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Gleiten unter härtesten Bedingungen

Edelstahlwellen, Flansch- und Gleitlager für Laborpressen

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. Robuste Edelstahlwellen sowie temperaturbeständige und schmiermittelfreie Polymerlager sorgen für höchste Verfügbarkeit des Herzstückes der Maschine, den beiden Pressplatten.

„Unsere Laborpressen kommen im gesamten Bereich der Gummi- und Kunststoffentwicklung und Prüfung zum Einsatz“, erzählt Joachim Werner, Geschäftsführer des Unternehmens Vogt Maschinenbau GmbH in Berlin. „Das können zum einen Universitäten und Institute, zum anderen aber auch Industrieunternehmen sein. 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.

Funktionsweise der Laborpressen

Die Laborpressen 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“, erläutert Joachim Werner. „Aber unsere Vorgehensweise ist sanfter, da man gegen die Schwerkraft vorgeht.“

Die komplette Viersäuleneinheit beinhaltet u.a. Bauteile der igus® GmbH, Köln. Beide Unternehmen arbeiten schon seit vielen Jahren zusammen. 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.

Von der Urinente…

Insgesamt verfügt das Maschinenbauunternehmen, 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. „Wir haben beispielsweise in Saudi-Arabien zwei Laborpressen laufen“, so Joachim Werner. „Eine davon steht in einem Unternehmen, das im Spritzgussverfahren Urinenten herstellt. Hier geht es um besagte Eingangsprüfungen.“

Ein kleiner Mitarbeiterstamm, der aus dem Geschäftsführer, einem Konstrukteur, einem Monteur sowie einer Bürokraft besteht, stemmt die in der Regel hoch komplexen Aufträge. Neben Laborpressen werden auch Laborwalzwerke hergestellt. Die Fertigungstiefe tendiert gen Null. „Wir investieren in kein Bearbeitungszentrum, sondern vergeben alle relevanten Aufträge an entsprechende Lohnfertiger, beziehen unsere Komponenten von bewährten Lieferanten und montieren anschließend bei uns vor Ort“, berichtet Joachim Werner. Die Laborpressen gibt es in vier Baugrößen, die sich in den Maßen der Pressflächen unterscheiden. Sie werden je nach Anforderung des Kunden ausgelegt. Ausführung und individuelle Anpassung der Grundmaschine an die Erfordernisse vor Ort hat sich der Anbieter auf die Fahnen geschrieben. „Unser Kunde bekommt genau die Maschine, die er für seine spezielle Anwendung braucht“, erläutert Joachim Werner die Produktphilosophie des Hauses.

… bis zum Premium-Füller

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.

Ansicht auf Laborpresse mit Viersäuleneinheit.

Ansicht auf Laborpresse mit Viersäuleneinheit.

 
Handhebelpresse: Über die Viersäuleneinheit werden die Pressplatten bewegt.

Handhebelpresse: Über die Viersäuleneinheit werden die Pressplatten bewegt.

 
Edelstahlwelle mit Flansch- und Polymergleitfolie an der Laborpresse.

Edelstahlwelle mit Flansch- und Polymergleitfolie an der Laborpresse.

 
Montierte Flanschlager.

Montierte Flanschlager.

 
Von links: Benjamin Neumann (igus® GmbH), Joachim Werner (Geschäftsführer Vogt Maschinenbau GmbH).

Von links: Benjamin Neumann (igus® GmbH), Joachim Werner (Geschäftsführer Vogt Maschinenbau GmbH).

 

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“, berichtet Joachim Werner.

Pressfunktion und Planparallelität

Die Polymerlager mit den robusten Edelstahlwellen kommen ausschließlich in den Führungen der verschiedenen Laborpressen zum Einsatz. 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. Stillstandszeiten sollen möglichst nicht vorkommen. „Und das haben wir mit den schmiermittelfreien Polymerlagern erreicht“, macht Joachim Werner klar. „Das Führungsverhalten stimmt, es fällt so gut wie keine Wartung an. Und im Fall der Fälle sind die schmiermittelfreien Gleitfolien bzw. -lager leicht austauschbar.“ Zusammenfassend stellt er fest, dass die komplexen Teile die Anforderungen des Maschinenbauers von Anfang an erfüllt haben.

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.

Beständig gegen Radioaktivität

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, wie im Beispiel beschrieben.

Verschiedene Polymerlager auf Lager

„Wir liefern alle drei bis vier Tage eine Laborpresse aus“, erläutert der Geschäftsführer. „Beim Bau gehen wir auf nahezu jeden Kundenwunsch ein.“ Je nach Maschinentyp gibt es Variationen bei der Wellenlänge und den Durchmessern der Lager. „Wir haben für gängige Pressen alle benötigten Produkte auf Lager, so dass wir bei Bedarf auch in der Lage sind, innerhalb weniger Tage eine Laborpresse auszuliefern.“ Die Zusammenarbeit beider Unternehmen ist seit vielen Jahren vertrauensvoll und gut. „Es gibt aus unserer Sicht keinen Grund, daran etwas zu ändern“, stellt abschließend Joachim Werner fest. „Unsere hohen Anforderungen werden erfüllt. Die Standzeiten stimmen, so dass wir auch in Zukunft auf die schmiermittel- und wartungsfreien Polymerlager setzen werden.“

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