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Eigenschaften von Kunststoffen - Welche Kunststoffe sind für den Maschinenbau geeignet?
Technische Kunststoffe sind aus der modernen Industrie nicht mehr wegzudenken. Insbesondere im Sondermaschinenbau finden sie vielfältige Anwendungen, da sie eine hohe Flexibilität und Formbarkeit aufweisen. Dabei ist es wichtig zu wissen, welche Eigenschaften Kunststoffe bei Bauteilen und Normteilen im Sondermaschinenbau haben müssen. In diesem Artikel werden die wichtigsten Einsatzgebiete von Kunststoffen im Maschinenbau aufgezeigt.
Grundlegende Eigenschaften von Kunststoffen
Kunststoffe bestehen aus langkettigen Molekülen, den sogenannten Polymeren. Diese Polymere können entweder synthetisch hergestellt oder natürlichen Ursprungs sein (z. B. Cellulose). Die chemische Zusammensetzung des Polymers beeinflusst maßgeblich die Eigenschaften des daraus hergestellten Kunststoffs.
Die mechanischen Eigenschaften eines Kunststoffs beschreiben dessen Festigkeit und Elastizität sowie seine Brucheigenschaften und Dehnbarkeit unter Belastung. Hierbei spielen Faktoren wie die Dichte des Materials, seine Kristallinität sowie das Vorhandensein von Additiven eine Rolle.
Thermodynamische Aspekte beziehen sich auf das Verhalten von Kunststoffmaterialien bei unterschiedlichen Temperaturen bzw. Drücken. Hier ist insbesondere wichtig zu beachten, ob ein Material thermoplastisch oder duroplastisch reagiert.
Die elektrischen Leiteigenschaften von Kunststoffmaterialien sind oft gering und somit eignen sich viele dieser Stoffgruppen für Isolationszwecke in der Elektrotechnik.
Spezifische Anforderungen an Bauteile und Normteile im Sondermaschinenbau
- Mechanische Belastbarkeit - In Maschinenteilen wie Zahnrädern oder Lagern muss ein hohes Maß an mechanischer Belastbarkeit gewährleistet sein.
- Chemische Beständigkeit - Die meisten Kunststoffe sind chemisch beständig gegenüber vielen Säuren, Laugen oder Lösungsmitteln.
- Temperaturbeständigkeit - Bei Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen müssen die verwendeten Kunststoffe entsprechend hitzebeständig sein, um ihre Funktion beibehalten zu können.
- Witterungsbeständigkeit - Bauteileinsätze unter freiem Himmel erfordern witterungsbeständige Materialeigenschaften.
- Leichtgewichtigkeit - Die meisten Kunststoffarten zeichnen sich durch ihr geringes Gewicht aus.
- Dämpfungseigenschaften - Kunststoffe haben in der Regel gute Dämpfungseigenschaften in Bereichen wie bspw. Schwingungen.
- Transparenz - Kunststoffe können durch ihre zum Teil transparenten Eigenschaften den Einblick in geschlossene Maschinenbereiche ermöglichen.
Wo werden Kunststoffe im Maschinenbau eingesetzt?
Kunststoffe haben eine Vielzahl von positiven Eigenschaften, die sie für den Einsatz im Maschinenbau besonders geeignet machen.
Dank dieser Eigenschaften kommen Kunststoffe heute auf unterschiedlichen Gebieten des Maschinenbaus zum Einsatz, beispielsweise:
Gehäuse- und Verkleidungsteile - Eine der häufigsten Anwendungen von Kunststoffen im Maschinenbau ist die Herstellung von Gehäuseteilen sowie Verkleidungen für elektronische Geräte oder Motoren.
Lagerbuchsen und Gleitlager - Auch bei der Konstruktion von Lagern spielen Kunststoffe eine wichtige Rolle: Sie können als Material für Gleitlagerbuchsen oder Gleitlager eingesetzt werden, um Reibungsverluste zu minimieren sowie Verschleißerscheinungen entgegenzuwirken.
Dichtelemente - Durch ihre Elastizität eignen sich bestimmte Arten von Kunststoffen besonders gut zur Herstellung von Dichtelementen wie O-Ringen oder Flachdichtungen - auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen (hohe Temperaturen, aggressive Medien) bleiben diese dauerhaft funktionsfähig.
Bauteile mit speziellen Funktionseigenschaften - In manchen Fällen wird ein Bauteil benötigt, das über zusätzliche Funktionalitäten verfügt, z. B. Schwingungsdämpfung oder elektrische Leitfähigkeit. Hier kommen Kunststoffe wie Polyamid, PEEK oder Polycarbonat zum Einsatz.
Neben den Kunststoffen gibt es auch noch faserverstärkte Verbundwerkstoffe, die in den letzten Jahren im Maschinenbau immer mehr an Bedeutung gewonnen haben. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit bei geringem Gewicht aus und eignen sich daher besonders für Anwendungen, bei denen es auf eine möglichst leichte Bauweise ankommt. Das ist besonders der Fall, wenn Komponenten rotatorisch angetrieben werden und / oder häufig beschleunigt bzw. verzögert werden. Ein Beispiel hierfür ist ein Arm eines Roboters, der vielen Bewegungsänderungen ausgesetzt ist und dabei hohe Belastungen aushalten muss.
Welche Kunststoffarten sind im Maschinenbau besonders gut geeignet?
Im Maschinenbau und Anlagenbau spielen Kunststoffe eine wichtige Rolle. Insbesondere Polyamide, Polyurethane und Acetalharze finden hierbei häufig Anwendung.
Polyamide (kurz PA) sind thermoplastische Kunststoffe mit hoher Festigkeit, Steifigkeit und Härte sowie guter Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Abrieb.
Im Maschinenbau werden sie häufig für Bauteile wie Zahnräder, Lagerbuchsen oder Schrauben verwendet. Besonders langlebige und tolle Produkte sind unsere:
Polyurethane (kurz PUR) zeichnen sich durch ihre hohe Elastizität aus und eignen sich daher besonders für Anwendungen mit dynamischen Belastungen, wie beispielsweise Dichtungsringe oder Federn in Stoßdämpfern.
Acetalharze (Polyacetal, kurz POM) haben ähnliche Eigenschaften wie Polyamid-Kunststoffe, aber besitzen zusätzlich noch gute Gleiteigenschaften sowie geringes Reibverhalten bei hohen Temperaturen. Sie finden Verwendung als Führungselemente, Zahnräder oder auch Scharnierbolzen.
