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Furniermaschine - Kunststoffgleitlager meistern extreme Last und hohe Temperaturen

Holzstaub, hoher Druck und hohe Temperaturen: Die Umgebungsbedingungen für die Gleitlager von Maschinen, die Holzfurniere zusammensetzen, sind alles andere als ideal. Unter diesen extremen Anforderungen bewähren sich Kunststoff-Gleitlager von igus. Die Heinrich Kuper GmbH, die als einziger Hersteller weltweit das gesamte Spektrum der Furnierzusammensetztechniken abdeckt, setzt in einer neuen Maschinengeneration an einer besonders kritischen Stelle – der Druckbalkenlagerung – geteilte igus Gleitlager aus dem Werkstoff iglidur G ein.

Wenn es um die Holzbearbeitung geht, hat der deutsche Maschinenbau international eine starke Position. Das mag zu einem großen Anteil daran liegen, dass Material und Verarbeitungsprozesse hier sehr hohe Ansprüche an die Maschinen und an die Engineering-Kompetenz der Konstrukteure stellen. Beispiel Furnierherstellung: Mit hohen Presskräften und unter hohen Temperaturen werden einzelne Furnierstreifen zu so genannten Teppichen zusammengesetzt.
 

Furniermaschine der Heinrich Kuper GmbH nutzt iglidur Gleitlager  

Problem

Starke Schmutz- und Staubbelastung in Kombination mit hohen Temperaturen erschweren die Bedingungen für Buchsen in dieser Anwendung. Zudem wollte die Heinrich Kuper GmbH für die Lagerstellen der Furniermaschine eine wartungs- und schmierfreie Lösung, die lange Standzeit ermöglicht. 

Lösung

Kunststoffgleitlager aus iglidur G bieten eine schmierfreie Lösung, die sehr unempfindlich gegen Staub- und Schmutz ist. Die auftretenden Belastungen werden durch den druckstabilen Werkstoff iglidur G abgefangen. Des Weiteren bleibt der Reibwert auch unter den erschwerten Bedingungen der Furniermaschine niedrig und ermöglicht eine sehr gute Lösung für den Dauereinsatz.   

 

"Auch wegen der Korrosionsbeständigkeit und der Unempfindlichkeit gegenüber dem reichlich anfallenden Holzstaub ist die Anwendung der iglidur G Lager in diesem Fall für uns die erste Wahl.“

Michael von Mutius, stellvertretender Konstruktionsleiter der Heinrich Kuper GmbH

Das Herzstück: Klebedruckbalken

In diesem sehr spezialisierten Bereich des Maschinenbaus gehört die Heinrich Kuper GmbH in Rietberg zu den Marktführern. Mit der Furnier-Querzusammensetzmaschine „ACR-Superquick“ hatte man seit Jahren eine weltweit erfolgreiche Baureihe im Programm – entsprechend hoch waren die Anforderungen und Erwartungen, als Kuper mit der Entwicklung der Nachfolgebaureihe „ACR-Speedstar“ begann.
 
Das Herzstück einer Furniermaschine ist der Klebedruckbalken. Er fügt mit Hilfe von Klebeelementen die Furnierstreifen zusammen. Dabei werden im Fügebereich Preßkräfte bis 20.000 N und Temperaturen bis 220 oC erreicht. Da die Furnierstreifen große Längen aufweisen können, ist auch der Druckbalken nicht gerade klein: Er erreicht eine Länge von rund 3500 mm und wiegt etwa 500 kg.

Dass die Konstrukteure und, in der Folge, die Anwender der Maschine sehr hohe Anforderungen an die Lagerung des Balkens stellen, ergibt sich aus den Umgebungsbedingungen. Schließlich muss der Balken neben seinem Eigengewicht auch die hohen Presskräfte von bis zu 20.000 N aushalten. Diese Anforderung ist unter anderem deshalb nicht ganz leicht zu erfüllen, weil es durch den Druck zu Durchbiegungen des Balkens kommt. Zu den Aufgaben der Lagerstellen gehört es, diese Durchbiegungen zu kompensieren.

Die Druckbalkenlagerung einer Furniermaschine der Heinrich Kuper GmbH

Die Druckbalkenlagerung der Maschine muss hohen Kräften standhalten und sowohl Durchbiegungen als auch temperaturbedingten Verzug kompensieren.

 

Balken muss beweglich bleiben

Zusätzlich führen die auftretenden hohen Temperaturen zu Wärmedehnungen, die ebenfalls von den Lagern ausgeglichen werden müssen. Weitere Anforderungen betreffen die Servicefreundlichkeit und die Verfügbarkeit der Lagerung und somit der gesamten Maschine: Da man für Reinigungszwecke Zugang zu den Klebeelementen benötigt, sollte die Lagerung diesen Zugang ermöglichen – das heißt, der Balken muss im Servicefall beweglich sein. Außerdem sollen die Lager weitestgehend wartungs- und verschleißfrei sein. Last not least spielen auch die Kosten der Lagerung eine Rolle.
 
Bei der ACR - Superquick hatte Kuper noch eine translatorische Druckbalkenlagerung mit Kugelbuchsenführungen vorgesehen. Michael von Mutius, stellvertretender Konstruktionsleiter  und für die Konstruktion der ACR - Speedstar verantwortlicher Projektingenieur der Heinrich Kuper GmbH: „Diese Lagerung war jedoch nicht wartungsfrei und zudem relativ kostenaufwändig. Auch die Zugänglichkeit zu den Klebeelementen war nicht optimal.“ 
 

Wartungsfreie Lagerung

Um diese Zugänglichkeit zu gewährleisten, sah Kuper bei der neuen Maschine eine Rotationsbewegung vor: Der Druckbalken kann sich um 90o zum Bediener hin bewegen. Und bei der Lagerung des Druckbalkens entschied man sich auch für neue Wege: Hier kommen Kunststoff-Gleitlager zum Einsatz, genauer gesagt iglidur G-Lager vom Typ GFM 90-95-100, die geteilt und auf die Länge von 60 mm gekürzt wurden.
 
Diese Lösung bewährt sich in der Praxis: Durch die Rotationsbewegung schwenken die Klebeelemente direkt zum Bediener hin und sind für Reinigungs- und Wartungszwecke gut erreichbar. Aufgrund der Teilung der Lager ist die Montage bzw. Demontage des Druckbalkens ganz einfach, und das Lagerspiel der iglidur-Gleitlager kompensiert sehr effektiv Wärmedehnungen und Durchbiegungen des Druckbalkens. Dabei kommen die Lager bzw. der Lagerwerkstoff noch nicht einmal an ihre Belastungsgrenze: Der Einsatz der iglidur-Lager lässt noch Spielraum nach oben, so dass auch größere Arbeitsbreiten bis 4000 mm und 25.000 N Belastung möglich sind.
 

Antrieb der Druckbalkenlagerung einer Furniermaschine der Heinrich Kuper GmbH

Blick auf den Antrieb der Druckbalkenlagerung: Über einen Elektromotor mit Aufsteckgetriebe kann der 500 kg schwere Druckbalken für Service- und Reinigungszwecke um 90° zum Bediener hin bewegt werden.

 

Korrosionsbeständig und resistent gegen Staub

Die in der Holzbearbeitung üblichen Umgebungsbedingungen sprechen ebenfalls für den Einsatz von Kunststoffgleitlagern. Michael von Mutius: „Auch wegen der Korrosionsbeständigkeit und der Unempfindlichkeit gegenüber dem reichlich anfallenden Holzstaub ist die Anwendung der iglidur G Lager in diesem Fall für uns die erste Wahl.“
 
Deshalb ist Kuper auch bei weitem nicht der einzige Hersteller von Holzbearbeitungsmaschinen, der bei innovativen Lager-Lösungen auf iglidur-Werkstoffe setzt. Dass dabei sehr häufig iglidur G zum Einsatz kommt, liegt daran, dass dieser Werkstoff im umfangreichen iglidur-Programm als der „Alleskönner“ gilt. iglidur G eignet sich sehr gut für Schwenk- und Drehbewegungen mit niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten auch bei extrem hohen Belastungen (Temperatur, Schmutz, Druck…) und unter widrigen Umgebungsbedingungen – exakt also für jenes Einsatzprofil, für das die Kuper-Ingenieure eine Lösung suchten. Und da igus die iglidur G Lager in einer Vielzahl von Abmessungen ab Lager vorrätig hält, konnte Kuper eine Lösung „von der Stange“ wählen, die stets verfügbar ist.
 

Zeichnung: Kunststoff-Gleitlager in Furniermaschine

Technische Zeichnung: Zu sehen sind iglidur Kunststoffgleitlager in der Furnierzusammensetzmaschine

 

Langzeit-Einsätze mit konstanten Reibewerten

Bei Flächenpressungen von bis zu 100 MPa wird bei iglidur G-Lagern nur eine vernachlässigbare plastische Verformung gemessen. Auch diese hohe Druckfestigkeit zählte zu den Anforderungen, die Kuper an die Druckbalkenlagerung stellte. Das Lager eignet sich auch deshalb für die Aufnahme von hohen Drücken, weil der Reibwert mit zunehmender Belastung abnimmt. Last but not least stimmen nicht nur die technischen, sondern auch die wirtschaftlichen Daten: iglidur-Gleitlager sind im Vergleich zu handelsüblichen metallischen gerollten Lagern, und natürlich erst recht im Vergleich zu Kugelrollenführungen, deutlich kostengünstiger. Zugleich minimiert sich der Service-Aufwand, weil die Lager wartungsfrei sind und sehr hohe Standzeiten aufweisen: Selbst bei hohen Belastungen werden Langzeit-Einsätze mit konstanten Reibwerten erreicht.
 
Kuper beschritt mit der innovativen Druckbalkenlagerung der ACR-Speedstar Neuland und sieht sich auch in dieser konstruktiven Detaillösung darin bestätigt,  dass Innovationen die Wettbewerbsfähigkeit stärken: Die Kunststoff- Gleitlagerung bewährt sich bestens in der der Praxis, und die neue Maschinengeneration wurde schon auf Holzmesse in Atlanta USA mit dem „Challenge Award“ ausgezeichnet.
 

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