Bei den Stichwörtern „Hochleistung” beziehungsweise „Alleskönner” wird die Luft ja grundsätzlich dünn – spätestens da beginnt sich die Spreu vom Weizen zu trennen. Das gilt erst recht für Kunststoffe beziehungsweise Polymere in tribologischen Anwendungen. Wenn Geschwindigkeiten, Druckverhältnisse, Einsatzdauer oder Temperaturen in zum Beispiel Gleit- oder Kugellagern massiv zunehmen, wenn die Anforderungen an Gleit-Reib-Eigenschaften und die Erwartungen an eine TCO-Optimierung gleichzeitig wachsen und wenn die Leistungsvermögen von Standardkunststoffen wie POM, PBT oder Polyamiden an ihre Grenzen stoßen – dann kommen die Hochleistungs-Compounds auf Polymerbasis zum Einsatz.
Dann wird auch schnell deutlich, welches Polymer nur auf dem Datenblatt überzeugen konnte und welches nach der erfolgreichen Entwicklungszeit auch den Einzug in die Serienproduktion schafft – ganz einfach weil es im Feintuning immer weiter an die Bedürfnisse angepasst werden konnte. Und es wird vor allem schnell deutlich, ob es sich bei dem Compound-Lieferanten „dahinter” wirklich nur um einen Lieferanten oder einen Materialentwickler handelt, der sein Handwerk versteht. Der das Compoundieren von Polymeren, Additiven und Füllstoffen in einem Maße beherrscht, dass er immer eine Antwort auf die Frage hat „Schafft der Kunststoff das? Kann der Compound die Höchstleistung bringen, die wir Konstrukteure von ihm fordern?”
Um konstant steigenden Anforderungen in tribologischen Systemen – wie zum Beispiel in Autoschiebdächern, Gleitlagern für Diesel-Einspritzpumpen oder auch in Lagerkäfigen für Windkrafträdern – gerecht zu werden, muss ein tribologischer Hochleistungs-Compound ein hartes „Trainingslager” über sich ergehen lassen beziehungsweise ein stark selektierendes Auswahlverfahren erfolgreich meistern. Denn auf dem Weg zum Champion-Titel „Hochleistungs-Compound” warten dabei so einige Hürden auf den angehenden Alleskönner:
Ein Polymer allein mag noch so steif und fest sein, über fantastische Gleiteigenschaften oder auch höchste Chemikalienbeständigkeit verfügen – ohne ein perfektes Zusammenspiel mit Additiven beziehungsweise Füllstoffen wie Silikon-Öl, Grafit oder Kohlefasern wird es in den Einzug in die weiteren Auswahlrunden nicht überstehen. Hier ist es natürlich von großem Vorteil, wenn der Materialentwickler a) über einen reichen Erfahrungsschatz verfügt, welches Polymer in welchem Verhältnis besonders gut mit welchem Additiv beziehungsweise Füllstoff zusammenarbeitet/zusammenspielt und b) wenn er über eine möglichst große Bandbreite an Compound-Bestandteilen verfügt – vergleichbar einem Pharmazieschrank mit unzähligen Wirkstoffen und möglichen Wirkstoffkombinationen. Das versetzt ihn in die Lage, dass er praktisch komplett frei ist in seiner Auswahl der benötigten Werkstoffe/Polymere beziehungsweise deren Kombination mit Zuschlagstoffen wie Additiven und Füllstoffen.
Ein Rezept für einen Compound mag sich bereits als wahres Erfolgsrezept herausgestellt haben – dennoch muss es auch immer offen bleiben für eine neue Zusammensetzung, sprich: sich wiederholt immer wieder neuen Beimischungen beziehungsweise Rezeptvorschlägen stellen. Nur so kann der Materialentwickler die für die jeweils neu definierte Anforderung an das Compound die jeweilig individuell beste Lösung erstellen. Und die ist immer facettenreich – je nach Einsatzfall kann das Spektrum von einer besonders hohen Einsatztemperatur über eine breit gefächerte Dimensionsstabilität bis hin zu einer extremen Chemikalienbeständigkeit reichen. Ein breites Spektrum wie es eben typisch ist für wahre Alleskönner.
Einen tribologischen Hochleistungs-Compound weiterzuentwickeln, bedeutet auch ihn immer wieder zu prüfen. Und das nicht erst „5 vor Ramp-up”, sondern immer und immer wieder entlang des gesamten Entwicklungsprozesses. Nah „an der Anwendung dran” können so Parameter wie zum Beispiel Geschwindigkeit, Druck, Bewegungsart, Zeit, Temperatur und sogar Gegenlaufpartner simuliert werden. Diese Testverfahren haben sperrige Namen (von Block-auf-Ring- und SRV-Tribometer über Kugel-Prisma- und Stift-auf-Platte-Tribometer bis hin zu Stift-auf-Scheibe- und Thrust-Washer-Tribometer) – aber sie liefern glasklare Zahlen für die verschiedensten Entwicklungsstufen wie sie zum Beispiel im Rahmen eines Stage-Gate-Modells existieren.
Viele Hochleistungs-Compounds bringen in der Theorie die besten Voraussetzungen mit, um die Erwartungen, die an sie gestellt werden zu erfüllen – theoretisch. Allein – die wenigsten überleben die zahlreichen Testrunden, die ein Werkstoff im Laufe der Produktentwicklung überleben muss, um zur Serienreife zu gelangen. Ganz einfach, weil sie keine Rückendeckung von einem kompetenten, erfahrenen Team erfahren, dass es versteht, das Beste aus ihnen rauszuholen. LEHVOSS hat diese Teams, die einen tribologischen Hochleistungs-Compound zu einem wahren Alleskönner machen. Sie bestehen aus Anwendungs-, Material- beziehungsweise Marktentwicklern. Aus Kunststoff-Ingenieuren, Maschinenbauern und Materialwissenschaftlern. Kurz: Aus Leuten, die ihr Handwerk – und auch das ihrer Kunden – verstehen. Von der ersten Idee bis zum serienreifen Bauteil im täglichen Einsatz.
Konkrete Einsatzbeispiele für tribologische Hochleistungscompounds.
Beispiel 1: Einsatz in Autoschiebedächern.
Wie für alle Fahrzeugkomponenten besteht auch für Schiebdächer ein umfassender Anforderungskatalog hinsichtlich ihrer technischen Herausforderungen, den es seitens der Systemhersteller zu erfüllen gilt. Serienmäßig inklusive Anforderungen in puncto Kosten, Gewicht und Prozesssicherheit:
- Das Gewicht muss möglichst gering sein, um den Fahrzeug-Schwerpunkt tief zu halten.
- Es dürfen zu keinem Zeitpunkt störende Geräusche auftreten. Kein Rattern, Knarzen, Quietschen oder ähnliches – die aufmerksamen Ohren der Passagiere sind stets nah dran.
- Das Schiebedach muss unzählige Male zu öffnen und zu schließen sein – ohne jegliche Funktionsbeeinträchtigung.
- Eine Vielzahl von Einzelteilen muss – im Wortsinn – reibungslos, leichtgängig und idealerweise ohne externe Schmierung zusammenarbeiten. Gerade auch um die Systemsicherheit zu gewährleisten, die nötig ist, um eine Komplettlösung zu bieten, die direkt an das Produktionsband geliefert werden kann.
Die LEHVOSS-Werkstofflösung:
- Inhärent selbstschmierende tribologische Compounds, die keine zusätzliche Schmierung benötigen.
- Compounds mit maximaler Festigkeit und Steifigkeit. Für Bauteile, die auch Tests mit geöffnetem Schiebdach bei über 200 km/h bestehen.
- Hochleistungs-Compounds, die – um die volle Systemverantwortung zu gewährleisten – in enger Zusammenarbeit/Kooperation zwischen Systemlieferant und Werkstoffentwickler entstehen.
- Compounds mit Carbonfasern. Diese bieten – gegenüber Glasfasercompounds – die Vorteile, dass sie deutlich steifer und fester sind und gleichzeitig über exzellente tribologische Eigenschaften verfügen: das Verschleißen des Gegenlaufpartners wird vermieden.
Beispiel 2: Kugellager in Windkrafträdern.
Auch bei Kugellagern in Windkraftanlagen zahlt sich die Systembetrachtung aus. Ein Kugellager aus einem tribologischen Hochleistungscompound, in dessen Entwicklung von Anfang an das Fachwissen von Konstrukteur und Materialentwickler gleichermaßen geflossen ist, wird gerade langfristig unter TCO-Gesichtspunkten überzeugen. Einfach weil es leistungsfähiger, verlässlicher, widerstandsfähiger ist und so Wartungsintervalle verlängert und Ausfälle verringert. Auf Basis eines modifizierten Compounds, der entsprechende Leistungsparameter wie Druck, Festigkeit, Verschleiß und auch Nachhaltigkeit mehr als erfüllt.
Zum Einsatz kommen hier die tribologischen Compounds der LEHVOSS Group auf Basis des Hochleistungspolymers Polyetheretherketon (PEEK). PEEK überzeugt vor allem auch unter TCO-Aspekten, da es sich trotz höherer Materialkosten sehr schnell amortisiert. Dazu addiert sich die PEEK-Variante „eco”. Als LUVOTECH eco PEEK überzeugt der Compound in puncto Nachhaltigkeit mit einem um bis zu 90 Prozent reduzierten CO2-Fußabdruck.