Metallersatzkunststoffe: Hochfeste technische Materialien für Aufzüge, Lager und mechanische Teile

Kurze Antwort

Metallersatzkunststoffe sind hochleistungsfähige modifizierte Kunststoffe, die Metall in ausgewählten Teilen ersetzen sollen, bei denen Festigkeit, Steifigkeit, Verschleißfestigkeit, Dimensionsstabilität, geringe Geräuschentwicklung, Korrosionsbeständigkeit und Gewichtsreduzierung erforderlich sind.

Beginnen Sie bei Metallersatzprojekten mit verstärkte Kunststoffe🔍 und verschleißfeste Kunststoffe🔍 wenn Festigkeit, Geräuscharmut, Gleitverschleiß und Formstabilität in Einklang gebracht werden müssen.

Das Ziel von „Kunststoff ersetzt Stahl“ besteht nicht darin, alle Stahlteile zu ersetzen. Es geht darum, geeignete Metallkomponenten nach mechanischer Konstruktion, Lastberechnung, Materialprüfung, Formenkonstruktion und Echtteilvalidierung zu ersetzen.

Yuyao Deyu DEYU Plastics hat eine DGK-Plattform aus hochfestem Metallersatzmaterial entwickelt. Durch verstärktes Nylon, Langfasersysteme, Kohlefaserverstärkung, verschleißfeste Aramidfasersysteme, PTFE-Selbstschmierung, MoS2-Feststoffschmierung und hybride technische Kunststoffmodifikation kann DEYU hochfeste Kunststoffmaterialien für Aufzugszubehör, lagerbezogene Teile, Buchsen, Rollen, Schieber, Führungsblöcke, Zahnräder und industrielle mechanische Komponenten bereitstellen.

Für Aufzugsanwendungen eignet sich dieser Materialtyp besser für Führungskomponenten, Rollen, Gleitstücke, Pufferteile, Buchsen, Verschleißpolster, Halterungen, Schutzabdeckungen und ausgewählte nicht primäre Sicherheitslastkomponenten. Sicherheitskritische Komponenten wie Stahlseile, Bremssysteme, tragende Hauptkonstruktionen und zertifizierte Sicherheitsteile müssen den Standards der Aufzugsindustrie entsprechen und können nicht einfach durch Materialersatz ersetzt werden.

Warum immer mehr mechanische Teile von Metall auf Kunststoff umsteigen

In herkömmlichen Maschinen werden aufgrund ihrer Festigkeit, Steifigkeit und langfristigen Zuverlässigkeit häufig Stahl und andere Metalle verwendet. Allerdings bringen Metallteile auch Gewicht, Lärm, Schmierbedarf, Korrosionsrisiko, komplexe Bearbeitung, Montagekosten, Verschleiß der Passflächen und eine höhere Trägheit in beweglichen Systemen mit sich.

Modifizierte technische Kunststoffe können einige dieser Probleme lösen. Durch Verstärkung und funktionelle Modifikation können Kunststoffmaterialien Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Selbstschmierung, Schlagfestigkeit, Dimensionsstabilität und geringere Reibung bieten.

In vielen Anwendungen ersetzt Kunststoff nicht Metall, da es in allen Eigenschaften „stärker als Stahl“ ist. Es überzeugt durch die Kombination mehrerer Vorteile: geringeres Gewicht, geringere Reibung, geringerer Lärm, kein Rost, geringerer Wartungsaufwand, komplexes Spritzgießen, integriertes Design, weniger Bearbeitungsschritte und bessere elektrische Isolierung, wo nötig.

Was ist ein Metallersatzkunststoff?

Ein Metallersatzkunststoff ist kein gewöhnlicher Kunststoff. Es handelt sich um einen modifizierten technischen Kunststoff, der für mechanische oder strukturelle Funktionen entwickelt wurde.

Zu den gängigen Basisharzen gehören PA6, PA66, POM, PBT, PPS, PPA, PEEK, PC / ABS, Hochleistungs-PP und ausgewählte TPU- oder TPE-Systeme.

Zu den gängigen Verstärkungs- und Funktionssystemen gehören Glasfaser, Langglasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser, PTFE, MoS2, Graphit, Silikonschmiermittel, verschleißfeste Additive, Schlagzähmodifikatoren, Wärmestabilisatoren, Flammschutzmittel sowie leitfähige oder antistatische Systeme.

Das endgültige Material muss entsprechend der Teilfunktion ausgelegt sein. Für Getriebe, Lagerkäfig, Aufzugsführungsblock, Rolle, Halterung und Buchse ist nicht das gleiche Material erforderlich.

Warum Kunststoff statt Stahl verwenden?

Gewichtsreduktion

Technische Kunststoffe sind viel leichter als Stahl. Bei beweglichen Teilen kann eine Gewichtsreduzierung die Trägheit verringern, die Reaktionsgeschwindigkeit verbessern, die Motorlast verringern und den Energieverbrauch senken. Bei Aufzugszubehör, Automatisierungsteilen, Rollen und Bewegungsmechanismen können leichtere Komponenten Betriebsgeräusche und Vibrationen reduzieren.

Geringerer Lärm

Kunststoffmaterialien können das Aufprallgeräusch von Metall auf Metall reduzieren. Bei gleitenden, rollenden oder intermittierenden Kontaktanwendungen sorgen Kunststoffteile häufig für einen leiseren Betrieb. Dies ist wichtig für Aufzugsführungsteile, Lagerkäfige, Rollen, Zahnräder, Schieber, Türsystemteile, Automatisierungsgeräte sowie Haushalts- oder Industriemaschinen.

Selbstschmierung und geringere Reibung

Materialien wie POM, PA, PPS und PEEK können mit PTFE-, MoS2-, Graphit-, Aramidfaser- oder Silikonsystemen modifiziert werden, um die Reibung zu reduzieren und die Verschleißfestigkeit zu verbessern. Dadurch kann der Bedarf an Fett oder Öl in ausgewählten Teilen reduziert werden.

Korrosionsbeständigkeit

Stahl kann in feuchter, chemischer oder äußerer Umgebung rosten. Kunststoffe können in ausgewählten Industrie-, Elektro- und Gebäudeausrüstungsumgebungen eine bessere Korrosionsbeständigkeit bieten.

Integriertes Formen

Metallteile müssen häufig bearbeitet, gebohrt, oberflächenbehandelt, geschweißt oder zusammengebaut werden. Kunststoffteile können beim Spritzgießen Clips, Rippen, Positionierungsstrukturen, Löcher, Dämpfungsmerkmale und funktionale Formen integrieren. Dadurch können Montageschritte reduziert und die Produktionseffizienz verbessert werden.

DEYU DGK Ultrastarke Metallersatzplattform

Die Metallersatzplattform von DEYU ist kein einzelnes Material. Es umfasst mehrere technische Routen.

Verstärkte Nylonroute

PA6 und PA66 werden häufig als Metallersatz verwendet, da sie eine gute Festigkeit, Zähigkeit, Hitzebeständigkeit und Verarbeitbarkeit bieten. DEYU kann glasfaserverstärkte PA66-, kohlenstofffaserverstärkte PA66-, aramidverschleißfeste selbstschmierende PA66-, PA66 / PTFE-Systeme und verstärkte schlagausgeglichene PA6 entwickeln.

Diese Materialien eignen sich für Aufzugszubehör, Halterungen, Buchsen, Lagerkäfige, Rollen, Führungsblöcke und mechanische Strukturteile.

POM Verschleißfeste Route

POM zeichnet sich durch geringe Reibung, gute Dimensionsstabilität und starkes Verschleißverhalten aus. Es eignet sich für präzise bewegliche Teile. DEYU kann reibungsarme POM / PTFE-Materialien, verschleißfeste Aramidmaterialien POM, kohlefaserverstärkte POM-Systeme und leitfähige verschleißfeste POM-Materialien entwickeln.

Diese Materialien eignen sich für Lager, Zahnräder, Gleitstücke, Führungsschienen, Buchsen, Rollen und mechanische Präzisionsteile.

Kohlefaserverstärkte Route

Carbonfasern erhöhen in ausgewählten Systemen die Steifigkeit, Dimensionsstabilität, Wärmeverformungsbeständigkeit und Leitfähigkeit. Es eignet sich für hochsteife Halterungen, Präzisionsstützteile, leitfähige mechanische Teile, verschleißfeste Strukturteile und Metallersatzkomponenten.

Verschleißfeste Aramidfaser-Route

Aramidfasern können im Vergleich zu einigen harten Füllstoffen die Verschleißfestigkeit verbessern und gleichzeitig Schäden an der Passfläche reduzieren. Es eignet sich für Lager, Gleitstücke, Buchsen, Führungsschienen, Verschleißpolster, Aufzugführungskomponenten und verschleißarme Präzisionsteile.

Hybride selbstschmierende Route

Für Teile, die sowohl Festigkeit als auch geringe Reibung erfordern, kann DEYU die Verstärkung mit PTFE-, MoS2-, Graphit- oder Silikonsystemen kombinieren. Typische Kombinationen sind PA66 + Glasfaser + PTFE, PA66 + Aramidfaser + PTFE, POM + PTFE, POM + Aramidfaser, PPS + Kohlefaser + PTFE und PA66 + MoS2.

Anwendungsrichtung 1: Aufzugskomponenten

Aufzugssysteme erfordern einen stabilen Betrieb, geringe Geräuschentwicklung, Maßhaltigkeit und eine lange Lebensdauer. In ausgewählten nicht primären Sicherheitslastkomponenten können Metallersatzkunststoffe einen praktischen Mehrwert bieten.

Mögliche Anwendungen sind Führungsblöcke, Gleitstücke, Rollen, Buchsen, Verschleißpolster, Türsystemteile, Pufferkomponenten, Schutzabdeckungen, Positionierungshalterungen, Isolier- oder Dämpfungskomponenten sowie ausgewählte lagerbezogene Teile.

Kunststoffteile für Aufzüge erfordern möglicherweise eine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, geringe Geräuschentwicklung, Dimensionsstabilität, geringe Reibung, Schlagfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Kriechfestigkeit, stabile Formschrumpfung, geringe feuchtigkeitsbedingte Verformung und Flammschutz, sofern erforderlich.

Ohne vollständige Zertifizierung und technische Validierung sollten Metallersatzkunststoffe nicht als Ersatz für sicherheitskritische Aufzugskomponenten verwendet werden. Sie eignen sich nicht zum einfachen Ersatz von Haupttragkonstruktionen, Stahlseilen, Bremskomponenten, Kernteilen von Fangvorrichtungen oder zertifizierten strukturellen Sicherheitsteilen.

Anwendungsrichtung 2: Lager, Buchsen und Gleitteile

Kunststofflager und -buchsen sind ein wichtiges Einsatzgebiet für den Metallersatz. Im Vergleich zu Lagerteilen aus Metall können Lagerwerkstoffe aus Kunststoff in ausgewählten Ausführungen Geräusche reduzieren, Rost vermeiden, die Schmierung verringern und Gegenwellen schützen.

Zu den Anwendungen gehören Kunststofflager, Lagerkäfige, Buchsen, Wellenhülsen, Führungshülsen, Gleitstücke, Rollen, langsam rotierende Teile und trocken laufende Gleitteile.

Diese Teile erfordern normalerweise einen niedrigen Reibungskoeffizienten, Verschleißfestigkeit, Druckfestigkeit, Dimensionsstabilität, geringe Wasseraufnahme, wenn Präzision erforderlich ist, Hitzebeständigkeit, geringe Geräuschentwicklung, Ermüdungsbeständigkeit und Schutz der Gegenoberfläche.

DEYU empfiehlt möglicherweise POM / PTFE für reibungsarmes Präzisionsgleiten, POM verschleißfeste Aramidmaterialien, PA66 / PTFE für selbstschmierende Strukturteile, PA66 Aramid für stark verschleißende Nylonteile, PPS / PTFE für Gleiten bei höheren Temperaturen und leitfähiges, verschleißfestes POM, wenn antistatisch oder leitfähig ist benötigt.

Anwendungsrichtung 3: Zahnräder und Getriebekomponenten

Kunststoffzahnräder werden häufig in geräuscharmen und leichten Getriebesystemen eingesetzt. Im Vergleich zu Metallzahnrädern können Kunststoffzahnräder Geräusche und Gewicht reduzieren, das Material muss jedoch sorgfältig ausgewählt werden.

Getriebematerialien aus Kunststoff erfordern Zahnfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Dimensionsstabilität, Ermüdungsbeständigkeit, geringe Reibung, geringe Geräuschentwicklung, Formschrumpfungskontrolle und eine stabile Zahnprofilgenauigkeit.

DEYU empfiehlt möglicherweise das geräuscharme Getriebematerial POM / PTFE, das verschleißfeste Aramid-Getriebematerial POM, das verstärkte Getriebematerial PA66, das selbstschmierende Getriebematerial PA66 / PTFE oder das verschleißfeste Hochtemperatur-Getriebematerial PPS.

Anwendungsrichtung 4: Mechanische Halterungen und Strukturteile

Für Halterungen und Strukturstützen müssen Kunststoffmaterialien Festigkeit, Steifigkeit, Kriechfestigkeit und Dimensionsstabilität bieten.

Zu den Anwendungen gehören mechanische Halterungen, Stützarme, Positionierungsteile, Gerätegehäuse, Vorrichtungssockel, Industrieklammern und Strukturabdeckungen.

DEYU empfiehlt möglicherweise glasfaserverstärktes PA66, kohlenstofffaserverstärktes PA66, hochtemperaturverstärktes PPA, verstärktes PPS oder verstärktes und flammhemmendes PC / ABS für Gehäuse.

Kundenfall 1: Aufrüstung des Aufzugsführungsblockmaterials

Ein Kunde verwendete eine Führungskomponente aus Metall in einem Aufzugszubehörsystem. Das Metallteil hatte eine gute Festigkeit, erzeugte jedoch Betriebsgeräusche und musste regelmäßig geschmiert werden. Bei längerer Bewegung zeigte die Gegenfläche sichtbare Abnutzungsspuren.

Der Kunde wünschte sich ein Material, das den Geräuschpegel und die Schmierhäufigkeit reduzieren und gleichzeitig die Dimensionsstabilität gewährleisten kann. DEYU empfahl für die Montage eine hochfeste, verschleißfeste PA66-Mischung mit Verstärkung, verschleißfestem Aramid-Ausgleich, PTFE-unterstützter Selbstschmierung, Dimensionsstabilitätskontrolle und Schlagausgleich.

Artikel	Originales Metallbauteil	DEYU PA66 ultrafestes, verschleißfestes Material
Teilegewicht	100 % Referenz	42-48%
Betriebsgeräusch	68 dB	57-60 dB
Schmierintervall	Alle 15 Tage	Alle 45-60 Tage
Verschleiß der Passflächen	0,15 mm	0,06 mm
Korrosionsgefahr	Anwesend	Keine Rostgefahr
Bearbeitungsschritte	Mehrere	Integriertes Spritzgießenteil

Der Kunde hat Metall nicht einfach durch gewöhnlichen Kunststoff ersetzt. Die endgültige Lösung nutzte ein verstärktes, verschleißfestes PA66-System, um Gewicht, Lärm, Verschleiß und Schmierhäufigkeit zu reduzieren und gleichzeitig die Funktionszuverlässigkeit aufrechtzuerhalten.

Kundenfall 2: Kunststofflagerbuchse ersetzt Metallhülse

Ein Kunde für mechanische Ausrüstung verwendete eine Metallhülse in einer rotierenden Position mit niedriger Geschwindigkeit. Die Metallhülse hatte eine gute Tragfähigkeit, erforderte jedoch eine Fettschmierung. Nach längerem Betrieb verstärkten sich die Geräusche und die Wellenoberfläche zeigte Abnutzungserscheinungen.

DEYU empfahl ein reibungsarmes, verschleißfestes Material POM / PTFE. Die Formulierung umfasste POM für Dimensionsstabilität, PTFE für Selbstschmierung, verschleißfeste Additivbalance, niedrigen Reibungskoeffizienten und stabile Schrumpfung für Buchsentoleranz.

Artikel	Originale Metallhülse	DEYU POM / PTFE Buchse
Schmierungsbedarf	Erforderlich	Reduzierter oder Trockenlauf unter ausgewählten Bedingungen
Lärm nach 200 Stunden	64 dB	54-56 dB
Verschleiß der Wellenoberfläche	0,10 mm	0,03 mm
Verschleiß der Buchse	0,08 mm	0,05 mm
Korrosionsgefahr	Mittel	Keine Rostgefahr
Montagegewicht	100 % Referenz	35-45%

Bei Lagerhülsen mit niedriger Drehzahl kann der Metallersatz Schmierung, Lärm, Korrosion und Wellenverschleiß reduzieren. Der Schlüssel liegt nicht nur in der Festigkeit, sondern auch in der Reibungskontrolle und der Maßhaltigkeit.

Kundenfall 3: Hochfeste Kunststoffhalterung anstelle einer Zinklegierung

Ein Kunde verwendete eine Halterung aus Zinklegierung in Industrieanlagen. Das Metallteil war stark, aber schwer und erforderte eine Nachbearbeitung. Der Kunde wünschte sich ein leichteres Teil mit integrierten Positionierungsrippen und stabiler Montagegenauigkeit.

DEYU empfahl ein glasfaserverstärktes ultrafestes PA66-Material. Die Designrichtung umfasste hochfeste PA66-Matrix, Glasfaserverstärkung, Schlagausgleich, geringer Verzug, Wärmealterungsstabilität und Funktionsintegration durch Formen.

Artikel	Halterung aus Zinklegierung	DEYU verstärktes PA66-Halterungsmaterial
Teilegewicht	100%	45-55%
Sekundärbearbeitung	Erforderlich	Nach dem Formen nicht erforderlich
Montagearbeiten	4 Schritte	2 Schritte
Maßliche Wiederholgenauigkeit	Mittel	Nach Schimmelkorrektur verbessert
Korrosionsschutz	Beschichtung erforderlich	Keine Rostgefahr
Produktionszyklus	Lange	Kürzer durch Formen

Bei Strukturhalterungen kommt es beim Metallersatz nicht nur auf die Festigkeit an. Dazu gehören auch Gewichtsreduzierung, integriertes Formen, weniger Bearbeitungsschritte und eine stabilere Produktion.

Wichtige Auswahlziele

Bei der Auswahl eines Kunststoffs als Metallersatz lautet die erste Frage nicht: „Kann Kunststoff Stahl ersetzen?“ Die richtigen Fragen sind: Welche Last trägt das Teil, ist die Last statisch oder dynamisch, gibt es Stöße, Ermüdung oder Vibration, besteht Kriechgefahr, welcher Temperaturbereich wird verwendet, um welche Passfläche handelt es sich und ob das Teil sicherheitskritisch ist.

Bei Lagern, Buchsen, Zahnrädern, Gleitstücken und Führungsteilen sind Reibung und Verschleiß oft wichtiger als die reine Zugfestigkeit. Bei Halterungen und Strukturteilen sind Kriechfestigkeit, Steifigkeit, Zuverlässigkeit der Schraubenköpfe und Dimensionsstabilität von entscheidender Bedeutung. Für aufzugsbezogene Anwendungen müssen vor dem Materialaustausch die Zertifizierungsgrenzen und die Sicherheitsverantwortung definiert werden.

DEYU DGK-Anpassungsumfang

DEYU kann Basisharz, Glasfasergehalt, Kohlenstofffasergehalt, Aramidfasergehalt, PTFE-Gehalt, MoS2-System, Schlagzähmodifikator, Wärmestabilisator, Flammschutz, Leitfähigkeit oder antistatische Funktion, Verschleißrichtung, Reibungskoeffizient, Zugfestigkeit, Biegemodul, Schlagfestigkeit, Dimensionsstabilität, Fließfähigkeit, Farbe und Kosten anpassen.

Für die Entwicklung empfiehlt DEYU den Kunden, das aktuelle Metallmaterial, die Teileanwendung, den Lastzustand, den Temperaturbereich, das Gegenmaterial, den Gleit- oder Rotationszustand, die Schmierung, den aktuellen Fehlermodus, die angestrebte Lebensdauer, die Zeichnung oder 3D-Datei, die Toleranz, die Stoß- oder Ermüdungsanforderung, die Flammschutzanforderung, die Leitfähigkeits- oder Isolationsanforderung, ein Muster (falls verfügbar) und den Kundenteststandard anzugeben.

Fazit

Metallersatzkunststoffe sind keine gewöhnlichen Kunststoffe, die Stahl imitieren. Dabei handelt es sich um technische Systeme, die ausgewählte Metallteile durch ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Steifigkeit, Verschleißfestigkeit, geringer Reibung, Selbstschmierung, Dimensionsstabilität, geringem Geräuschpegel, Korrosionsbeständigkeit und integrierter Formgebung ersetzen.

Die hochfeste DGK-Metallersatzplattform von DEYU umfasst verstärkte PA66-, verschleißfeste POM-, Aramidfaser-, Kohlefaser-, PTFE-, MoS2-, PPS-, PPA-, PEEK- und Hybridrouten für Aufzugszubehör, Lager, Buchsen, Rollen, Gleiter, Führungsblöcke, Halterungen, Zahnräder und mechanische Strukturteile.

Um Stahl erfolgreich durch Kunststoff zu ersetzen, sind Materialauswahl, Strukturdesign, Formvalidierung, mechanische Prüfung, Verschleißprüfung, Toleranzkontrolle und reale Betriebsüberprüfung erforderlich. Das beste Ergebnis ist nicht einfach Kunststoff statt Metall, sondern ein leichteres, leiseres, wartungsärmeres und besser integriertes mechanisches Teil.