Tribo-Polymergleitlager: Schwere Lasten leicht gelagert

Bei der Wartung von Bau- und Landmaschinen ist das Schmieren der Lagerstellen über den Schmiernippel mit der Fettpresse einer der aufwendigsten Aufgaben. Wird das regelmäßige Nachschmieren vernachlässigt, kann der Schaden groß sein. Unzureichend geschmierte und gewartete Lagerstellen führen zu Schäden an teuren Wellen und Zapfen und beeinträchtigen die Funktion von wichtigen Maschinenteilen. Im schlechtesten Fall droht der Ausfall der Maschine.

Dann müssen häufig nicht nur die betroffenen Lager, sondern auch angrenzende Baugruppen ausgetauscht werden. Diese Ausfälle treten zu ungünstigsten Zeiten auf und gefährden Einsatz- und Projektpläne, was wiederum hohe Kosten verursacht.

Kostenfaktor Zentralschmierung

Die wartungsbedingten Stillstandszeiten und das Ausfallrisiko durch Mangelschmierung lassen sich bei metallischen Lagern durch Zentralschmierungen verringern, die über Schmierleitungen die Lagerstellen kontinuierlich mit Schmierfett versorgen. Diese Systeme sind jedoch mit weiteren Kosten verbunden und bedürfen zusätzlicher Wartung, auch lassen sich nicht alle Lagerstellen auf diese Art erreichen.

Egal wie geschmiert wird, es sind immer große Mengen Fett im Spiel. Diese Schmiermittel sind teuer und landen letztlich in der Umwelt, sei es im Boden, sei es im Grundwasser. „Wir sprechen dabei von erheblichen Schmierfettmengen, die so Jahr für Jahr in unsere Umwelt durch die Verlustschmierung gelangen. Je nach Maschinengröße geht es nicht um ein paar Kilogramm, vielmehr liegen diese Mengen im Zentnerbereich. Das bringt viele Anwender immer mehr zum Umdenken“, erklärt Uwe Sund, Produktmanager Schwerlastlager bei Igus in Köln.

Metallische und damit von sorgfältiger Schmierung abhängige Lager sind aufgrund ihrer gut bekannten Eigenschaften im Bereich Hochlast etabliert. Hier ging bisher kein Weg am Fett vorbei – das einerseits für die Funktion des Lagers notwendig ist, andererseits Welle und Aufnahme vor Korrosion schützt. Wenn also auf eine schmiermittelfreie und somit wartungsfreie Lösung umgestellt werden soll, müssen auch die Beschaffenheit von Wellen und Aufnahmen berücksichtigt werden. Korrosionsschutzwachse oder nitrierte Oberflächen können dabei kostengünstige und effiziente Lösungen darstellen.

Filz als Dichtung für das Lager

Der Kölner Spezialist Igus produziert seit über 30 Jahren Gleitlager aus Hochleistungskunststoffen, die ohne externe Schmiermittel auskommen. Die Festschmierstoffe sind bereits in die Tribopolymere inkorporiert. Sie machen Bau- und Landmaschinen wartungs- und fettfrei. Wichtig ist, dass die Lager in einer korrosionsgeschützten Umgebung arbeiten können, denn durch den Verzicht auf Schmiermittel werden Welle und Aufnahme – quasi als Nebeneffekt – nicht mehr vom Fett geschützt. Ein Eins-zu-eins-Austausch ist daher nicht bei allen Lagerstellen möglich.

Muss die Welle initial, also einmalig geschmiert werden, kann Igus mit Iglidur-Gleitlagern aufwarten, die mit einer Filzdichtung gefertigt sind. Diese sorgt dafür, dass das Fett in der Lagerstelle bleibt, das heißt nicht nach außen gelangt. Gleichzeitig schützt die Dichtung vor dem Eindringen von Sand und Schmutz. Bei komplettem Trockenlauf bietet sich der Einsatz von hartverchromten oder nitrierten Oberflächen an. Dazu hat Igus jetzt eine GKF-Welle entwickelt, die eine mit Blick auf Korrosionsschutz und Verschleißreduktion optimierte Oberfläche besitzt. Ihr Einsatz eignet sich daher besonders in Heavy-Duty-Umgebungen.

Heavy-Duty = Schwerlast?

„Viele setzen Schwerlast mit Heavy-Duty gleich, jedoch sind hohe Lasten nur ein Teil von Heavy-Duty. Unter dem Begriff sind besonders extreme Anforderungen an die Gleitlager zu verstehen, und das müssen nicht immer nur hohe Lasten ein. Feuchtigkeit, Schmutz, Stöße, Vibrationen oder auch Kantenlasten sind ebenfalls extreme Anforderungen für die Lager“, stellt Uwe Sund klar. Anwendungen, in denen lediglich hohe Lasten ohne zusätzliche Beanspruchungen wie Kantenlasten oder Stöße auftreten, lassen sich bereits mit universell einsetzbaren Allrounderwerkstoffen des Iglidur-Sortiments lösen.

Für besondere Einsatzbereiche, in denen Kombinationen von Extremfällen auftreten, greift Igus auf eine breite Vielfalt von speziell auf diese Anforderungen abgestimmten Spezialwerkstoffen zurück. Der Kölner Spezialist hat über 60 Werkstoffe für unterschiedlichste Anwendungsfälle im Sortiment.

Trockenlaufende Allroundmaterialien

Für viele eben dieser besonderen Anforderungen hat der Spezialist sogenannte Allroundermaterialien entwickelt wie das altbewährte Iglidur-G-Material, das Kräfte bis zu 80 MPa aufnehmen kann. Alle Werkstoffe zeichnen sich durch ihre Trockenlaufeigenschaften sowie die im Vorfeld berechenbare Lebensdauer aus; des Weiteren dadurch, dass sie staub- und schmutzunempfindlich sind, wodurch sie sich optimal für den Einsatz im Bereich der Bau- und Landmaschinen sowie in Nutzfahrzeugen eignen. Außerdem sind sie leicht und kostengünstig durch ihre Herstellung im Spritzguss.

Kunststoff gegen Metall im Dauertest

Auf 3.800 Quadratmetern testet der Spezialist sämtliche seiner Motion Plastics. Das Spektrum reicht von Bewegungen in alle Richtungen bei E-Ketten und Chainflex-Leitungen bis hin zu Linear-, Schwenk- oder Rotationsbewegungen bei den verschiedenen Lagertypen. Speziell für hohe Lasten hat Igus eigene Teststände eingerichtet, und neben diesen für Lastfälle wie Kanten-/Stoßlasten werden zudem bestimmte Anwendungsszenarien eins zu eins nachgebildet.

So befindet sich im Außenbereich ein Frontlader, der sich 24 Stunden und sieben Tage die Woche bei Wind und Wetter bewegt. Mit den in den diversen Prüfungen gewonnenen Daten werden Gleitlagerlösungen vergleichbar, mit dem Ziel, die optimalen Produkte für die jeweilige Schwerlastanwendung zu finden. Auch ein direkter Vergleich beispielsweise zwischen Kunststoff- und Metallbuchsen ist möglich. Im Frontlader-Prüfstand werden so zum Beispiel vier Zyklen pro Minute gefahren, die daraus resultierende Geschwindigkeit hängt vom Schwenkwinkel der jeweiligen Lagerstelle ab. Die Testdauer beträgt rund zwei Wochen. Tägliche Sichtkontrollen stellen dabei sicher, dass der Frontlader bei einem Ausfall einer Lagerstelle nicht beschädigt wird.

Durch die Versuche lässt sich die Lebensdauer der Produkte präzise ermitteln. Die Ergebnisse der Tests fließen in Datenbanken ein, auf deren Basis die Onlinekonfiguratoren des Kölner Spezialisten arbeiten, die die erwartete Lebensdauer der gewählten Komponenten vorhersagen. Die Versuche und die realen Kundenerfahrungen zeigen: Viele Anwendungen mit höheren Lasten von 30 bis 80 MPa lassen sich bereits mit den Alllrounderwerkstoffen aus dem Spritzguss lösen.

Das polnische Unternehmen Demarko etwa setzt Iglidur G in einer Pendelachse für Sattelauflieger ein. In diesem Projekt war der Fokus darauf gerichtet, auf eine Zentralschmierung zu verzichten. Dieses Ziel konnte durch den Einsatz des Werkstoffs Iglidur G erreicht werden. Das gleiche Tribopolymer findet sich zudem in der Lagerung der Zinken in den Grubbern der Firma Lemken. Bei noch höheren dynamischen Kräften bringt Igus die gewickelten Werkstoffe TX1 und TX2 ins Spiel.

Schwerlastlager aus gewickeltem Filament

Mit TX1 und TX2 hat Igus zwei Gleitlagerwerkstoffe aus hochfestem Filamentgewebe entwickelt. Sie kommen dort zum Einsatz, wo besonders hohe Lasten auftreten und spritzgegossene Gleitlager an ihre Belastungsgrenzen stoßen. Hier sorgen die äußerst zugfesten Filamente in einer speziell verwobenen Form für maximale Widerstandsfähigkeit. „Mit beiden Werkstoffen können Anwendungen gelöst werden, bei denen Kräfte bis zu 200 MPa aufgenommen werden müssen. Die Entscheidung zwischen den Materialien hängt – wie auch bei den übrigen Iglidur-Werkstoffen – maßgeblich von der Beschaffenheit der Wellenoberfläche ab“, erläutert Uwe Sund.

Der Unterschied der beiden Werkstoffe besteht vor allem im Aufbau der daraus hergestellten Gleitlager, was zu variierendem Verschleißverhalten führt. Beide Typen wurden auf den Innen- und Außentestständen ausgiebig geprüft. Schwenkversuche zeigten, dass Iglidur TX2-Gleitlager in Verbindung mit hartverchromten Wellen circa 3,5-mal verschleißfester sind als Gleitlager aus Iglidur TX1. Auf einfachen Wellen wie solchen ohne zusätzliche Oberflächenbehandlung oder -beschichtung dagegen liefern Lager aus Iglidur TX1 bessere Ergebnisse.

Da beide Werkstoffe sehr temperatur-, chemikalien- und feuchtigkeitsbeständig sind, können die Gleitlager in vielen weiteren Bereichen eingesetzt werden: wie Iglidur TX1 beim diesjährigen Gewinner des goldenen Manus von Kässbohrer Geländefahrzeug. Der Manus Award zeichnet alle zwei Jahre die besten Gleitlageranwendungen weltweit aus. Das Unternehmen setzt auf TX1 in seinem PowerBully, einem Geländefahrzeug für den Katastrophenschutz. Die Schwerlastgleitlager befinden sich dabei in der Pendel- und in der Spannachse.

Integrierte Intelligenz erkennt den Verschleiß

Für seine Gleitlager präsentiert Igus überdies Lösungen zur Zustandsüberwachung. Dazu führt der Motion Plastics-Spezialist das Isense-Standardprogramm. Das Ziel: Die Sensoren in den Lagern erkennen den Verschleiß in extrem belasteten Anwendungen bereits vorab und geben dem Anwender rechtzeitig ein Signal, wenn das Lager von einem Ausfall bedroht ist.

Damit sind Wartungen planbar und überraschen zum Beispiel nicht die Betreiber von Landmaschinen während der Erntesaison. „Vor allem für schwer zugängliche Lagerstellen und Anwendungen, bei denen keine regelmäßigen Wartungsintervalle geplant sind, haben wir Smart Iglidur entwickelt“, berichtet Richard Habering, Leiter des Geschäftsbereichs Smart Plastics.

Die gemessenen Daten der Sensoren lassen sich auf vielfältige Arten seitens der Maschinen- und Anlagenbetreiber integrieren. Hierzu offeriert Igus gleich drei Ausleseeinheiten: Entweder kann der Anwender alle Steckstellen manuell auslesen oder er installiert eine Kontrolleinheit mit Rot-/Grün-Anzeige an der Maschine, die Auskunft über den Zustand der Gleitlager gibt.

Eine weitere Möglichkeit ist die Anbindung an das i.Cee:local. Dazu sendet ein Funkmodul die Sensordaten drahtlos an das i.Cee:local. Von dort ist die Integration der Daten an das IoT, Cloudsystem oder an das Kundennetzwerk leitungsgebunden möglich. „So hat der Kunde die freie Auswahl, die Daten auszulesen, wie es sich für ihn am besten eignet“, betont der Smart-Plastics-Experte.

Quelle: Igus GmbH