Eine Transport- oder Verfahrenswelle verschleißt nicht allmählich, sondern schlagartig: zunächst beginnt sie zu schlagen, dann reißt sie Lager heraus und schließlich legt sie die gesamte Linie still. Der quartalsweise Austausch von Metall- oder Gummiwellen ist nicht nur kostspielig, er schafft auch das Risiko ungeplanter Ausfallzeiten im denkbar ungünstigsten Moment. Die Polyurethan-Wellenauskleidung von TIMOL bietet eine um den Faktor 10 längere Standzeit als Gummi, schützt die Metallbasis vor Abrasion und Korrosion und verwandelt die Instandhaltung vom Havariebetrieb in planmäßige Wartung. Im folgenden Artikel erläutern wir, für welche Baugruppen Polyurethan geeignet ist, wie es im Vergleich zu alternativen Werkstoffen abschneidet und wie eine maßgefertigte Auskleidung bestellt wird.
Wozu dient die Polyurethan-Wellenauskleidung
Die Auskleidung schützt das Metall der Welle vor direktem Kontakt mit Abrasivstoff, chemischem Medium oder dem zu verarbeitenden Material. Die Polyurethanschicht wirkt als Opferschicht: Sie verschleißt anstelle des Metalls und wird bei Bedarf ausgetauscht, ohne die Grundwelle zu ersetzen. Die hohe Elastizität von Polyurethan (Rückprallelastizität 34-61%) ermöglicht zudem die Aufnahme von Stoßbelastungen, was den Verschleiß von Lagern und Sitzflächen reduziert.
Polyurethan-Auskleidungen sind besonders vorteilhaft in Baugruppen, bei denen eine Kombination aus Verschleißfestigkeit und Schwingungsdämpfung gefragt ist. Im Bergbau kommen sie an Rollen von Becherwerken und Gurtförderern sowie an Trommelringen zum Einsatz. In der Metallurgie an Rollen von Transport- und Verarbeitungslinien. Im Druckgewerbe und in der Lebensmittelindustrie an Antriebswellen mit schonender Berührung des verarbeiteten Materials. In der Öl- und Gasindustrie an Rohrtransportrollen, die beständig gegen Mineralölprodukte sind.
Die Freigiestechnologie von TIMOL ermöglicht die Reproduktion einer Polyurethanschicht beliebiger Dicke und beliebigen Profils direkt auf der Metallbasis. Oberflächenprofilierungen (Nuten, Rillen, Riffelungen) werden bereits beim Gießen ausgeführt, eine zusätzliche mechanische Bearbeitung ist häufig nicht erforderlich.
Vorteile von Polyurethan gegenüber Gummi, Caprolam und Stahl
TIMOL-Polyurethan übertrifft alle klassischen Alternativen in der Kombination aus Verschleißfestigkeit, Elastizität und chemischer Beständigkeit. Der Abrieb nach DIN 53516 beträgt 38-39 mm³ und liegt damit 2- bis 10-fach niedriger als bei verschiedenen Gummisorten. Bei gleichen Betriebsbedingungen hält eine Polyurethanschicht erheblich längere Zyklen zwischen den Austauschen durch.
Gummi SBR (Abrieb 100-200 mm³) und NBR (80-150 mm³) weisen geringere Zugfestigkeit auf (8-25 MPa gegenüber 39-87 MPa bei Polyurethan) und niedrigere obere Einsatztemperaturen. Naturkautschuk hat zwar eine höhere Rückprallelastizität (40-75%), ist jedoch schlecht ölbeständig und besitzt eine obere Grenztemperatur von nur +70 °C, was für die meisten Industriebedingungen unzureichend ist. Darüber hinaus altert Gummi durch Ozon und UV-Strahlung beim Einsatz im Freien.
Caprolam (PA6/PA66) ist ein steifer Konstruktionskunststoff mit einer Härte von 75-85D. Sein Abrieb (30-90 mm³) ist mit Polyurethan vergleichbar, die Rückprallelastizität beträgt jedoch nur 5-15%, sodass er unter Stoßbelastung bricht. Polyurethan mit einer Härte von 70D bietet vergleichbare Verschleißfestigkeit, hält jedoch Stößen stand und nimmt seine Form wieder an.
Stahl ist kein Ersatz für einen Elastomer: Er dämpft keine Schwingungen, federt keine Stöße ab, korrodiert schnell in feuchter Umgebung und ist 6- bis 7-mal schwerer als Polyurethan.
Vergleichstabelle der Werkstoffeigenschaften für Wellenauskleidungen
| Werkstoff | Abrieb DIN 53516, mm³ | Betriebstemperatur, °C | Härte | Zugfestigkeit, MPa | Rückprallelastizität, % |
|---|---|---|---|---|---|
| Polyurethan TIMOL | 38-39 | -60…+100 | 85A-95A | 39-87 | 34-61 |
| Gummi NBR | 80-150 | -30…+100 | 40A - 90A | 10-25 | 20-45 |
| Gummi SBR | 100-200 | -40…+80 | 40A - 80A | 8-20 | 30-55 |
| Naturkautschuk NR | 60-130 | -50…+70 | 30A - 80A | 20-30 | 40-75 |
| Caprolam PA6/PA66 | 30-90 | -40…+100 | 75D - 85D | 60-85 | 5-15 |
| Konstruktionsstahl | — | -40…+500 | 120-250 HB | 370-700 | — |
Polyurethan weist den niedrigsten Abrieb unter den Elastomeren auf (38-39 mm³) und behält dabei die Elastizität, die Caprolam vollständig fehlt. Das erklärt, warum Polyurethanwellen in Stoßbaugruppen und bei abrasivem Material 2-5-mal länger halten als Gummiwellen und im Gegensatz zu Caprolam nicht brechen.
Ingenieurhinweis: Wählen Sie für schwere Transport- und Abrasivbaugruppen eine Polyurethan-Auskleidungshärte im oberen Teil des Shore-A-Bereichs, 80-95 Shore A. Für Antriebswellen im Druckgewerbe, in der Lebensmittelindustrie oder in Feinbearbeitungslinien sind 50-60 Shore A besser geeignet. Beachten Sie: Die Qualität der Metallflächenvorbereitung für die Haftung beeinflusst die Standzeit maßgeblich, eine nicht gereinigte oder entfettete Basis führt beim ersten Stoß oder bei Schwingungen zur Ablösung der Schicht.
Einsatzbereiche der Polyurethan-Wellenauskleidung
Der Bergbau ist der größte Abnehmer von Polyurethan-Wellenauskleidungen wegen des intensiven Abriebs beim Transport von Erz, Kohle und Gestein. Ringe und Rollen mit Polyurethanschicht halten den Bedingungen im Tagebau und Untertagebau ohne häufige Austausche stand.
Die Metallurgie setzt Polyurethanwellen in Rollenlinien der Metallverarbeitung ein, wo die Kombination aus Verschleißfestigkeit und Korrosionsschutz wichtig ist. Die Rohrproduktion wählt Polyurethan für Rohrtransportrollen, da das Material keine Kratzer hinterlässt und einen gleichmäßigen Kontakt über die Rohrlänge gewährleistet.
Das Druckgewerbe schätzt Polyurethan wegen der Möglichkeit, eine Welle mit exakt vorgegebenem Oberflächenprofil herzustellen, das einen gleichmäßigen Druck auf die Bahn ohne Verformungen sicherstellt. Die Lebensmittel- und die Zellstoff-Papier-Industrie wählen Polyurethan wegen seiner chemischen Inertheit: Das Material beeinflusst weder Geschmack noch Qualität des Produkts und lässt sich leicht reinigen.
Die Öl- und Gasindustrie verwendet Polyurethanwellen für den Betrieb unter gleichzeitiger Einwirkung von Mineralölprodukten und Abrasivstoff. Eisenbahnverkehr und Häfen setzen sie in Baugruppen mit zyklischer Belastung und Außeneinflüssen ein. Eine vollständige Produktübersicht finden Sie im Katalog der Polyurethanerzeugnisse.
Fertigungstechnologie und Montage der Polyurethan-Wellenauskleidung
Der Prozess beginnt mit der Vorbereitung der Metallbasis: Die Welle wird von alten Beschichtungen, Rost und Schmierstoffen befreit, sandgestrahlt, um die erforderliche Rauigkeit zu erzielen, entfettet und mit einem Haftvermittler grundiert. Diese Vorbereitung gewährleistet eine zuverlässige Verbindung zwischen Polyurethan und Metall über die gesamte Standzeit des Teils.
Anschließend wird der Polyurethan-Elastomer im Freigießverfahren in die Form gegossen. Schichtdicke, Oberflächenprofil (Riffelung, Nuten, gerader Zylinder) und Härte werden in diesem Schritt festgelegt. Die Polymerisation erfolgt bei kontrollierter Temperatur über mehrere Stunden. Danach wird mechanisch nachbearbeitet, um die Geometrie auf die Sollwerte zu bringen, und die Welle wird auf Zeichnungskonformität geprüft.
Die Montage der ausgekleideten Welle ist konventionell: Das Teil wird ohne Änderung an der Gerätekonstruktion auf Lager oder in Befestigungsbaugruppen eingebaut. Bei der Instandsetzung einer verschlissenen Welle wird die alte Schicht mechanisch oder chemisch entfernt, die Oberfläche erneut vorbereitet und neues Polyurethan aufgegossen. Weitere Informationen zur Technologie finden Sie im Bereich Referenzinformationen.
So bestellen Sie eine maßgefertigte Wellenauskleidung
Übermitteln Sie für die Bestellung eine Zeichnung oder ein Musterteil mit Abmessungen und Passungen. Beschreiben Sie die Betriebsbedingungen: Art der Belastung (Abrasion, Stoß, Gleiten), Betriebsmedium (Öle, Wasser, Chemikalien), Temperaturbereich und Betriebsregime. So kann der optimale Polyurethan-Rezepturtyp ausgewählt und die Schichtdicke berechnet werden.
Die Fertigung ist sowohl für neue Wellen als auch für die Instandsetzung verschlissener Wellen möglich (im zweiten Fall wird die Welle selbst eingeschickt). Der Auftragsumfang reicht von einer einzelnen Welle bis hin zu Serienmengen. Nach Abstimmung der Technischen Aufgabe werden Lieferzeit und Konditionen festgelegt.
Für Beratung und Bestellung wenden Sie sich über die Kontakte des Werks TIMOL. Die Ingenieure helfen bei der Werkstoffauswahl, berechnen die Parameter und organisieren die Fertigung nach Ihren Anforderungen.