Edelstahlwellen, Flansch- und Gleitlager für Laborpressen

Steckbrief

• Was wurde benötigt: drylin R-Flanschlager 
• Anforderungen: hohe Temperaturen bis 400 °C, Presskräfte bis zu 70 t
• Branche: Maschinenbau
• Erfolg für den Kunden: Der Werkstoff iglidur X bewältigt Druckbelastungen, sehr hohe und auch Minustemperaturen und bleibt dabei formstabil

Insgesamt verfügt die Vogt Maschinenbau GmbH in Berlin, das seit gut fünfzehn Jahren am Markt ist, über einen sehr breiten Erfahrungsschatz. Um die 150 Projekte sind überwiegend in Deutschland, aber auch international verwirklicht worden. Neben Laborpressen werden auch Laborwalzwerke hergestellt. Die Laborpressen gibt es in vier Baugrößen, die sich in den Maßen der Pressflächen unterscheiden. Sie kommen im gesamten Bereich der Gummi- und Kunststoffentwicklung und Prüfung zum Einsatz und bestehen aus einer Viersäuleneinheit in sogenannter Unterkolbenbauweise. Das bedeutet, der Kolben drückt von unten nach oben. Eine obere Gegenplatte, die Jochplatte, nimmt die gesamten Pressdrücke auf. Zwar kann man auch umgekehrt drücken, aber diese Vorgehensweise ist sanfter, da man gegen die Schwerkraft vorgeht.
 

Problem

Komplexen Zeit-, Druck- und Temperaturvorgaben für Pressversuche von Gummi oder Kunststoffen, auch unter Vakuum, müssen sich diese Laborpressen stellen. Teilweise sind sie dabei im Vierschichtbetrieb nahezu täglich im Einsatz. Es handelt sich um kein Produkt von der Stange, sondern um kundenspezifische Lösungen. Zum Einsatz kommen die Laborpressen zum einen in Universitäten und Instituten, zum anderen aber auch Industrieunternehmen. Während die einen beispielsweise im Auftrag der Automobilindustrie die Festigkeit von Innenverkleidungen aus erneuerbaren Rohstoffen oder die Steifigkeit von Karbonfasern erforschen, stehen bei den anderen komplexe Eingangsprüfungen an. Hier können sehr, sehr lange Maschinenlaufzeiten anfallen. Die Produktpalette besteht aus Automatik-, Vakuum-, Form- und Handhebelpressen. Sie können mit heiz- und kühlbaren Pressplatten ausgestattet sein, die Temperaturen bis 400 °C erreichen. Die Presskräfte liegen bei bis zu 70 t.

Eine Reihe von Sonderanwendungen wird mit den unterschiedlichen Laborpressen verwirklicht. Dabei kann es sich beim Thema Formpressen um sogenannte 'Ophthalmic Plaques' handeln. Sie werden zur Langzeit-Behandlung von Patienten mit Krebs im Augapfel eingesetzt. Es kommen schwach strahlende Isotopen zum Einsatz. Die Maschine wird zum Ausformen individueller, muldenförmiger Geometrien für die Medizintechnik eingesetzt. Die Aufgabenstellung des Kunden bestand darin, in einem Kaltverformungsprozess mittels Druck einen festgelegten prinzipiellen Zyklus zum Herstellen der strahlenden Implantate zu realisieren. Ein Zyklus bezüglich der einzelnen Zyklus-Parameterwerte soll möglichst wiederholgenau und frei programmierbar sein mit bis zu sieben Einzelschritten. Insgesamt sind 20 Einzel-Zyklusprogramme mit individuellen Wertekombinationen für Druck und Zeit fahr- und jederzeit reproduzierbar. In einer weiteren Anwendung werden mit der Hilfe einer Vakuumpresse Edelsteine in Füller-Endkappen appliziert. Die Funktionsweise ist denkbar einfach: In das Werkzeug wird der Edelstein und die Endkappenrohlinge eingelegt. Das Werkstück wird erwärmt, ein Vakuumraum hergestellt und anschließend evakuiert. Das Werkzeug wird verschlossen, Ober- und Unterteil verschmelzen. Die Endkappe mit ihrem kostbaren Inhalt kann anschließend entnommen werden. Ein Zyklus dauert rund 30 Minuten. Insgesamt sind mittlerweile über 500.000 Endkappen völlig problemlos hergestellt worden.

Grundsätzlich besteht die Hauptanforderung immer darin, dass sich die Pressplatten schließen. Außerdem sollen sie zum anderen möglichst parallel zueinander stehen. Es kommt also auch auf die Planparallelität an. Pressfunktion und Planparallelität werden über die Säulenführung realisiert. Darüber hinaus müssen die Säulen hohen Temperaturen – kurzfristig bis max. 300 °C - standhalten.

Lösung

Robuste Edelstahlwellen sowie temperaturbeständige und schmiermittelfreie Polymerlager sorgen für höchste Verfügbarkeit des Herzstückes der Maschine, den beiden Pressplatten. Sie kommen ausschließlich in den Führungen der verschiedenen Laborpressen zum Einsatz. Die komplette Viersäuleneinheit beinhaltet u.a. Bauteile der igus GmbH. Es handelt sich um korrosions- und chemikalienbeständige Edelstahlwellen sowie einfach zu montierende, wartungsfreie drylin R-Flanschlager mit formschlüssig eingelegter Gleitfolie aus dem hoch temperaturbeständigen und wartungsfreien Polymerwerkstoff iglidur X. Lediglich bei sehr großen Abmessungen wird die Gleitfolie durch eine zylindrische Buchse ersetzt, die vollständig aus iglidur X besteht. Die Edelstahlwelle wird nach Kundenzeichnung hergestellt und variiert in der Länge je nach Pressentyp zwischen 430 und 600 mm. Die Durchmesser der Lager liegen jeweils zwischen 30, 40 und 50 mm. Die Polymerlager substituieren metallische Buchsen mit PTFE-Beschichtung, die ganz am Anfang zum Einsatz kamen. Sie haben sich nicht bewährt, da die Beschichtung den hohen Temperaturen auf Dauer nicht standgehalten hat, so dass die Buchse sich früher oder später an der Säule festfraß.

In der Linearbewegung an der Edelstahlwelle, den Hubeinheiten, bewährt sich der Werkstoff iglidur X. Das Hochleistungspolymer bewältigt Druckbelastungen bis zu 150 MPa, hohe Temperaturen kurzzeitig bis 315 °C und bleibt dabei formstabil. Aber auch bei Minustemperaturen spielt der Werkstoff seine Stärke aus. Er kann außerdem in Vakuum eingesetzt werden. Ein Ausdampfen findet nur in geringen Maßen statt. Grundsätzlich ist seine Feuchtigkeitsaufnahme niedrig, das macht auch Unterwassereinsätze möglich. Dazu ist der Werkstoff beständig gegen radioaktive Strahlung, was sich in speziellen Anwendungen im Bereich der Medizintechnik bewährt.

Die hohen Anforderungen werden erfüllt, das Führungsverhalten der schmiermittelfreien Polymerlagern stimmt, es fällt so gut wie keine Wartung an. Die Standzeiten stimmen auch, so dass auch in Zukunft auf die schmiermittel- und wartungsfreien Polymerlager gesetzt werden soll.