Der Aufstieg selbstschmierender Kunststofflager
Kunststofflager haben sich von Nischenalternativen zu gängigen technischen Komponenten in verschiedenen Branchen entwickelt, die von der Lebensmittelverarbeitung über Medizinprodukte bis hin zur Automobilindustrie und zum Schwermaschinenbau reichen. Die treibende Kraft hinter diesem Wandel ist die Entwicklung selbstschmierender Polymerformulierungen, die interne Schmierstoffe enthalten – Festschmierstoffe, die in der gesamten Polymermatrix verteilt sind –, wodurch die Notwendigkeit einer externen Schmierung mit Fett oder Öl während der gesamten Lebensdauer des Lagers entfällt. Für Anwendungen, bei denen eine Verunreinigung durch Schmierstoffe nicht akzeptabel ist, der Zugang für Wartungsarbeiten eingeschränkt oder unmöglich ist oder bei denen der Betrieb in feuchten oder korrosiven Umgebungen herkömmliche Metalllager schnell zerstören würde, bieten selbstschmierende Kunststoffe eine überzeugende technische Lösung.
Der weltweite Markt für Kunststofflager überschritt im Jahr 2024 $5 Milliarden und wächst weiterhin jährlich um etwa 7%, angetrieben durch die Automatisierung (Fördersysteme und Verpackungsmaschinen), der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung (wo ein FDA-konformer, schmierungsfreier Betrieb vorgeschrieben ist), Medizinprodukten (Einweg- und reinraumtaugliche Komponenten) sowie der Automobilindustrie (Gewichtsreduzierung und Korrosionsvermeidung).
So funktionieren selbstschmierende Kunststoffe
Selbstschmierende Kunststoffe funktionieren durch die kontrollierte Freisetzung von in ihnen enthaltenen Festschmierstoffen an der Lagerfläche während des Betriebs. Im Gegensatz zu extern geschmierten Lagern, bei denen ein Öl- oder Fettfilm die Gleitflächen voneinander trennt, übertragen selbstschmierende Kunststoffe mikroskopisch kleine Mengen an Festschmierstoff aus der Polymermatrix auf die Gegenfläche und bilden so einen reibungsarmen Übertragungsfilm. Dieser Transferfilm füllt Oberflächenunebenheiten am Gegenstück – typischerweise einer Stahlwelle – aus und schafft so eine glatte, scherarme Grenzfläche, die Reibung und Verschleiß ohne jegliche externe Schmierstoffzufuhr reduziert.
Die vier wichtigsten Technologien für interne Schmiermittel sind:
PTFE (Polytetrafluorethylen): PTFE ist das am häufigsten verwendete interne Schmiermittel und weist den niedrigsten Reibungskoeffizienten aller festen Werkstoffe auf (etwa 0,05 bis 0,10 gegenüber Stahl). In selbstschmierenden Formulierungen wird PTFE in einem Gewichtsanteil von 5% bis 20% in das Basispolymer eingearbeitet. Während des Lagerbetriebs verteilen sich die PTFE-Partikel auf der Passfläche und bilden einen Transferfilm. PTFE-geschmierte Nylons (PA6 und PA66) sind der Industriestandard für selbstschmierende Allzwecklager und bieten je nach spezifischer Formulierung Reibungskoeffizienten von 0,10 bis 0,20 sowie PV-Grenzwerte von 5.000 bis 15.000 psi-fpm.
MoS₂ (Molybdändisulfid): MoS₂ bietet im Vergleich zu PTFE eine überlegene Leistung unter Bedingungen mit hoher Belastung und niedriger Drehzahl, was auf seine lamellare Kristallstruktur zurückzuführen ist, die sich entlang der Basalebenen leicht verschiebt. MoS₂ ist besonders wirksam in Nylonlagern, die bei hohen PV-Werten betrieben werden, bei denen PTFE aufgrund des Zusammenbruchs des Gleitfilms an Wirksamkeit verlieren kann. Mit MoS₂ gefülltes PA66 kann unter Grenzschmierbedingungen PV-Grenzwerte erreichen, die um 20% bis 30% höher liegen als bei mit PTFE gefüllten Äquivalenten, obwohl der Reibungskoeffizient mit 0,15 bis 0,25 mäßig höher ist.
Silikonöl: Interne Schmierstoffe auf Silikonbasis wandern im Laufe der Zeit an die Oberfläche und bilden dort einen dünnen Schmierfilm an der Grenzfläche. Mit Silikon geschmierte Kunststoffe sind in einem breiten Temperaturbereich (minus 60 Grad Celsius bis 200 Grad Celsius) wirksam und behalten ihre Schmierfähigkeit auch bei sehr niedrigen Gleitgeschwindigkeiten bei, bei denen sich Festschmierstoff-Übertragungsfilme möglicherweise nicht zuverlässig bilden. Die größte Einschränkung besteht darin, dass die Silikonmigration das Lackieren oder die Klebeverbindung benachbarter Bauteile in der Baugruppe beeinträchtigen kann.
Graphit: Der Schmiermechanismus von Graphit beruht auf adsorbierter Feuchtigkeit oder kondensierbaren Dämpfen zwischen seinen Kristallschichten, die ein Gleiten bei geringer Scherbeanspruchung ermöglichen. Es ist in feuchten Umgebungen und bei Temperaturen bis zu 400 Grad Celsius am wirksamsten, was es zum Schmiermittel der Wahl für Hochtemperatur-Lageranwendungen macht, die die Leistungsgrenzen von PTFE (das sich bei Temperaturen über 260 Grad Celsius zersetzt) überschreiten. Mit Graphit gefüllte PEEK- und Polyimid-Lager kommen in den anspruchsvollsten thermischen Umgebungen zum Einsatz.
Materialvergleich: Selbstschmierende Kunststoffe für Lageranwendungen
| Material | Maximale Dauertemperatur (°C) | Reibungskoeffizient (gegenüber Stahl, trocken) | PV-Grenzwert (psi-fpm, unbewehrt) | Wasseraufnahme nach 24 Stunden (%) | Kostenindex (relativ) |
|---|---|---|---|---|---|
| PA6/PA66 + PTFE | 90 – 110 | 0.10 – 0.20 | 3,000 – 5,000 | 1.5 – 2.5 | 1.0 |
| PA6/PA66 + MoS2 | 100 – 120 | 0.15 – 0.25 | 4,000 – 7,500 | 1.2 – 2.0 | 1.1 |
| POM (Acetal) + PTFE | 90 – 100 | 0.10 – 0.18 | 3,500 – 6,000 | 0.2 – 0.3 | 1.0 |
| PTFE + Füllstoffe (Bronze/Kohlenstoff/Glas) | 260 | 0.05 – 0.10 | 1,000 – 3,000 | Weniger als 0,01 | 3.0 – 5.0 |
| PEEK + PTFE/Kohlefaser | 250 – 260 | 0.10 – 0.20 | 15,000 – 35,000 | 0.1 – 0.3 | 15.0 – 25.0 |
| UHMWPE | 80 – 90 | 0.08 – 0.15 | 1,500 – 3,000 | Weniger als 0,01 | 0.8 |
PV-Grenzwert und Verschleißrate verstehen
Die PV-Grenze ist der wichtigste Leistungsparameter für Kunststofflager. Sie entspricht dem Produkt aus Lagerdruck (P, typischerweise in psi oder MPa) und Oberflächengeschwindigkeit (V, typischerweise in Fuß pro Minute oder Meter pro Sekunde). Wird dieser Wert überschritten, kommt es aufgrund thermischer Erweichung zu schnellem, unzulässigem Verschleiß oder zu einem katastrophalen Versagen des Lagers. Die PV-Grenze ist kein fester Wert – sie variiert je nach Temperatur, Oberflächenbeschaffenheit der Gegenfläche, Lagergeometrie sowie dem Vorhandensein oder Fehlen einer externen Schmierung.
Aus konstruktiven Gründen sollte der PV-Wert im Dauerbetrieb 50% des veröffentlichten PV-Grenzwerts nicht überschreiten, um einen ausreichenden Sicherheitsfaktor für die in der Praxis auftretenden Schwankungen bei Belastung, Ausrichtung und Umgebungsbedingungen zu gewährleisten. Ein intermittierender Betrieb bei höheren PV-Werten – bis zu 75% des Grenzwerts – ist im Allgemeinen zulässig, sofern das Lager zwischen den Betriebszyklen ausreichend Gelegenheit zur Abkühlung hat. Der PV-Grenzwert nimmt mit steigender Umgebungstemperatur deutlich ab: Ein Nylonlager, das bei 20 Grad Celsius für 5.000 psi-fpm ausgelegt ist, kann bei 80 Grad Celsius aufgrund der bei erhöhten Temperaturen abnehmenden Materialfestigkeit und -steifigkeit einen effektiven PV-Grenzwert von nur noch 1.500 bis 2.000 psi-fpm aufweisen.
Die Verschleißrate ist der Begleitparameter zum PV-Grenzwert. Während der PV-Grenzwert den Betriebsbereich definiert, innerhalb dessen das Lager nicht katastrophal versagt, bestimmt die Verschleißrate die Lebensdauer des Lagers innerhalb dieses Bereichs. Die Verschleißrate wird typischerweise als K-Faktor angegeben (Kubikzoll pro Minute pro Pfund pro Fuß pro Minute oder das metrische Äquivalent in Kubikmillimetern pro Newtonmeter). Bei selbstschmierenden Nylonlagern, die innerhalb ihres Nenn-PV-Wertes betrieben werden, liegen die typischen Verschleißfaktoren im englischen K-Faktor-System zwischen 20 und 100 (10 hoch minus 10), was unter typischen Anwendungsbedingungen einem Verschleiß von 0,5 bis 2,5 Mikrometer pro Betriebsstunde entspricht.
Grundsätze der Lagerkonstruktion für Kunststoffe
| Auslegungsparameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
| Wandstärke | 1,5 – 3,0 mm für Buchsen mit einem Innendurchmesser von bis zu 25 mm | Bietet ausreichende Festigkeit und gewährleistet gleichzeitig eine gute Wärmeleitfähigkeit, um Reibungswärme abzuleiten |
| Verhältnis von Länge zu Durchmesser | 0,8:1 bis 1,5:1 | Verhältnisse unter 0,8:1 bergen das Risiko einer Fehlausrichtung; Verhältnisse über 1,5:1 erhöhen die Belastung der Flanken und die Reibungswärme |
| Lichtbreite | 0,31 TP3T bis 0,81 TP3T des Wellendurchmessers | Gibt thermische Ausdehnung und Feuchtigkeitsaufnahme auf; zu geringe Abstände bergen die Gefahr des Festfressens |
| Oberflächenbeschaffenheit der Welle | 0,2 – 0,4 μm Ra (8 – 16 μin) | Zu raue Oberflächen beschleunigen den Verschleiß; zu glatte Oberflächen verhindern die Bildung eines Übertragungsfilms |
| Härte der Welle | Mindestens 45 HRC für Stahlwellen | Weichere Wellen verursachen Abrieb, wodurch die Kontaktfläche verunreinigt und der Lagerverschleiß beschleunigt wird |
| Passform des Gehäuses | H7-Passung für Presspassungsbuchsen | Verhindert die Drehung des Lagers im Gehäuse und gleicht gleichzeitig die thermische Ausdehnung des Kunststoffs aus |
Das Laufspiel ist der am häufigsten unterschätzte Konstruktionsparameter bei Kunststofflagern. Im Gegensatz zu Metalllagern, die mit einem Spiel von 0,05% bis 0,1% des Wellendurchmessers betrieben werden können, erfordern Kunststofflager deutlich größere Spielmaße, um zwei unabhängige Effekte auszugleichen: Wärmeausdehnung (der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Nylon beträgt etwa 80 bis 100 mal 10 hoch minus 6 pro Grad Celsius, etwa das 8- bis 10-fache des Wertes von Stahl) sowie Feuchtigkeitsaufnahme (Nylon quillt beim Übergang vom trockenen in den konditionierten Zustand um 0,5% bis 1,0% auf). Ein unzureichendes Spiel führt zum Festfressen des Lagers, wenn sich das Laufspiel aufgrund der thermischen Ausdehnung während des Betriebs verringert – dies ist die häufigste Ausfallursache bei Kunststofflagern.
Überlegungen zur Betriebsumgebung
Temperatur
Die Temperatur wirkt sich über verschiedene Mechanismen auf Kunststofflager aus: verminderte Materialfestigkeit und -steifigkeit, wenn sich die Temperatur der Glasübergangstemperatur oder der Wärmeformbeständigkeitstemperatur nähert, erhöhte Verschleißrate aufgrund thermischer Erweichung, thermische Ausdehnung, die das Laufspiel verringert, und in extremen Fällen thermische Zersetzung des Polymers. Jedes Material hat eine definierte maximale Dauerbetriebstemperatur, und für einen zuverlässigen Betrieb muss die Lagertemperatur – einschließlich der Reibungswärme – unter diesem Grenzwert bleiben. Der durch Reibung verursachte Temperaturanstieg lässt sich anhand der folgenden Beziehung abschätzen: Delta T ist gleich mu mal P mal V mal f geteilt durch die Wärmeleitfähigkeit, wobei f ein geometrieabhängiger Faktor ist. Bei zylindrischen Gleitlagern erhöht der reibungsbedingte Temperaturanstieg die Umgebungstemperatur innerhalb des empfohlenen PV-Bereichs typischerweise um 5 bis 20 Grad Celsius.
Feuchtigkeit und Luftfeuchtigkeit
Nylonlager nehmen Feuchtigkeit auf, die als interner Weichmacher wirkt. Der durch Feuchtigkeit bedingte Zustand führt zu einer geringeren Festigkeit und Steifigkeit, jedoch zu einer höheren Schlagzähigkeit und – was für die Lagerleistung entscheidend ist – zu einer geringeren Reibung. Feuchtigkeitsbeeinflusste Nylonlager weisen typischerweise einen um 15% bis 25% niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als trockenes Nylon. Die durch die Feuchtigkeitsaufnahme verursachte Maßänderung (bis zu 1,0% Maßzunahme vom trockenen zum gesättigten Zustand) muss jedoch im Laufspiel berücksichtigt werden. Für Anwendungen in Wasser oder Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit werden POM, UHMWPE oder gefülltes PTFE oft gegenüber Nylon bevorzugt, da sie nur vernachlässigbare Mengen an Feuchtigkeit aufnehmen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, bei der Konstruktion feuchtigkeitsbedingte Maßänderungen zu berücksichtigen.
Exposition gegenüber Chemikalien
Die chemische Beständigkeit variiert innerhalb des Spektrums der Kunststofflagerwerkstoffe erheblich. Nylon wird von starken Säuren, Oxidationsmitteln und einigen organischen Lösungsmitteln angegriffen, ist jedoch beständig gegen Laugen, Kohlenwasserstoffe und viele industrielle Flüssigkeiten. POM ist anfällig für säurekatalysierten Abbau (Formaldehyd-Abbaumechanismus) und sollte nicht in sauren Umgebungen eingesetzt werden. PTFE ist im Wesentlichen universell chemikalienbeständig. PEEK widersteht praktisch allen Chemikalien mit Ausnahme von konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure. Bei jeder Anwendung, bei der eine Chemikalienbelastung auftritt – einschließlich Reinigungsmitteln, die in Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung eingesetzt werden –, muss die spezifische Chemikalienbeständigkeit des in Frage kommenden Lagermaterials anhand der vollständigen Liste der in der Betriebsumgebung vorhandenen Chemikalien überprüft werden.
Kunststofflager im Vergleich zu herkömmlichen Alternativen
| Merkmal | Kunststoff (selbstschmierend) | Bronze (ölgetränkt, SAE 841) | Kugellager (fettgeschmiert) |
|---|---|---|---|
| Externe Schmierung erforderlich | Nein | Nein (Erstimprägnierung mit Öl) | Ja (regelmäßiges Nachfetten) |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet | Mäßig (korrodiert in Säuren und Meerwasser) | Mangelhaft, da Edelstahl und Dichtungen fehlen |
| Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen | Gering (Partikel sind im Kunststoff eingebettet) | Mäßig | Hoch (Partikel beschädigen Rennwagen und Bälle) |
| Schwingungsdämpfung | Gut | Schlecht | Schlecht |
| Gewicht | Sehr gering (Dichte 1,1 – 1,4) | Hoch (Dichte 6,4 – 8,9) | Mäßig (Stahl, Dichte 7,8) |
| PV-Grenzwert (psi-fpm) | 3.000 – 35.000 (materialabhängig) | 50,000 – 75,000 | über 100.000 (abhängig vom Schmiermittel) |
| Kosten (relativ) | Gering bis mäßig | Mäßig | Mäßig bis hoch |
Der grundlegende Kompromiss besteht zwischen PV-Leistung einerseits und Einfachheit sowie Verschmutzungstoleranz andererseits. Bronze- und Kugellager übertreffen Kunststoffe hinsichtlich der reinen Belastungs- und Drehzahlfähigkeit, doch Kunststoffe machen Schmiersysteme, Dichtungen und Korrosionsschutz überflüssig – was häufig die Gesamtsystemkosten und die Komplexität senkt, selbst wenn das Lagerelement selbst nicht der entscheidende Kostenfaktor ist.
Anwendungsbeispiele
Fördersysteme
Förderbandlager für den Lebensmittelbereich stellen eines der größten Anwendungssegmente für selbstschmierende Kunststoffe dar. Lager aus Nylon und POM laufen in Umgebungen, die einer Nassreinigung unterzogen werden, direkt auf Edelstahlwellen ohne Schmierfett – wodurch das Risiko einer Verunreinigung von Lebensmitteln durch Schmierstoffe ausgeschlossen wird, was eine entscheidende HACCP-Anforderung ist. Die Lager sind beständig gegen gängige Reinigungschemikalien, darunter Natriumhypochlorit (Bleichmittel), quartäre Ammoniumverbindungen und Desinfektionsmittel auf Peressigsäurebasis. In Hochgeschwindigkeits-Abfüll- und Verpackungsanlagen erreichen PTFE-gefüllte POM-Lager Geschwindigkeiten von über 300 Metern pro Minute auf Förderrollen und weisen im Dauerbetrieb eine Lebensdauer von 12 bis 24 Monaten auf.
Anlagen für die Lebensmittelverarbeitung
Über Förderbandlager hinaus kommen selbstschmierende Kunststoffe in Mischerbuchsen, Führungen für Schneidemaschinenklingen, Komponenten von Füllventilen und Ofenkettenführungen in der gesamten Lebensmittelverarbeitung zum Einsatz. UHMWPE wird aufgrund seiner FDA-Konformität, seiner hervorragenden Abriebfestigkeit und seiner extrem geringen Feuchtigkeitsaufnahme besonders für Anwendungen mit direktem Lebensmittelkontakt geschätzt. PEEK-Lager kommen in der Hochtemperatur-Lebensmittelverarbeitung zum Einsatz – beispielsweise in Kettenführungen für Backöfen, die bei 180 bis 220 Grad Celsius betrieben werden –, wo die Kombination aus Hochtemperaturfestigkeit, inhärenter Schmierfähigkeit und chemischer Beständigkeit die hohen Materialkosten rechtfertigt.
Anwendungen in der Automobilindustrie
Die Einsatzbereiche von Kunststofflagern in der Automobilindustrie erstrecken sich über das gesamte Fahrzeug: PA66-Lager in Pedalbaugruppen und Sitzverstellmechanismen, POM-Lager in Fensterheberführungen und Türscharnierbuchsen sowie PEEK-Lager in Hochtemperaturanwendungen unter der Motorhaube, wie beispielsweise Buchsen für Turbolader-Wastegates und Komponenten von Abgasrückführungsventilen. Der Verzicht auf Fettschmierung vereinfacht die Montage, reduziert das Gewicht und verhindert eine mögliche Verschlechterung des Schmiermittels während der Lebensdauer des Fahrzeugs. Ein typischer Pkw der Mittelklasse enthält 30 bis 80 Kunststofflagerelemente, wobei die Anzahl in Elektrofahrzeugen aufgrund zusätzlicher Aktuatoren und Verstellmechanismen steigt.
Häufig gestellte Fragen
Wie lange halten selbstschmierende Kunststofflager im Vergleich zu Metalllagern?
Der Vergleich der Lebensdauer hängt vollständig von den Einsatzbedingungen ab. Innerhalb ihres Nenn-PV- und Temperaturbereichs können selbstschmierende Kunststofflager Lebensdauern von 5.000 bis 50.000 Stunden im Dauerbetrieb erreichen – was in vielen Anwendungsbereichen mit Bronzebuchsen konkurrieren kann und mit abgedichteten Kugellagern vergleichbar ist. Bei erhöhten Temperaturen, hohen Belastungen oder in abrasiven Umgebungen bieten Metalllager jedoch in der Regel eine längere Lebensdauer. Der entscheidende Vorteil von Kunststofflagern liegt nicht in der absoluten Verschleißlebensdauer, sondern darin, dass keine Schmierwartung erforderlich ist: Ein Kunststofflager, das 15.000 Stunden ohne jegliche Wartung hält, kann wirtschaftlich vorteilhafter sein als ein Metalllager, das alle 500 Stunden nachgeschmiert werden muss, bei perfekter Wartung jedoch 50.000 Stunden halten könnte. Die tatsächliche Lebensdauer in einer bestimmten Anwendung sollte durch Tests unter repräsentativen Bedingungen überprüft werden – die Verschleißrate reagiert sehr empfindlich auf geringfügige Unterschiede bei der Ausrichtung, der Oberflächenbeschaffenheit und der Verschmutzung.
Können Kunststofflager unter Wasser oder in feuchten Umgebungen eingesetzt werden?
Ja – bei geeigneter Materialauswahl. Lager aus POM, UHMWPE und gefülltem PTFE arbeiten auch bei vollständigem Eintauchen in Wasser einwandfrei, wobei die Feuchtigkeitsaufnahme vernachlässigbar ist und die Schmierfähigkeit erhalten bleibt. Nylonlager können ebenfalls in Wasser betrieben werden, nehmen jedoch Feuchtigkeit bis zum Gleichgewichtszustand auf (etwa 7% bis 9% des Gewichts bei vollständigem Eintauchen), was zu einer Dimensionsquellung von 1,5% bis 2,5% führt, die im Laufspiel berücksichtigt werden muss. Wasser bietet tatsächlich gewisse Vorteile hinsichtlich der hydrodynamischen Schmierung, und die Verschleißraten in sauberem Wasser sind in der Regel geringer als im Trockenbetrieb. Mit abrasiven Partikeln (Sand, Schlamm, Metallfeinanteile) verunreinigtes Wasser beschleunigt den Verschleiß jedoch drastisch, sodass unter diesen Bedingungen eine Filterung oder Abdichtung erforderlich sein kann.
Welche Wellenwerkstoffe sind mit Kunststofflagern kompatibel?
Das optimale Wellenmaterial für Kunststofflager ist gehärteter Edelstahl (440C oder ähnlich, mindestens 50 HRC) mit einer geschliffenen oder polierten Oberflächenbeschaffenheit von 0,2 bis 0,4 Mikrometer Ra. Wellen aus Kohlenstoffstahl sind zulässig, sofern keine Korrosionsgefahr besteht; sie müssen jedoch auf mindestens 45 HRC gehärtet sein, um dem abrasiven Verschleiß durch harte Partikel standzuhalten, die sich in der Oberfläche des Kunststofflagers festsetzen. Aluminiumwellen werden im Allgemeinen nicht empfohlen – die Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid wirkt abrasiv und verhindert die Bildung eines stabilen Gleitfilms, was zu hohen Verschleißraten sowohl am Lager als auch an der Welle führt. Sind Aluminiumwellen unvermeidbar, sollten sie harteloxiert sein (Typ III, Mindestdicke 50 Mikrometer), um eine akzeptable Lauffläche zu gewährleisten. Keramikwellen und keramikbeschichtete Wellen bieten aufgrund ihrer Härte, Korrosionsbeständigkeit und der Fähigkeit, die Bildung eines stabilen Gleitfilms zu unterstützen, eine hervorragende Leistung in Verbindung mit Kunststofflagern.
Wie berechne ich die erforderlichen Lagerabmessungen für eine bestimmte Belastung?
Die Dimensionierung von Lagern erfolgt nach der PV-Berechnungsmethode. Berechnen Sie zunächst die Lagerdruckkraft: P entspricht der aufgebrachten Last in Pfund, geteilt durch die projizierte Lagerfläche (Innendurchmesser mal Länge) in Quadratzoll. Berechnen Sie anschließend die Oberflächengeschwindigkeit: V entspricht Pi mal Wellendurchmesser in Zoll mal Drehzahl in U/min, geteilt durch 12, um die Geschwindigkeit in Fuß pro Minute zu erhalten. Multiplizieren Sie P mit V, um den Betriebs-PV-Wert zu erhalten. Vergleichen Sie diesen Wert mit dem veröffentlichten PV-Grenzwert für das ausgewählte Lagerwerkstoff bei der erwarteten Betriebstemperatur. Wenden Sie einen Auslegungssicherheitsfaktor von mindestens 2,0 an (der Betriebs-PV-Wert sollte 50% des veröffentlichten PV-Grenzwerts nicht überschreiten). Wenn der berechnete Betriebs-PV-Wert den Grenzwert für die Leistungsreduzierung überschreitet, vergrößern Sie die Lagerlänge, um den Druck zu verringern, oder ziehen Sie einen größeren Durchmesser in Betracht, um die Geschwindigkeit zu reduzieren. Überprüfen Sie nach der PV-Prüfung den Lagerdruck separat: P sollte die Druckfestigkeitsgrenze des Materials, geteilt durch einen Sicherheitsfaktor von 3,0, nicht überschreiten, um übermäßiges Kaltfließen oder Kriechverformungen zu verhindern.
Wann sollte ich PEEK-Lager anstelle von Nylon- oder POM-Lagern wählen?
Der Einsatz von PEEK-Lagern ist gerechtfertigt, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen zutreffen: Die Dauerbetriebstemperatur übersteigt 120 Grad Celsius, was die praktische Grenze für Nylon und POM überschreitet; der PV-Wert 15.000 psi-fpm übersteigt, wobei PEEK mit Kohlefaser- und PTFE-Füllstoffen zuverlässig bei 20.000 bis 35.000 psi-fpm betrieben werden kann; die Anwendung erfordert eine außergewöhnliche chemische Beständigkeit – PEEK widersteht praktisch allen organischen Lösungsmitteln, Säuren (mit Ausnahme von konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure) und Basen; oder eine Dampfsterilisation ist erforderlich, wobei die Hydrolysebeständigkeit von PEEK Tausende von Autoklavierzyklen ohne Qualitätsverlust ermöglicht. Der Preisaufschlag für PEEK ist beträchtlich – das 15- bis 25-Fache der Kosten von Nylon –, doch in der richtigen Anwendung rechtfertigen die verlängerte Lebensdauer, der breitere Betriebsbereich und der Wegfall von lagerbedingten Ausfallzeiten die Investition.
