Lager

Lager sind in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass zwei Werkstoffe bei einer bestimmten Belastung, Geschwindigkeit und unter bestimmten Umgebungsbedingungen Gleitbewegungen gegeneinander ausführen. Technische Kunststoffe werden seit langem als Gleitwerkstoffe eingesetzt, insbesondere in der Feinwerktechnik, für Drucklager, Gleitlager und Lagerbuchsen.

Kunststofflager besitzen zwar eine geringere Belastbarkeit als Lager aus Metall, bieten dafür aber Vorteile wie gute Trockenlaufeigenschaften, niedrige Reibwerte und geräuscharmen Lauf, Wartungsfreiheit, Chemikalienbeständigkeit und weitgehende Gestaltungsfreiheit.

Werkstoffe
Teilkristalline Kunststoffe weisen im Allgemeinen eine deutlich höhere Verschleißfestigkeit auf als amorphe Materialien und eignen sich daher ausgezeichnet für Gleitlager. [In Abriebversuchen gegen Stahl erhielt man für amorphe Kunststoffe wie ABS und PC Verschleißzahlen von 3.500 bzw. 2.500, während teilkristalline Kunststoffe wie POM und PBT Werte zwischen 100 und 200 ergaben]. Dank ihres breitgefächerten Leistungsspektrums erfüllen die Kunststoffe von Ticona die Anforderungen der unterschiedlichsten Lageranwendungen.

Allgemeine Richtlinien
Das tribologische Verhalten einer Werkstoffpaarung wird durch das System (Materialwahl, Oberflächenrauheit, Schmiermittel, Handhabung und Umwelteinflüsse) und die Belastungsfaktoren (Art der Bewegung, Gleitgeschwindigkeit, Bewegungsmuster, Flächenpressung, Temperatur, Belastungsdauer) bestimmt. Jedes System ist anders: Ein Werkstoffpaar, das in dem einen System einwandfrei funktioniert, ist für ein anderes System ungeeignet. Bei vielen Anwendungen darf kein externes Schmiermittel verwendet werden, d.h. das System wird im Trockenlauf gefahren. Der wichtigste Aspekt bei trocken laufenden Lagern ist das mögliche Erweichen oder Schmelzen aufgrund der geringen Wärmeableitung der Kunststoffe (wenngleich es auch bei geschmierten Lagern zur Überhitzung kommen kann). Hier ist die richtige Kombination der für das Lager eingesetzten Werkstoffe entscheidend.

Es gibt zwei Möglichkeiten der Werkstoffpaarung:

1. Kunststoff gegen Kunststoff
Obwohl das Gleitverhalten durch viele Faktoren beeinträchtigt werden kann, lassen sich einige gute Kunststoff-Kunststoff-Paarungen nennen:

• POM gegen POM
• POM gegen PBT oder PET
• POM gegen PE-UHMW
• POM gegen PA
• PBT oder PET gegen PA
• PBT oder PET gegen PE-UHMW

In vielen Fällen ergeben Werkstoffe/Werkstofftypen mit unterschiedlicher Reibung und Oberflächenhärte bessere Gleitpaare (ruck- und geräuschärmeres Gleiten) als zwei gleiche Werkstoffe. Auch wird dringend empfohlen, die Kunststoffpaarung zu testen. [Mehr Informationen über Werkstoffpaare erhalten Sie in Kapitel 3.2 des Leitfadens Plain Bearings Made From Engineering Plastics.]

2. Kunststoff gegen Metall
Bei Lagern, bei denen der eine Gleitpartner aus Kunststoff und der andere aus Stahl (oder einem anderen Metall) besteht, spielt die Erwärmung nur eine untergeordnete Rolle. Wichtiger sind hier die Reib- und Haftkräfte. Die Reibungszahl hängt von der Oberflächenrauheit des Metalls ab, die in der Regel optimal ist (siehe Seite 7 Abb. 2.7 in Plain Bearings Made From Engineering Plastics). Der Reibungsverschleiß von Kunststoff steigt mit zunehmender Rauheit der Oberfläche des Gleitpartners aus Metall. Deshalb müssen für eine konkrete Anwendung das Verschleißverhalten und die Gleitreibung gegeneinander abgewogen werden.

Geschmierte Systeme
Obwohl Kunststoffe wie z.B. Acetalcopolymer Selbstschmiereigenschaften aufweisen, kann eine Schmierung in manchen Fällen sehr hilfreich sein, um eine noch bessere Leistung zu erzielen. Da viele technische Kunststoffe chemisch beständig gegen Schmiermittel sind, ist häufig eine herkömmliche Schmierung möglich. Bei Kunststofflagern hat man jedoch auch die Option, einen bereits in den Kunststoff integrierten Schmierstoff wie PTFE, Silicon, Wachs oder Graphit zu verwenden. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn Fett oder Öl unerwünscht ist (z.B. bei Kinderspielzeug).

Es ist nicht immer einfach herauszufinden, welche herkömmliche Schmiermethode oder welcher selbstschmierende Kunststofftyp sich eignet (siehe Celcon^® POM wear guide). Angaben zur Schmierung erhält man auch von verschiedenen Schmierstoffanbietern.