Was sind die Leistungsänderungen von plastisch beschichteten Lagern in der Umgebung mit niedriger Temperatur?

Mit Plastik beschichtete Lager (PCB), zusammengesetzte Lager, die durch Beschichtung herkömmlicher Metalllager mit Hochleistungskunststoffen gebildet werden, werden in Branchen wie Maschinenherstellung, Lebensmittelverarbeitung, Luft- und Raumfahrt sowie kryogener Lagerung und Transportwesen häufig eingesetzt. Niedrige Temperaturen beeinflussen die Lagerleistung erheblich, insbesondere bei PCBs. Die Kunststoffschicht unterliegt physischen und chemischen Veränderungen von denen des Metalls unter extrem niedrigen Temperaturen, was sich direkt auf die Lebensdauer und die Betriebsstabilität des Lageres auswirkt.

Änderungen der physikalischen Eigenschaften von Kunststoffmaterialien bei niedrigen Temperaturen

Der Kernvorteil von PCBs liegt in der Reibungsreduktion und Korrosionsbeständigkeit durch die plastische Schicht. Bei niedrigen Temperaturen verlangsamt sich jedoch die molekulare Bewegung des plastischen Materials, was zu einer erhöhten Steifigkeit und einer verminderten Aufprallzählung führt. Dieses Phänomen manifestiert sich als eine größere Anfälligkeit für Mikrorisse oder das Knacken der Beschichtung während des Start-ups oder wenn sie auf Aufprallbelastungen ausgesetzt sind. Bestimmte Polymermaterialien, insbesondere häufige technische Kunststoffe wie Polyoxymethylen (POM) und Polyamid (PA), können bei niedrigen Temperaturen einen spröden Übergang durchlaufen. Die Verwendung unter ihrer spröden Temperatur erhöht das Risiko eines Risses erheblich.

Änderungen des Reibungskoeffizienten und der Schmierleistung

Der Reibungskoeffizient von PCB steigt typischerweise bei niedrigen Temperaturen an. Die erhöhte Härte der plastischen Oberfläche erhöht den mikroskopischen Reibungswiderstand zwischen der Kontaktfläche und der Metallwelle oder dem Innenring. Die Schmiermittelviskosität nimmt zu und die Fluidität nimmt bei niedrigen Temperaturen ab, was es für den Schmierfilm schwierig macht, eine vollständige Abdeckung zu bilden und die Reibung und Verschleiß weiter zu verschärfen. Bei mit Plastik beschichteten Lagern, die unter trockenen oder leicht geschmierten Bedingungen verwendet werden, kann diese erhöhte Reibung zu einem erhöhten Startdrehmoment und zusätzlichen Lasten des Motors oder Antriebs führen.

Dimensionale Stabilität und thermische Expansionsverhalten
Bei niedrigen Temperaturen haben Kunststoffmaterialien eine signifikante thermische Kontraktion, was zu einer leichten dimensionalen Schrumpfung führt. Während die Schrumpfung des Metalllagerkörpers relativ gering ist, kann der Unterschied in den thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Kunststoffbeschichtung und dem Metallsubstrat zu erhöhten Grenzflächenspannungen führen. Unter extremen Bedingungen kann die Plastikbeschichtung leichte Delaminierung, Deformation oder lokalisierte Risse aufweisen. Diese dimensionale Veränderung ist besonders für Lager in Präzisionsmaschinen oder hoher Präzisionsinstrumente von entscheidender Bedeutung, was möglicherweise die Rotationsgenauigkeit und die Lagerfreiheit beeinflusst.

Auswirkungen von Schocklasten und Müdigkeitsleben
Plastikbeschichtete Lager, die bei niedrigen Temperaturen Schockbelastungen ausgesetzt sind, erleben häufig eine reduzierte Lebensdauer. Eine erhöhte Sprödigkeit und die Akkumulation von Grenzflächenspannungen beschleunigen die Initiierung und Ausbreitung von Mikrorissen, was zu vorzeitiger Verschleiß oder Abnahme der Beschichtung führt. Mechanische Geräte, bei denen häufige Starts und Stopps oder hoher Einflussbetrieb auftreten, erfordert die Auswahl von Kunststoffmaterialien mit hoher Härte niedriger Temperatur oder die Einbeziehung des Schmierschutzschutzes während des Designs, um einen langfristigen, zuverlässigen Lagerbetrieb zu gewährleisten.

Änderungen der Rausch- und Vibrationseigenschaften

Bei niedrigen Temperaturen kann der erhöhte Oberflächenhärte und der Reibungskoeffizient von Kunststoffen zu einem leichten Anstieg des lagenden Betriebsgeräusches führen. Aufgrund der verringerten Schmierwirksamkeit kann eine ungleiche Reibung zu leichten Vibrationen führen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten. Für Geräte, die geringes Geräusch erfordern, wie z. B. Pharmaverpackungsmaschinen, Präzisionsinstrumente oder Transportsysteme für Kaltketten, muss dieses Merkmal bei Lager- und Wartungsplänen bei Lagerung vollständig berücksichtigt werden.

Anwendungsempfehlungen für niedrige Temperaturumgebungen

Bei der Verwendung von Plastiklagern in extrem niedrigen Temperaturumgebungen ist es vorzuziehen, technische Kunststoffe mit hoher Temperaturzähigkeit und einer niedrigen spröden Übergangstemperatur auszuwählen und sie in Verbindung mit einem Schmiermittel mit niedrigem Temperatur zu verwenden. Die Toleranzen der Lagerinstallation sollten für die Plastikschrumpfung berücksichtigt werden, um eine Überholung (zunehmende Reibung) oder Überlöschungen (Spielen induzieren) zu vermeiden. Regelmäßige Inspektion der Lageroberflächenzustand und Schmierung ist entscheidend für die Verlängerung der Lebensdauer bei niedrigen Bedingungen.