Wenn wir die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffe
mit denen der metallischen Stoffe vergleichen, stellen wir selbstverständlich
fest, daß die Werte niedriger liegen. Es ist deshalb ratsam, Zahnräder
aus technoplastischen Werkstoffen nur dort einzusetzen, wo die herausragenden
guten Eigenschaften der Kunststoffe, wie:
PA6.GF Akulon GF
Extrudiertes Polyamid 6 verstärkt mit 20% Glasfaser und Graphit. Die Glasfaser verstärkt das Material, sie gibt ihm eine höhere Abriebfestigkeit , Druckfestigkeit und Biegefestigkeit . Akulon GF ist vorrangig für die Verwendung als Zahnrad geeignet.
PA6 Akulon 6
Beim Vergleich mit Akulon GF stellen wir fest, daß Akulon 6 eine höhere Schlagzähigkeit besitzt, und wegen seiner niedrigeren Druck-, Reiß- und Biegefestigkeit nur dort zum Einsatz kommt, wo diese Eigenschaften vorrangig gefordert werden.
PA 66 Akulon 66 - PA 66.6 Akulon GX
Die Eigenschaften sind dem PA6 sehr ähnlich, jedoch mit größerer
Härte.
Akulon GX wird in den Fällen eingesetzt, bei denen ein höherer
UV- Widerstand gefragt ist .
PA6 G - PA6 G HR - PA6 G OIL Omniamid
Die Verwendung von Gußpolyamid bietet sich bei Zahnräder und
Rollen mit großen Durchmessern sowie großvolumigen Teilen
an, da die Möglichkeit besteht groß dimensionierte Rundstäbe
und Hohlstäbe einzusetzen. Die ölverstärkte Materialtype
hat einen sehr guten Selbstschmiereffekt und eine gute Abriebfestigkeit.
Sie wird für die Anfertigung von großen Zahnrädern für
Geräte für die Erdbewegung und für Seilbahnen empfehlen.
PET Arnite
Der Kunststoff mit der höchsten Dimensionsstabilität. Er kommt meistens bei Präzisionszahnrädern und Zahnrädern zum Einsatz, die im Wasser oder Flüssigkeiten arbeiten. Er hat einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und eine sehr niedrige Schlagzähigkeit.
POM - Polyacetal
Es hat eine hervorragende Dimensionsstabilität und sehr gute Eigenschaften. Das Material ist selbstschmierend, die Schlagzähigkeit ist niedriger als bei den Polyamiden . Normalerweise wird es für kleine und Präzisionszahnräder benutzt.
PP - PE 500 - PE 1000
Die Polyolefine sind Kunststoffe mit geringer Reiß - , Druck- und Biegefestigkeit. Sie sind daher für Zahnräder nicht gut geeignet. Sie werden jedoch dann zu diesem Zweck benutzt, wenn die sehr guten chemischen Eigenschaften gefragt sind und nur niedrige Kraftübertragungen verlangt werden. PE 500 ist steifer als PE 1000 hat aber eine niedrigere Schlagzähigkeit . Für die Werkstoffauswahl sind diese Werte besonders zu beachten. PP ist unter den Polyolefinen der Kunststoff mit der höchsten Biegefestigkeit und eignet sich daher normalerweise am ehesten für die Verwendung als Zahnrad.
VERZAHNUNG
Man arbeitet am besten mit Geradverzahnungen, da die Verminderung der Geräuschentwicklung bei spiralverzahnten Kunststoff - Zahnrädern nicht bedeutend ist.
DRUCKWINKEL
Der gebräuchlichste Winkel für Verzahnungen mit mehr 17 Zähnen ist 20°, für Verzahlungen mit weniger als 17 Zähnen muß neben anderen Faktoren der Druckwinkel verändert werden, um den Zahnfuß zu verstärken..
ZAHNFLANKENSPIEL
Es ist für Zahnräder aus technischen Kunststoffen ein sehr ausschlaggebender Wert, denn beim Einsatz von Kunststoffen ist die Vergrößerung des Volumens verursacht Feuchtigkeitsaufnahme zu beachten.
MATING GEAR MATERIAL
Bei Zahnrädern aus Kunststoff wird für das Gegenrad als Werkstoff am besten Stahl eingesetzt .Kunststoff gegen Kunststoff laufen zu lassen wird wegen des geringen Abbaus der Reibungswärme nicht empfohlen. Die Paarung von zwei Zahnrädern aus Kunststoff ist nur bei sehr langsam, unter Kühlung laufenden Zahnrädern möglich. In diesem Fall wird vorgeschlagen Arnite gegen Arnite laufen zu lassen. Wenn Kunststoff mit Stahl eingesetzt wird, sollte um die Lebensdauer der Zahnräder zu verbessern, die Oberfläche der bearbeiteten Zahnflanken nur eine sehr geringe Rauheit aufweisen.
Das technische Büro von Omnia Plastica steht für weitere Auskünfte gerne zu ihrer Verfügung. Alle Aussagen und Daten sind aus Informationen der Rohstoffherstellern genommen und liefern keine Garantie für den konkreten Einsatz.
Die Anwendung von technischen Kunststoffen für die Produktion von
Lagerbuchsen bietet sich wegen der Bündelung , von guten Eigenschaften
an, die in diesen Werkstoffen vereinigt sind .
Niedriger Reibungskoeffizient, er ist niedrig auch ohne
Schmierung und unter schlechten Einsatzbedingungen. Er kann bei einer
permanenten Schmierung noch verbessert werden.
Selbstschmierung, nach einer Schmierung während des Zusammenbaus, verträgt die Lagerbuchse aus technoplastischem Kunststoff den Trochenlauf oder den Einsatz im Wasser bzw. in anderen Flüssigkeiten.
Hohe mechanische Widerstände, die Druckfestigkeiten
technischer Kunststoffe liegen zwischen 500 und 1000 kg/cm2 verbunden
mit einer guten Schlagamortisation.
Einige Kunststoffe haben eine gute Formbeständigkeit auch
unter dem Einfluß verschiedener Chemikalien.
Hoher Abriebwiederstand auch ohne Schmierung und für Lagerbuchsen, die in staubigen Räumen eingesetzt sind.
KUNSTSTOFF-AUSWAHL
Die Auswahl , welchen technischen Kunststoff man für die Anfertigung von Lagerbuchsen nehmen sollte, hängt davon ab, welche Eigenschaften von dem Werkstoff gefordert werden und welcher Kunststoff die Anforderungen in Bezug auf:
erfüllt.
Die unterschiedlichen Festigkeitswerte der technischen Kunststoffe, die
vorrangig für Lagerbuchsen ausgewählt werden, können dem
Prospekt der Omnia Plastica entnommen werden.
PET - Arnite
Es handelt sich hierbei um den in der Regel für die Herstellung von Lagerbuchsen am besten geeigneten Kunststoff. Er besitzt eine Druckfestigkeit von ca. 850 kg/cm2, hat eine hohe Oberflächenhärte, eine sehr gute Abriebfestigkeit, eine ausgezeichnete Formbeständigkeit sowohl unter Einfluß von Temperatur als auch von Feuchtigkeit, bedingt durch die geringe Feuchtigkeitsaufnahme. Arnite weist neben der hohen Druckfestigkeit als gute mechanische Eigenschaften auch die geringe Verformung unter Belastung auf. Wegen seiner ziemlich hohen Wärmeleitfähigkeit baut Arnite die entstehende Reibungswärme gut ab. Arnite läßt sich gut spanend bearbeiten und ist im Nahrungsmittel - Bereich einsetzbar.
POM - Polyacetal
Polyacetal ist ein sehr gut für Lagerbuchsen geeigneter Werkstoff, der wegen seiner sehr guten mechanischen Eigenschaften, seines Preis - Leistungs - Verhältnisses, seiner hohen Druckfestigkeit ( 900 kg/cm2 ) und Oberflächenhärte , seines niedrigen Reibungskoeffizienten, seiner guten Verträglichkeit gegenüber vielen Chemikalien eingesetzt wird. Auch dieser Kunststoff hat für den Einsatz im Nahrungsmittel -Bereich die BGA- Zulassung. Aufgrund der sehr guten spanenden Verarbeitbarkeit wird Polyacetal bei der Anfertigung von größeren Stückzahlen ausgewählt.
PE 500 - Polyethylen 500 - 1000
Die Polyolefine ( PE 500 , PE 1000 und andere Grade der Polyethylene) haben mit 300 - 400 kg/cm2 die niedrigste Druckfestigkeit der thermoplastischen Kunststoffe. Vorteil dieser Werkstoffe ist die hohe Schlagfestigkeit . Deshalb werden sie meistens für Lagerbuchsen ausgewählt, bei denen ohne hoher Druckbelastung eine angemessene Beanspruchungsfestigkeit erforderlich ist.
PA6 ( Akulon 6 ) - PA 66 ( Akulon 66 )
Polyamide, die Kunststoffe, die wegen ihrer Belastbarkeit für die verschiedensten Verwendungszwecke sehr gut geeignet sind, eignen sich aufgrund der Wasseraufnahme und damit verbundenen schlechten Formbeständigkeit in sehr wenigen Fällen für die Verwendung als Lagerbuchsen.
PA6 G - Gußpolyamid
PA6 GUß ist für die Herstellung von großen Lagerbuchsen ( bis 1500 mm Durchmesser ) unter erschwerten Bedingungen, wie z.B. bei Geräten für Erdbewegung, Seilbahnen und großen Anlagen und Maschinen nicht zu ersetzen. Um den Reibungskoeffizienten und die Formbeständigkeit zu verbessern wird entweder Omniamid Öl ( modifiziert mit speziellem Öl ) oder Omniamid HR ) modifiziert mit Graphit und Öl ) eingesetzt .
PA 66.6 - Akulon GX
Es handelt sich hierbei um ein Copolymer des Polyamid. Dieses Material
besitzt denselben Abriebwiederstand wie PA6, dazu eine höhere Dimensionsstabilität,
sehr gute Oberflächenhärte und Druckfestigkeit und ist alterungsbeständig.
Die besondere Molekülstruktur gewährleistet gleichbleibende
Eigenschaften, auch über längere Zeiträume und unterstützt
die problemlose Verarbeitung auf Zerspanungsmaschinen. Als Lagerbuchse
wird Akulon GX dort eingesetzt, wo
eine hohe Verschleißfestigkeit gefordert wird.
PA11 - Rilsan
Rilsan ist ein nichthygroskopisches Polyamid mit herausragenden Qualitätsmerkmalen. Dieser Werkstoff kann in feuchten Räumen und unter Wasser eingesetzt werden und behalt auch unter diesen Voraussetzungen die sehr gute Abriebfestigkeit und den niedrigen Reibungskoeffizienten. Das Einsatzgebiet liegt auch wegen der Alterungsbeständigkeit im Flugzeug und Schiffsbau.
PESU - Polyetherosulfon
PES ist ein Kunststoff, der zu den neuen supercopolymeren gezählt
wird. Er besitzt hohe Festigkeit, Steifheit und Härte im Temperaturbereich
von - 100 bis +150 °C, hat eine sehr gute Thermostabilität und
Formbeständigkeit. PES wird besonders dort als Lagerbuchse eingesetzt,
wo die diesem Werkstoff eigene Chemikalienbeständigkeit notwendig
ist.
PTFE ( Teflon )
PTFE ist mit einem sehr niedrigen Gleitreibungskoeffizienten bis zu einer Temperatur von 230°C einsetzbar. Unter Druck bzw. wegen der Molekülgleitung neigt dieser Werkstoff zur Verformung. Er besitzt relitiv niedrigere mechanische Eigenschaften, die Verformung unter Belastung ist nur 80 Kg/cm2
PVDF
PVDF hat gleiche Eigenschaften der chemischen Beständigkeit wie PTFE, darüber hinaus besitzt PVDF auch höchste mechanische Eigenschaften, die bezogen auf die Druckfestigkeit und dem Reibungskoeffizienten bis zur höchsten Arbeitstemperatur von ca. 160 °C erhalten bleiben. Gegenüber PTFE ist aufgrund des niedrigeren spezifischen Gewichts PVDF wirtschaftlicher.
Wellen:
Die Wellen aus Stahl , die mit Kunststofflagern arbeiten sollen, müssen
aus gehärtetem Material bestehen und feinstbearbeitet sein. Wellen
aus rektifiziertem Stahl können ebenfalls eingesetzt werden. Durch
eine sehr feine Bearbeitung der Welle kann dann die Laufzeit verlagert
werden . Wellen aus Aluminium, Zink oder Bronze ohne zusätzliche
Schmierung einzusetzen, wird nicht empfohlen, da diese weichen Materialen
schnell Verschleiß aufweisen würden.
Schmierung:
Wenn auch grundsätzlich Schmierung nicht notwendig ist, erhöht
sie doch abhängig von Typ und Qualität des Schmiermittels den
p.v. - Grenzwert. Sie verkleinert auch den Reibungskoeffizienten, ermöglicht
einen besseren Abbau der Wärme und führt Verschleißpartikel
gut ab. Es ist wichtig, daß die Öle entweder nicht sauer sind
oder sich in säure Rückstände zur Arbeitstemperatur nicht
auflösen . Normalerweise kann man Lagerbuchsen ohne Schmierung mit
sehr guten Ergebnissen einsetzen, die Umfangsgeschwindigkeit der Welle
darf jedoch nicht zu hoch sein. Man kann eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen
durch eine besondere Oberflächengüte erreichen, so daß
Verschleißteilchen nicht in die Gleitfläche eindringen können.
Gekühlte Schmierstoffe wirken wie ein Luftströmungssystem kühlend
auf die Lagerbuchse und verlängern die Lebensdauer.
Stärken:
Man sollte bei der Auslegung von Lagerbuchsen entsprechend den Bauerfordernissen
auf eine möglichst dünne Wandung achten, um damit den Abbau
der Wärme zu ermöglichen. Eine Wanddicke von 20 % des Wellendurchmessers
ist in den meisten Fällen optimal bemessen. Bei geringen Umdrehungszahlen
und stoßartigen Belastungen ist die Wanddicke entsprechend zu erhöhen.
Toleranzen:
Für den Zusammenbau der Lagerbuchse in seinen Sitz, sollte man keine
zu engen Toleranzen haben, sondern es ist empfohlen, eine maximale Toleranz
von 0,1 mm zu benutzen. Es ist sinnvoll, daß bei der Lagerbuchse
eine gute Schmierung berücksichtigt wird , auch wenn die Lagerbuchse
für den Trockenlauf konzipiert wurde.
Oberflächendruck:
Die Oberflächendrücke, die zulässigen Belastungen der Berührungsflächen
von Lagerbuchse und Welle, sind für die einzelnen Kunststoffe aus
ihrer Druckfestigkeit dividiert durch den Faktor 3 bis 5, bezogen auf
die Anwendung der Buchse, errechenbar. Man kalkuliert die Projektionsfläche
der Bestimmend die Fläche der Berührungszone Welle - Lagerbuchse,
und dann prüft man den zulässige Druck der Lagerbuchse, um die
beste Anwendungsbedingungen zu erreichen . Aus dem Diagramm 1sind die
zulässigen mittleren Oberflächendrucke für die verschiedenen
Kunststoffe ersichtlich . Dem Diagramm 2 können die zulässige
Maximal - Belastungen entnommen werden, bei Berücksichtigung, daß
der Wellendurchmesser der Lagerbuchsenlänge entspricht. Dieses Diagramm
berücksichtigt nicht die anderen Bemessungsfaktoren und setzt eine
langsame Bewegung voraus.
Temperaturen:
Die zulässige Arbeitstemperatur bei Lagerbuchsen aus Kunststoff ist
abhängig vom Zusammenbau und der Schmierung. Im Einzelnen wirkt sich
die Schmierung (Öl , emulgiertes Öl ) nicht nur für sich
positiv aus, sondern sie führt auch in der Lagerbuchse entstandene
Wärme ab und erhöht die Lebensdauer. Die Eigenschaftswerte sind
bis zu den folgenden Temperaturbereichen beständig:
Die maximalen Arbeitstemperaturen bei niedriger Belastung liegen höher und hängen von verschiedenen Faktoren ab.
Spiel:
Das Spiel der Lagerbuchse ist wesentlich, um die Wärmeausdehnung
bzw. Schrumpfung zu erlauben. Um eine Axialstreckung zu vermeiden, ist
es wichtig die Länge der Buchse kleiner als den Lagersitzt zu bemessen.
Für das Axialspiel von Buchsen aus ARNITE (PET) und POLYACETAL (POM)
die mit Stahlwellen arbeiten, ist die folgende Formel anzuwenden:
G= 0,012 mm + 0,025.S + 0,001.D
wo :
G= Spiel
S= Stärke der Lagerbuchsenwandung (mm)
D= Wellendurchmesser (mm)
Für die andere Lagerbuchsen muß man ein Diametralspiel von
0,5 - 0,7% benutzen
Das technische Büro von Omnia Plastica steht für weitere Auskünfte gerne zu ihrer Verfügung. Alle Aussagen und Daten sind aus Informationen der Rohstoffherstellern genommen und liefern keine Garantie für den konkreten Einsatz.