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Kunststoff statt Metall?

Text: René Achnitz, Igus
Immer mehr Konstrukteure setzen auf schmier- und wartungsfreie Gleitlager aus Kunststoff, denn sie decken die meisten Anforderungsprofile ab und sind ausgesprochen wirtschaftlich. Die Vorteile von schmierfreier Lineartechnik und Polymerrundtischlagern werden am Beispiel einer Entkeimungsmaschine deutlich.

Das Unternehmen Optima verbaut schmierfreie Lager in seine Abfüll-, Verschließ- und Verpackungsmaschinen. „Die technischen Eigenschaften der Polymergleitlager haben sich seit ihrer Einführung spürbar verbessert. Heute sind Lösungen möglich, an die vor einigen Jahren nicht zu denken war“, sagt Thomas Franke, projektbetreuender Konstrukteur bei Optima. Der Konstrukteur setzt bei Gleitlagern auf die tribo-optimierte Polymertechnik von Igus. Eingeführt unter dem Namen iglidur, werden sie seit 30 Jahren im eigenen Labor des Herstellers getestet und immer wieder verbessert und weiterentwickelt. Im Konstruktionsalltag bewähren sich vor allem die mechanischen Eigenschaften sowie die Beständigkeit in aggressiven Umgebungen. Aber es kommt auch auf physikalische, thermische und weitere Aspekte an.

Verpackungslinie für
lebende Kulturen

Optima baut Sondermaschinen und bietet von Einstiegsgeräten bis hin zu kompletten Linien alles, was das Dosieren, Abfüllen, Verpacken und Verschließen von Lebensmitteln, chemischen und kosmetischen Produkten betrifft. So wurde für einen Kunden eine Entkeimungsmaschine zur Innenreinigung von Kanistern entwickelt. Weil die Kanister in einem späteren Prozessschritt mit lebenden Kulturen als Lebensmittelzusatz befüllt werden, muss eine absolute Keimfreiheit beim Abfüllen garantiert sein. Eine Anlage für kleine Gebinde war beim Kunden bereits in Betrieb. Eine zweite, ausgelegt auf größere Gebinde wie 5l- beziehungsweise 25l-Kanister, sollte folgen.

Am Anfang der Verpackungslinie, die an fünf Tagen in der Woche in Betrieb sein wird, steht die Entkeimungsmaschine. Herzstück ist ein Drehwerkzeug, dass die Kanister einklemmt, anhebt und um 180 Grad dreht. Anschließend fahren sie über die Entkeimungsdüsen, werden besprüht, zurückgedreht und auf ein Band abgesetzt. An dieser Stelle muss das Entkeimungsmittel einige Sekunden wirken, was durch die Taktzeiten des Abfüllprozesss gesteuert wird.

Die Aufhängung des Drehwerkzeugs besteht aus der robusten Lineargleitführung drylin W als Doppelprofil und Handklemmung für höhere Haltekräfte zum Fixieren der Position. Durch den Verzicht auf Schmierung ist das System nicht gegen Schmutz und eignet sich auch für Anwendungen und hygienischen Umgebungen. Die Linearführung wurde als Sonderteil nach Kundenzeichnung gefertigt. „Um Gewicht zu sparen und bewegte Massen zu reduzieren, wurde sie ausgefräst und mit Aussparungen versehen“, so der Konstrukteur. Als Lagerung beweist ein Gehäuselager mit einstellbarem Spiel seine Leistungsfähigkeit.

Besonderes Rundtischlager

Ein Polymer-Rundtischlager (PRT) in der Baugröße 20 ist als Gegenlager zum Drehzylinder gedacht. Die Besonderheit dieses Rundtischlagers ist der platzsparende, quadratische Flansch, der eine direkte Montage auf ebenen Flächen ermöglicht. Als Gegenstütze dient ein besonders leichtes drylin-R-Präzisionsaluminiumrohr. Linearlagergehäuse wie Wellenböcke und Loslager sorgen in Kombination dafür, dass sich das Rohr nicht frei drehen kann. Als Werkstoff der Gleitelemente kommt in allen Fällen iglidur J zum Einsatz. Konstruktiver Vorteil sind vor allem die gute Chemikalienbeständigkeit sowie der niedrige Verschleiß.

Aggressive Reinigungsmedien

Um eventuell vorhandene Bakterien in den Kanistern abzutöten, wird zum Entkeimen flüssiges Chlordioxid eingesetzt, das äußerst aggressiv ist. Aus diesem Grund kommt es vor allem auf die chemische Beständigkeit der Komponenten an. Aber es geht auch um das Thema Energieeffizienz: Gesamtgewicht und Leichtgängigkeit des Systems spielen eine wichtige Rolle. Dazu Franke: „Je schwerer die Anlage, desto träger ist der gesamte Bewegungsablauf. Dagegen können Motoren und Antriebe kleiner ausgelegt werden, je weniger Gewicht bewegt werden muss.“ Bei dem komplexen Anforderungsprofil komme für die schmierfreien Lager als Werkstoff nur Kunststoff in Frage.

Bei vielen Projektierungen setzt der Konstrukteur auf einen weiteren Standardwerkstoff von Igus: iglidur X. Er weist eine hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit von bis zu 250 °C auf. „Dazu kommt, dass in der Chemie hohe Anforderungen an den Explosionsschutz gestellt werden“, so der Konstrukteur. Hier spiele die Leitfähigkeit des Werkstoffes eine wichtige Rolle. Bei einem spezifischen Durchgangswiderstand von weniger als 105 Ωcm ist die notwendige Sicherheit gewährleistet.

Alternative Polymerkugellager

Xiros-Polymerkugellager von Igus ersetzten bei Optima immer öfter Kugellager aus Metall. Wird beispielsweise Pulver oder Granulat verpackt, besteht die Gefahr, dass kleine Produktteile die Wälzlager blockieren und es zum Anlagenstillstand kommt. Wird das Metalllager dagegen komplett abgedichtet, wird es schwergängig. „Beim leichten Polymerlager ohne aktive Schmierung rieseln die Teilchen einfach durch, ohne die Leichtgängigkeit zu beeinflussen und dauerhaft Störungen zu verursachen“, so der Konstrukteur. Auch in der ersten Konstruktionsphase der überarbeiteten Entkeimungsmaschine hat er auf Polymerkugellager gesetzt. Sie hätten allerdings auf Dauer die statische Belastung nicht ausgehalten, sodass die Entscheidung schließlich auf das Polymerrundtischlager gefallen ist.

Wirtschaftlichkeit im Fokus

Schmier- und wartungsfreie Gleitlager haben nicht nur technische, sondern speziell für den Endkunden auch wirtschaftliche Vorteile. „Zum einen sind sie in der Beschaffung günstiger als Edelstahllager“, sagt Franke, „zum anderen müssen Anwender weder teure Schmier- noch Reinigungsmittel bereithalten." Darüber hinaus gebe es auch keine Entsorgungskosten, die sich auf Dauer summieren.

Der Einsatz der Polymergleitlager setzt sich in allen Konstruktionsabteilungen des Sondermaschinenbauers fort. „Wir stehen mit unseren Anlagen in einem umkämpften Wettbewerb. Vielfach entscheidet der Preis“, so Franke abschließend. „Der im Vergleich teure Industriestandort Deutschland muss durch entsprechende Lösungen kompensiert werden.“

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