Kunststoff-Energiekette für Werkzeugmaschinen: Werkstoff und Auswahl

Warum die meisten Werkzeugmaschinen eine Kunststoffkette fahren

Stahlketten gibt es weiterhin und sie bleiben sinnvoll an Kranen, in heißen Anlagen und bei sehr langen ungestützten Läufen. Die Mehrheit der Werkzeugmaschinenachsen fährt aber heute Kunststoff, und die Gründe sind praktisch, nicht modisch.

• Masse. Eine Polyamidkette wiegt etwa ein Siebtel einer Stahlkette gleicher Kammer. Bei einer hoch beschleunigenden Achse geht diese Differenz direkt in die Servoauslegung.
• Keine Schmierung. Polyamid auf Polyamid läuft trocken mit niedrigem Reibwert. Eine Stahlkette braucht Fett, und Fett plus Späne ergibt Schleifpaste.
• Geräusch. Kunststoff auf Kunststoffrinne ist mehrere Dezibel leiser, was bei einem daneben stehenden Bediener zählt.
• Kosten. Spritzgießen liefert ein reproduzierbares Glied zu einem Bruchteil des Preises eines gefrästen oder gestanzten Stahlglieds.
• Schadensverhalten. Ein Kunststoffglied reißt meist und fällt; ein Stahlglied kann sich ins Kabelbündel biegen und mehrere Kabel auf einmal durchtrennen.

Der Kompromiss sind Temperatur, Last und Chemikalienbeständigkeit. Genau dort wird die Auswahl entschieden, und dort verhalten sich zwei im Katalog identisch wirkende Ketten völlig unterschiedlich.

Das Polymer hinter dem Glied

Fast jede Kunststoffkette wird aus Polyamid gespritzt, aber die Type entscheidet die Anwendung stärker als die Geometrie. Vier Typen decken den Werkzeugmaschinenmarkt ab.

Glasfaser gibt dem Glied Steifigkeit und ungestützte Länge. Eine 25-mm-Kammer in ungefülltem PA6 und dieselbe Kammer in 30 % GF PA66 sind nicht austauschbar: das verstärkte Glied trägt etwa die doppelte Last, bevor es über die Auslegungsgrenze durchbiegt.

Wasseraufnahme und Maßänderung

Polyamid nimmt Wasser auf. Das ist die am häufigsten missverstandene Eigenschaft einer Kunststoffkette und erklärt die meisten merkwürdigen Feldmeldungen.

Ungefülltes PA6 kann bei 50 % relativer Feuchte 2,5 bis 3 % seines Gewichts an Feuchte aufnehmen, im Tauchbad mehr. Ein Glied mit 40,0 mm im Spritzguss kann nach einer Saison in einer feuchten Werkstatt 40,4 bis 40,6 mm messen. Das genügt, um das Gelenk zu spannen, die Zugkraft zu erhöhen und die Kette an der Umkehr schwergängig zu machen.

• Glasfaserverstärkte Typen nehmen etwa halb so viel auf – ein weiterer Grund für ihre Dominanz in Werkzeugmaschinen.
• Wasser-Glykol-Kühlmittel und Abwaschen setzen die Kette weit mehr Feuchte aus als Luftfeuchte. Gelenkspiel nach einem Monat im Einsatz prüfen, nicht auf der Werkbank.
• Eine nach wenigen Wochen schwergängige Kette ist oft nicht verschlissen, sondern gequollen. Kein Fett nachgeben; Type und Spiel prüfen.
• PPS nimmt praktisch nichts auf und bleibt in nassen Prozessen maßhaltig – deshalb wird es beim Erodieren und in Lebensmittelanlagen vorgegeben.

Chemikalienbeständigkeit in der Praxis

Die Maschine setzt die Kette einem Fluidgemisch aus, das kein einzelnes Datenblatt abdeckt. Die nützliche Frage lautet nicht „ist Polyamid beständig gegen Kühlmittel", sondern „welches Kühlmittel, in welcher Konzentration, bei welcher Temperatur".

Wird die Maschine einmal pro Woche mit starkem alkalischem Schaumreiniger gewaschen, kann diese eine Tatsache Standardpolyamid unabhängig von der Last aus der Spezifikation entfernen. Vor der Typwahl das Datenblatt des Reinigers anfordern.

Selbstschmierung und Trockenlauf

Die Selbstschmierung des Polyamids ermöglicht Millionen Zyklen ohne Wartung, hat aber zwei Bedingungen.

• Das Gelenk muss trocken bleiben. Öl und Fett ziehen Späne an und werden zur Läpppaste. Eine „zur Sicherheit" gefettete Kette hält meist kürzer, nicht länger.
• Die Bolzenoberfläche muss glatt und porenfrei sein. Ein gespritzter Bolzen mit Grat oder poröser Oberfläche schabt die Bohrung, statt darin zu gleiten.

Muss die Kette schmutzig laufen, ist die Antwort eine selbstreinigende Gelenkgeometrie, nicht Schmierung. Gelenk öffnen, Schmutz durchfallen lassen, Bolzen trocken halten.

Tragfähigkeit und ungestützte Länge

Kunststoffketten sind zugfest und vergleichsweise biegeweich. Dieser eine Satz erklärt fast alle Anwendungsgrenzen.

• Die ungestützte Länge begrenzt die Biegesteifigkeit des Glieds, nicht seine Zugfestigkeit. Eine 35-mm-GF-Kette überspannt typisch 1,4 bis 1,8 m ungestützt; dieselbe in ungefülltem PA6 deutlich weniger.
• Zusatzlast wird durch Stützung aufgenommen, nicht durch einen dickeren Bolzen. Eine Gleitschiene unter dem unteren Trum verdoppelt die praktische Spanne für einen Bruchteil der Kosten der nächsten Größe.
• Die senkrechte Hängelänge begrenzen Glied und Halter. Über etwa 3 m hängender Kette ist eine Nachspannung oder ein Gegengewicht die richtige Antwort.

Schadensbilder: was wirklich bricht

Kunststoffketten fallen in wenigen erkennbaren Mustern aus, und das Muster zeigt, welcher Spezifikationspunkt falsch war.

• Riss am Bolzenauge. Ermüdung bei Temperatur über der Typfreigabe oder Kette über ihrer ungestützten Grenze belastet.
• Gebrochene Seitenlasche am Halter. Meist ein fehlausgerichteter Halter oder ein nur einseitig geklemmtes Bündel, sodass die Kette das Kabelgewicht trägt.
• Polierte, ovale Bohrung. Schleifstaub im Gelenk, typisch für Maschinen ohne Abdeckung über der Kette.
• Kreidige, spröde Oberfläche. UV-Abbau bei Außen- oder stark beleuchteter Installation.
• Weiches, gequollenes Glied. Feuchte- oder Kühlmittelaufnahme, meist eine ungefüllte Type im nassen Prozess.
• Geschmolzenes oder verformtes Glied. Strahlungswärme von Motor, Lampe oder heißem Span, nicht die Umgebungstemperatur.

Kunststoff oder Stahl: Entscheidungstabelle

Was mit der Anfrage mitgehen sollte

1. Hub, Einbaulage und Taktzahl der Achse.
2. Kabel- und Schlauchliste mit Außendurchmessern und Metergewicht.
3. Erforderlicher Biegeradius, bestimmt durch das steifste Kabel.
4. Umgebungs- und Strahlungstemperatur an der Kette, nicht in der Halle.
5. Kühlmitteltyp und Konzentration sowie das Waschchemikal, falls vorhanden.
6. Ob die Kette in einer Rinne, auf einer Gleitschiene oder ungestützt läuft.
7. Reinigungsregime einschließlich Häufigkeit und Chemie.

Diese sieben Punkte entscheiden Polymertype, Fasergehalt, Gelenkdesign und Kammergröße. Sie zu beantworten kostet zehn Minuten; sie zu raten kostet einen Kettentausch und einen ungeplanten Stillstand.