Schmierfreie Angelegenheit

Spezial

Hybridlager - Aufwendig oder teuer waren schmiermittelfreie Lagerlösungen für spezielle Anwendungen bisher. Neue Wälzlager aus Hightech-Kunststoffen sollen diese Lücke nun schließen.

15. Juni 2010

Insbesondere für Geräte in der Medizintechnik, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie oder auch der Fördertechnik sind die Anforderungen an Schmiermittelfreiheit groß. Bisherige Lösungen, wie beispielsweise Keramiklager, sind sehr teuer oder, wie beim Einsatz gekapselter Stahllager, aufwendig und mit hohen Wartungskosten verbunden. Der Schweizer Wälzlagerspezialist Bearing Solutions Europe, SE und der Biberacher Kunststoffspezialist Handtmann Elteka entwickeln deshalb in Kooperation unter dem Markennamen Icross Wälzlagerlösungen mit Bestandteilen aus Ingenieurwerkstoffen. Der Name Icross soll dabei die Materialkreuzung (verschiedene Kunststoffe, Kunststoffe/Stahl) ausdrücken. »Neben verschiedenen Wälzlagergrößen und -formen haben wir bei Icross die Möglichkeit, alle Bestandteile aus ein und denselben oder auch verschiedenen Hightech-Kunststoffen zu bauen«, erklärt Peter Glauser, Geschäftsführer der Schweizer Bearing Solutions Europe, SE. Erste Testanwendungen laufen bereits mit Wälzkörpern aus dem Hightech-Kunststoff Eltimid, den Handtmann Elteka vor zwei Jahren entwickelt hat. Dabei handelt es sich um ein extrem temperaturbeständiges Polyimid, das im Dauergebrauch Einsatztemperaturen von 260 Grad Celsius toleriert. Anders als herkömmliche Kunststoffe wird dessen pulverförmiger Ausgangsstoff je nach Einsatzzweck mit unterschiedlichen Zuschlagstoffen gefüllt und dann unter hohem Druck gepresst beziehungsweise zugeschnitten.

Neues Terrain betreten

Der für die technische Weiterentwicklung und Vermarktung von Eltimid zuständige Ralf Albert hatte die Idee, das Material auch für Kugeln in Wälzlagern einzusetzen. Der entscheidende Vorteil des Hightech-Kunststoffs dabei: die Kugeln können schmiermittelfrei arbeiten. Doch die Sache hat einen Haken: »Die Schwierigkeit ist nicht, Kunststoffwälzkörper in die Lager zu bekommen oder die Innen- oder Außenringe aus Hightech-Material herzustellen«, erklärt Peter Glauser, Geschäftsführer der Schweizer Bearing Solutions Europe, SE, »der Anspruch ist, die richtigen Kunststoffwälzkörper in die richtig konfigurierten Lager zu bekommen.« Neben Eltimid laufen zurzeit auch Testanwendungen mit Wälzkörpern aus Lauramid, einem verschleißfesten Gusspolyamid, welches ebenfalls im Hause Handtmann Elteka entwickelt wurde und sich seit vielen Jahren in Maschinenbauteilen bewährt. Dabei stehen sowohl das gepresste Eltimid als auch das gegossene Lauramid in verschiedenen Ausprägungen wie zum Beispiel graphitgefüllt oder lebensmittelecht zur Verfügung.

Bei vielen Aspekten des Icross-Designs können Bearing Solutions Europe, SE und Handtmann Elteka nicht auf mit herkömmlichen Wälzlagern gewonnene Kenntnisse zurückgreifen. So bei der Wälzkörperherstellung. Ein wichtiger Qualitätsfaktor ist hier deren Oberflächengenauigkeit. Während beispielsweise Stahlkugeln als Massenware relativ leicht mit engen Toleranzen gefertigt werden, ist die Herstellung von Kunststoffkugeln aus den sehr verschleißfesten Ausgangsmaterialien Eltimid oder Lauramid alles andere als trivial. Um eine konstante Qualität der Wälzkörper zu erzielen – und konstant bedeutet hier genau bis zur zweiten Nachkommastelle –, presst bzw. gießt Handtmann Elteka zunächst Rohlinge in Einheitsgröße. In einem zweiten Schritt schleifen die Mitarbeiter des Kunststoffspezialisten diese unter Berücksichtigung der kunststoffspezifischen Charakteristika in die benötigte Form und Größe.

Aufwendige versuche

Dank der Variantenvielfalt können die Lager exakt auf den jeweiligen Anwendungszweck konfiguriert werden. Diese Vielfalt stellt aber auch extreme Anforderungen an die Testprogramme. »Die wirkliche Frage für unsere Kunden und uns ist, welche Lagerkonfiguration ist für welche Umdrehungszahlen und welche Lasten geeignet?«, sagt Glauser. Nachdem es noch keine standardisierten Testverfahren für Nicht-Stahllager gibt, deren Ergebnisse dann für Lager anderer Größe umgerechnet werden könnten, mussten Handtmann Elteka und Bearing Solutions Europe, SE eigene Testreihen entwickeln. Diese sind mehrstufig und werden alle in den hauseigenen Prüflabors gefahren. In den Vortests prüfen Mitarbeiter die Lager zunächst bei vorgegebenen und im Laufe des Tests ansteigenden Umdrehungszahlen mit ebenfalls ansteigenden Lasten im Dauerbetrieb. Dabei wollen die Mitarbeiter die Lager bewusst bis an deren Belastungsgrenzen führen, um dadurch die besten Aussagen über die Einsatzmöglichkeiten treffen zu können. Allein dieser Grundtest jedes Icross-Lagertyps dauert ungefähr zwei Wochen. »Auf Basis der Erkenntnisse des Grundtests messen wir im zweiten Schritt dann die Leistungsfähigkeit der Lager unter veränderten Umgebungsbedingungen wie wechselnden Umgebungs- und Arbeitstemperaturen oder Luftfeuchtigkeiten«, erklärt Ralf Albert, der diese Tests leitet. Als ideales Einsatzspektrum für Icross-Lager sehen die Entwickler momentan mittlere Umdrehungszahlen bei mittleren Lasten.

Selbstverständlich müssen bei dieser Einsatzbestimmung zahlreiche weitere Faktoren, wie z.B. die Lagergröße, berücksichtigt werden. Das Alleinstellungsmerkmal der Icross-Lager beschreiben sie mit deren Schmiermittelfreiheit, aber auch deren Temperaturtoleranz und Chemikalienbeständigkeit. Ein weiterer Vorteil der verwendeten Hightech-Kunststoffe ist deren geringe Materialdichte (je nach Material zwischen 1,03 bis 1,46 g/m³), die geringe Fliehkräfte mit sich bringt, und auch deren Laufruhe.

Nerv der Zeit getroffen

Die Kooperationspartner Handtmann Elteka und Bearing Solutions Europe, SE sind sich nach den Erfahrungen mit den ausgestellten Prototypen auf der diesjährigen Hannover Messe sicher, mit Icross einen Nerv der Zeit zu treffen. Die ersten Kunden haben sich bereits für Anwendungstests unter realen Einsatzbedingungen angemeldet. »Wichtig für uns ist, jetzt in der Einführungsphase der Icross-Lager eine Vielzahl von Erkenntnissen unter moderaten Live-Bedingungen zu gewinnen«, erklärt Ralf Albert, »denn justieren können wir die Materialwahl für das Lager beziehungsweise die Zusammensetzung der Hightech-Kunststoffe in vielerlei Hinsicht.«

Nicht direkt vergleichen kann und möchte man sich aber mit Keramik-, Stahllagern oder bereits am Markt erhältlichen Lagern aus einfacheren Spritzkunststoffen. »Wir sehen uns weder als Ersatz für Keramiklager, noch für Stahllager«, sagt Glauser, »unser Ziel war, mit unseren Icross-Lagern die Lücke für all jene speziellen Applikationen zu füllen, für die es momentan noch keine optimale Lagerlösung gibt.«

Dr. Martina Klug/aru

Fakten

- Die Handtmann Elteka GmbH & Co. KG ist eine Tochtergesellschaft der Handtmann-Unternehmensgruppe. Das Traditionsunternehmen wurde vor über 130 Jahren gegründet und ist im Anlagen- und Maschinenbau weltweit tätig.

- Die Schweizer Wälzlagerspezialisten der Bearing Solutions Europe, SEwickeln das komplette Engineering und die Montage der neuen Icross Lager ab.

Erschienen in Ausgabe: 04/2010