur Gleitlager: »Kunststoffgleitlager sind weiter auf dem Vormarsch und überall zu finden, etwa in Hydraulikzylindern, Baumaschinen oder Baggerschaufeln, Mähdreschern, Abfüllanlagen, Robotern, Exoskeletten sowie in 3D-Druckern.«

Kennzeichnend für die Gleitlager sei vor allem die sehr große Anwendungsvielfalt. »Hier gilt: zuhören, verstehen und Wissen teilen.«

Die Auswahl für die Kunden ist riesig: Igus bietet 17 Standardwerkstoffe in jeweils mindestens 113 Normabmessungen, insgesamt 51 Werkstoffe im Katalog sowie über 7.000 Typen ab Lager. Jeden Tag kommt mehr als ein kundenspezifisches Serienteil hinzu.

»Kunststoffgleitlager bewältigen hohe Lasten und Geschwindigkeiten, sind leicht, leise, korrosionsfrei, medien- und temperaturbeständig«, ergänzt René Achnitz. »Zudem sind sie umweltfreundlich: 10 Milliarden Tribo-Polymer-Gleitlager bedeuten 1.000 Tonnen weniger Schmierstoff. Die Akzeptanz ist gut, neue Generationen von Ingenieuren gehen selbstverständlicher mit Kunststoffgleitlagern um.«

Doch wie kommt der Anwender an das für ihn passende Lager? »Dazu haben wir verschiedene Fenster und Kanäle geschaffen«, sagt Tobias Vogel, Prokurist bei Igus und Leiter Gleitlager und Lineartechnik. »Die klassischen Methoden sind eine persönliche Beratung per Außendienst oder Telefon sowie Messen oder Hausmessen. Das ist nach wie vor wichtig, denn unsere Kunden wollen die Produkte spüren.« Aber Igus geht auch neue Wege. »In 2017 hatten wir zum Beispiel über 60.000 Anfragen über den Chat«, sagt Tobias Vogel. »Der Kunde bestimmt, welchen Kanal er nutzt. Dabei gilt es auch, sich gemeinsam an den richtigen Werkstoff heranzutasten.«

Das Zauberwort aber lautet derzeit »webbasiert«. Online-Konfiguratoren im Internet erleichtern die Auswahl und individuelle Erstellung von Kunststoffgleitlagern. »Wir sind beseelt von unseren Werkstoffen und der Konfiguration über das Internet. Der Kunde kommt schnell zu seinem Gleitlager aus Kunststoff, wenn er seins aus Metall ersetzen will. Wir garantieren schnelle Prozesse, eine sofortige Empfehlung, virtuelle Beratung und alles nahe an der Anwendung«, freut sich Frank Blase.

Und Igus ist noch einen Schritt weitergegangen, denn der Anwender kann mithilfe der Online-Tools zusätzlich die Lebensdauer seines genau zugeschnittenen Gleitlagers erfahren. Basis sind die Forschungs- und Prüfergebnisse von jährlich mehr als 10.000 Tests auf Verschleiß und Reibwert im branchengrößten Testlabor. In nur vier Schritten erfasst das Iglidur-Expertensystem die individuellen Anforderungen und stellt anschließend dem Nutzer eine umfangreiche Eignungs- und Lebensdaueranalyse aller Iglidur-Werkstoffe online zur Verfügung.

Auf einem höheren Level

Das gilt für Bauteile aus dem Spritzguss genauso wie für solche aus dem 3D-Druckservice. »Der sparsame Material- und Energieeinsatz sowie eine rasche und individuelle Fertigung eröffnen ein enormes Einsparungspotenzial«, sagt René Achnitz. Seit dem 3D-Druck befänden sich Kunststoffgleitlager auf einem noch höheren Level. »Die Additive Fertigung bietet eine nie da gewesene Freiheit in der Konstruktion bei gleichzeitiger Verschleißfestigkeit der verwendeten Bauteile. Um das zu erreichen, erforscht und entwickelt Igus neue 3D-Druck-Werkstoffe für bewegte Anwendungen.«

Igus hält über 7.000 unterschiedliche Iglidur Gleitlager-Typen aus Hochleistungskunststoffen auf Lager. Reicht das nicht aus, sorgt der Hersteller mit dem System Speedigus für die individuelle und schnelle Fertigung von Prototypen oder Sonderteilen in Kleinserien bis 500 Stück. Die Leistungen teilen sich auf in die Sparten Speedimold, Speedicut und Speedifit.

Bei Speedimold steht die Maßfertigung per Spritzguss im Vordergrund, entweder mit Formen aus dem 3D-Druck, also per print2mold, oder mit Werkzeugen aus Aluminium. Bei geringen Stückzahlen lassen sich mithilfe des additiven Fertigungsverfahrens die Kosten gegenüber Spritzgussformen aus Stahl auf diese Weise bis zu 80 Prozent senken. Durch die schnellere Herstellung der Formen spart der Anwender zusätzlich Zeit.

Noch schneller lassen sich präzise Sonderteile kostengünstig per spanabhebender Bearbeitung aus Iglidur-Halbzeugen mit Speedicut realisieren. Der Anwender bleibt sehr flexibel, da Änderungen an Bauteilen schnell und einfach umgesetzt werden können und das ohne aufwendige Anpassungen der Werkzeuge.

Er sendet einfach eine Vorlage mit der Angabe des gewünschten Werkstoffs und der Stückzahl online an Igus. Daraufhin erhält er innerhalb eines Werktages ein Angebot. Die Lieferung erfolgt in 24 Stunden bis maximal zehn Tagen nach Bestellung. Rund die Hälfte der Iglidur-Werkstoffe ist als Halbzeug in Form von Rundstäben, Platten und Rohren ab Lager für den Kunden verfügbar.

Mit Speedifit montiert Igus ganze Baugruppen und liefert diese einbaufertig als Komponente. Dabei gibt es keine Mindestbestellmenge. Standardlager oder auch individuelle Ausführungen werden in ein maßgeschneidertes Gehäuse montiert, auch mit dazugehöriger Welle. Der Kunde hat dabei nur eine Teilenummer, einen bestimmten Ansprechpartner und einen Preis. Das steigert seine Produktivität und verringert darüber hinaus auch die Kosten.

Nützlich in Zylindern

Gleitlager von Igus sind überall auf der Welt erfolgreich im Einsatz. Auch am Niederrhein, in Alpen, schwören gleich zwei Unternehmen auf die Produkte aus Köln. Einer davon ist IMI Precision Engineering aus der britischen Unternehmensgruppe IMI. »Unser Kernmarkt sind Pneumatikzylinder, sie sind in der Industrie, im ICE oder Automobilsektor zu finden«, sagt Werksleiter Torsten Norff. »Wir fertigen 70.000 Varianten mit Nenndurchmessern von 2,5 bis 500 Millimetern nach Lean-Grundsätzen und im One-Piece-Flow, mit Schwarmintelligenz und permanenter Dokumentation. So sichern wir unser Know-how und decken auch Aspekte von Industrie 4.0 ab.«

In den Zylindern von IMI Norgren bringt der Einsatz von Kunststoff als Gleit- oder Führungselemente laut Produktmanager Dietmar Grün zahlreiche Vorteile mit sich: »Die Reibung reduziert sich, die Laufruhe nimmt zu, der Stick-Slip-Effekt wird minimiert, der Betrieb läuft schmierstofffrei.« Generelles Ziel ist, Gewicht, Geometrien und Leistung zu optimieren. »Kunststoffbauteile sind aus der modernen Zylinderfertigung nicht mehr wegzudenken. Sie tragen dazu bei, die Effizienz zu steigern sowie Lebensdauer, Robustheit und Funktionsverfügbarkeit deutlich zu erhöhen – und das ohne Kompromisse bei der Performance.« Früher nur als klassisches Führungselement verwendet, sorgen die Gleitlager von Igus heute zudem für Toleranzausgleich und lassen sich besser montieren. Klassische Kunststoffe sind laut Grün nicht mehr zeitgemäß, Tribokunststoffe von Igus seien die bessere Lösung, vor allem in schmutzigen und staubreichen Umgebungen.

Iglidur-Gleitlager finden sich aktuell in zwei Baureihen. Bei der Entwicklung der kolbenstangenlosen Lintra-Serie 146000 zum Beispiel ließen sich dank der fast unbegrenzten Freiheiten bei der Formgebung Kunststoffabdeckbänder realisieren, die die geschlitzten Profile hochgradig staubdicht machen. Iglidur-J-Gleitlager als Niederhalterrollen erzielten zudem verbesserte Haft- und Gleitreibungswerte. Der Anteil der verwendeten Kunststoffbauteile in dieser Baureihe beträgt bis zu 60 Prozent.

Bei den Isoline-Zylindern von IMI Norgren wird vor allem beim Kolben und den Kolbenstangenlagern auf Kunststoff gesetzt. Neben Gewichtsersparnis und gesteigerter Leistung trägt der Einsatz von Kunststoff zu effizienteren Montageprozessen bei. Funktionen anderer Teile lassen sich mit im Kunststoff abbilden, komplexe Geometrien leicht umsetzen. Dietmar Grün ergänzt: »Durch die speziell entwickelten Gleitlager in unverwechselbarer Farbgebung erhöhen wir das Poka-Joke-Prinzip in der Montage. Sie eignen sich für hohe Temperaturen über 80 Grad Celsius.«

Heftig gefordert

Gleich in der Nachbarschaft zu IMI Precision Engineering erstreckt sich das riesige Werksgelände von Lemken, einem der großen Hersteller für landwirtschaftliche Anbaugeräte. Deren Arbeit auf dem Feld ist hart. Darum besitzen zum Beispiel Grubber wartungsfreie Überlastelemente, wodurch die Zinken bei extremer Beanspruchung automatisch nach hinten und oben ausweichen und danach wieder zurückgeführt werden. Wartungsfrei werden sie durch den Einsatz von schmierfreien Iglidur-Kunststoffgleitlagern.

»Mangelschmierung war früher ein echtes Problem«, erklärt Lars Heier, Leiter Produktmanagement bei Lemken. »Mit metallischen Lösungen mussten die Lagerstellen hier regelmäßig abgeschmiert werden, das bedeutet bis zu eine Stunde Arbeit pro Tag.« Bei den Hochleistungswerkstoffen von Igus kann eine nachträgliche Schmierung komplett entfallen, zudem halten die Gleitlager problemlos den hohen Kräften im Überlastelement stand. »Dank Igus konnten wir 96 Schmiernippel durch Gleitlager ersetzen und eine Lebensdauerverfügbarkeit garantieren.«

Auch im neuen, preisgekrönten Einzelkornsägerät Azurit 9 sind zahlreiche Gleitlager vertreten. Das Gerät zeichnet sich durch sein neues Ablagekonzept, der Delta Row aus. Durch Versetzen der Körner in zwei Teilreihen hat jede Pflanze bis zu 70 Prozent mehr Standraum.

»Dazu benötigte unser langjähriger Kunde Lemken ein spezielles, hoch belastbares Lager. Als Werkstoff haben wir uns für Iglidur P210 entschieden: Er ist schmiermittelfrei und reduziert das Gewicht der Maschine, die Wartungsintervalle sowie die Investitionskosten.«, kommentiert Uwe Sund, Leiter Branchenmanagement Agrartechnik bei Igus, die Produktauswahl.

Die Zusammenarbeit beider Unternehmen funktioniere sehr gut und auch bei zukünftigen Anwendungen will man bei Lemken die Vorteile von schmierfreien Kunststoffgleitlagern nutzen.

Erschienen in Ausgabe: Nr. 04/2018

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