Gleitlager-Vergleich, Bild: Igus

Igus verfügt nach eigenen Angaben über das weltweit größte Programm an tribo-optimierten Gleitlagern aus Kunststoff. Viele davon ermöglichen es, Metalllager zu ersetzen. Bild: Igus

Eigentlich ist es ja schon immer so, dass Igus mit seinen Gleitlagern Metallprodukte ersetzt. Denn als der Kölner Hersteller vor rund 35 Jahren sein erstes Gleitlager aus Tribopolymer auf den Markt brachte, gab es überwiegend Metallgleitlager. Die Wälzlager waren ohnehin allesamt aus Metall. Aber über die Jahre setzten sich Gleitlager aus Kunststoff in vielen Einsatzbereichen durch, es entstand sozusagen ein eigener Markt für Kunststofflager. So weit, so gut. Doch wie es die Zeit mit sich bringt, entstehen irgendwann gängige Stereotype: Diese Art von Lagern kann man mit Polymerprodukten ersetzen, andere nicht. Was, zumindest aus Sicht von Igus, nicht stimmt. Denn die Materialentwicklung schreitet unaufhaltsam voran. Grund genug für den Hersteller, das Thema Metall vs. Kunststoff wieder auf die Agenda zu setzen.

Um reine Werbeaussagen mit Fakten zu untermauern, luden die Motion-Plastics-Experten eine Reihe relevanter Fachjournalisten ein, nicht einfach zu einer Pressekonferenz, sondern zu einem zweitägigen Presseworkshop. Das Besondere daran: Neben der durchaus nützlichen Wissensvermittlung per Powerpoint-Frontalbeschallung legte Igus großen Wert darauf, die Produkte im praktischen Einsatz zu präsentieren. Und so waren schon neben dem Vortragsraum im Igus-Hauptquartier Beispiele für die Verwendung der Kunststoffbuchsen zu sehen: unter anderem ein Fahrrad, ein Formula-Student-Rennwagen und sogar – man lese und staune – eine Fahrrad-Waschanlage! Der Clou waren aber die beiden Exkursionen, die sich an den Vortragsblock anschlossen, zu einem Pneumatiker und zu einem Landmaschinenhersteller. Aber der Reihe nach. Zunächst legten Geschäftsführer Frank Blase sowie der Prokurist für Gleitlager und Lineartechnik Tobias Vogel den inhaltlichen Grundstein, bevor der Leiter des Geschäftsbereichs Iglidur-Gleitlager, René Achnitz detailliert über Tribologie in Kunststoffgleitlagern sprach.

Sogar Wälzlager können ersetzt werden

Interessant dabei: Die Igus-Spezialisten haben durchgerechnet, dass sich bei entsprechenden Bedingungen sogar Wälzlager durch Polymergleitlager ersetzen lassen. Bei Nadellagern zum Beispiel bilden lange und dünne Wälzkörper die Grundelemente. Die Nadelrollen sind um ein Vielfaches länger als ihr Durchmesser. Aufgrund des Linienkontaktes zwischen Nadelrollen und Laufbahnen verfügen Nadellager beim Wälzvorgang – im Vergleich zum Punktkontakt der Kugellager – zwar über eine bessere Lastverteilung an der Kontaktstelle, dennoch bedingt die Linienberührung eine hohe Hertz’sche Pressung. Daher sind sie wie alle Wälzlager mehr oder minder empfindlich gegenüber Erschütterungen sowie Stößen und können ausschließlich radiale Kräfte aufnehmen.

Gleitlager wiederum enthalten keine beweglichen Teile und benötigen nur wenig Bauraum. Bei Gleitlagern werden die Lagerungs-Elemente nicht mittels rollender Wälzkörper voneinander getrennt, sondern gleiten direkt auf der Gleitfläche einer Lagerbuchse, einer Lagerschale oder einer Gleitfolie. Im Betrieb tritt folglich Gleitreibung auf. Im Vergleich zum Punktkontakt der Kugelbuchsen und der Linienberührung der Nadellager, treffen Gleitlager mit einer größeren Fläche auf die Welle. Die Kraft wird gleichmäßig auf die Auflagefläche verteilt, so dass Gleitlager hohe statische Belastungen aufnehmen können. Die größere Kontaktfläche zwischen Lager und Welle hat eine wesentlich geringere Flächenpressung zur Folge.

Polymerlager und Nadellager, Bild: Igus
Wenn Gewicht, Medienbeständigkeit und Robustheit bei kleinen Bewegungswinkeln wichtig sind, können Polymerlager sogar eine Alternative zu Nadellagern sein. Bild: Igus

Und hier kommen nun die Vorteile der Kunststoffgleitlager zum Tragen. Denn um die Reibung und den Verschleiß zu minimieren, verlangen Nadellager aufgrund der Wälzkörper aus Metall eine kontinuierliche Schmierung mit Fett oder Öl. Sobald der Schmierstoff versagt, entstehen Materialschäden bis hin zum sogenannten Fressen. 38,5 Prozent aller Wälzlagerschäden entstehen aufgrund einer falschen oder mangelnden Schmierung, beispielsweise wenn eine Maschine länger stillsteht. Denn beim Anfahren muss sich das Schmiermittel erst wieder verteilen. Gleitlager aus Hochleistungspolymeren hingegen sind vollkommen schmiermittelfrei. Diese bestehen aus einem thermoplastischen Basismaterial, das für eine gute Verschleißfestigkeit sorgt. Um die mechanische Belastbarkeit zu erhöhen, werden der Materialmatrix Fasern und Füllstoffe zugesetzt. Hinzu kommen eingebettete Festschmierstoffe, die sich freisetzen, sobald sich der Gegenlaufpartner entlang der Gleitfläche des Gleitlagers bewegt.

Zusätzlich sind Iglidur-Gleitlager resistent gegen stoßartige Lasten und können Vibrationen absorbieren. Bei Nadellagern hingegen ergeben sich bei Verkippungen aufgrund ihrer Steifigkeit hohe Kantenpressungen zwischen Rollen und Laufbahnen, die zu Verschleiß führen. Zu guter Letzt kann der Korrosionsprozess die Funktion der Nadellager beeinträchtigen: Dringen Wasser, Kondenswasser oder Säuren in das Lager, führt dies häufig zu Stillständen. Im Vergleich dazu zeichnen sich Kunststoffgleitlager, je nach Werkstoffauswahl, durch eine niedrige Feuchtigkeitsaufnahme aus und sind völlig korrosionsfrei. Aufgrund ihrer organischen Natur sind sie resistent gegenüber anorganischen Medien, Säuren, Laugen und Salzlösungen.

Wenn also anstelle der Präzision und Steifigkeit Faktoren wie ein geringes Gewicht, Medien- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe Robustheit und Standzeit speziell bei kleinen Bewegungswinkeln wichtig sind, können Gleitlager aus Tribopolymeren ihre Stärken ausspielen. Dann stellen sie sowohl technisch als auch wirtschaftlich eine Alternative zu metallischen Nadellagern dar.

Gleitlager im rauen Landwirtschafts-Einsatz

Bodenbearbeitungsgerät, Bild: Lemken
Damit die Pflüge und Bodenbearbeitungsgeräte von Lemken, hier der Grubber Karat 9, bei Felsen oder großen Steinen im Boden nicht beschädigt werden, löst ab etwa 700 kg Widerstand ein schwenkbares Überlastelement aus. In diesen Elementen wurden Metallgleitlager durch solche aus dem wartungsfreien Vielzweckmaterial Iglidur G ersetzt. Pro Lagerstelle konnten dadurch zwei Schmiernippel gespart werden. Bild: Lemken

Die Wartungs- und Schmiermittelfreiheit ist auch ein wichtiger Grund dafür, dass sich Igus-Gleitlager in zahlreichen Pneumatikzylindern wiederfinden. So auch in vielen Produkten von IMI Norgren, zu denen die erste Exkursion des Presseworkshops führte. In den Norgren-Zylindern kommen nicht nur Buchsen, sondern für die kolbenstangenlose Pneumatik auch spezielle Linearführungen von Igus zum Einsatz.

Kann man sich die kleinen Plastik-Hülsen in einer Pneumatik noch recht gut vorstellen, so ist die Vorstellung eines Kunststoff-Lagers in landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsmaschinen schon eine größere Herausforderung. Dass der Einsatz aber auch hier sinnvoll sein kann, zeigte die zweite Firma, die besucht wurde: Lemken. Der 1780 gegründete Landtechnik-Hersteller hat sich auf die Herstellung landwirtschaftlicher Geräte für die Bodenbearbeitung, Aussaat und den Pflanzenschutz spezialisiert. Vor allem in der Bodenbearbeitung, bei Pflügen und Geräten zur Stoppelbearbeitung wie Eggen und so genannten Grubbern, kann es vorkommen, dass größere Steine im Boden in der Bahn liegen, die den Arbeitsablauf nicht behindert dürfen. Aus diesem Grund sind viele der Anbaugeräte mit Überlastelementen ausgerüstet, wodurch die Zinken, die bei normalem Betrieb im Boden arbeiten, automatisch nach hinten und oben ausweichen und danach wieder automatisch in die Arbeitsposition zurückgeführt werden.

Die Lagerstellen dieser Schwenkeinrichtungen waren früher schlicht Stahl auf Stahl und mussten einmal täglich reichlich abgeschmiert werden. Teilweise hatte jedes Lager sogar zwei Schmierstellen, was bei einem sechsscharigen Pflug zwölf zusätzliche Schmierstellen ergab. Je nach Arbeitsbreite des Gerätes – in manchen Gegenden der Welt wird weitaus breiter gearbeitet als in Deutschland – konnte das Schmieren eine Arbeitsstunde pro Tag in Anspruch nehmen. Ganz zu schweigen von den Fällen, in denen Schmiernippel mit Schmutz zugesetzt waren oder der Landwirt am Abend schlicht keine Lust hatte... Entsprechend war es ein wichtiges Ziel von Lemken, diese Stellen wartungsfrei zu gestalten. Und so kam Igus zum Zuge.

Auch hier wirkte sich positiv aus, dass in den Iglidur-Gleitlagern selbstschmierende Festschmierstoffe enthalten sind. Gleichzeitig halten die Lager problemlos den hohen Kräften im Überlastelement von Grubbern und Pflügen stand. Zu Beginn wurde der Einsatz von Plastik im rauen Landwirschafts-Umfeld belächelt. Doch heute müssen die Kunststoffgleitlager je nach Belastung lediglich alle paar Jahre mal ausgewechselt werden, was neben dem gesparten Schmiermittel einen weiteren Kostenvorteil ausmacht.

Kann Kunststoff nun jedes Metallager ersetzen? Sicher nicht. Aber der (mögliche) Umstieg von Metall auf Kunststoff fällt auch deshalb so leicht, weil Igus für all seine Werkstoffe eine Lebensdauerberechnung online ermöglicht. Die Daten dazu stammen aus einem umfangreichen Testfeld. Man kann also sehr schnell abschätzen, ob für die jeweilige Anforderung ein Kunststoffgleitlager in Frage kommt. Probieren Sie es aus.

Begleiten Sie ke NEXT zu Igus (Quelle: ke NEXT TV)