Maschinen- und Anlagenbau

Einleitung

Polymere Werkstoffe werden im Maschinen- und Anlagenbau gezielt für funktionale Bauteile eingesetzt, bei denen Eigenschaften wie geringe Masse, Korrosions- und Medienbeständigkeit sowie definierte mechanische und physikalische Eigenschaften in Kombination mit guten Formgebungseigenschaften gefordert sind. Typische Anwendungen sind Lager, Zahnräder, Dichtungen, Gehäuse und funktionsintegrierte Bauteile, die sich effizient z. B. im Spritzguss herstellen lassen. Insbesondere in der Serienfertigung ermöglichen Kunststoffe eine Reduzierung von Montageaufwand und Kosten.

Anwendungsgrenzen von Kunststoffen liegen in einer im Vergleich zu Metallen geringeren Steifigkeit, im Kriechverhalten sowie in einer eingeschränkten Temperaturbeständigkeit, weshalb eine werkstoffgerechte Konstruktion erforderlich ist. Allerdings steht bei Kunststoffen im Vergleich zu metallischen Werkstoffen häufig ein abgestimmtes Eigenschaftsprofil aus mechanischen Eigenschaften, Formgebungseigenschaften, Beständigkeit und thermischer Stabilität im Vordergrund. Daraus ergeben sich spezifische Anforderungen an die Auswahl, Verarbeitung und Prüfung der eingesetzten Kunststoffe und Elastomere.

Polymersynthese

Typische Werkstoffe und Anwendungen

Im Maschinenbau kommen überwiegend technische Thermoplaste zum Einsatz, sowohl unverstärkt als auch verstärkt.

Typische Werkstoffe sind

  • Polyamid (PA) für mechanisch beanspruchte Bauteile
  • Polyoxymethylen (POM) für präzise, gleitende Komponenten
  • Polyethylen (PE-UHMW) für stark verschleißbeanspruchte Anwendungen
  • Polytetrafluorethylen (PTFE) für sehr niedrige Reibwerte
  • Polyetheretherketon (PEEK)für hochtemperatur- und chemikalienbeständige Bauteile
  • Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) für chemisch beständige, kostengünstige Konstruktionsteile
  • Elastomere (z. B. NBR, EPDM) für Dichtungen und flexible Funktionselemente
  • GlasfaserverstärkteThermoplaste zur Erhöhung von Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit

Typische Bauteile im Maschinenbau

  • Gleitlager und Lagerbuchsen
  • Zahnräder und Ritzel
  • Führungen und Gleitschienen
  • Kettenführungen und Verschleißleisten
  • Dichtungen (O-Ringe, Flachdichtungen, Wellendichtringe)
  • Gehäuse, Abdeckungen und Schutzhauben
  • Lüfterräder und Pumpenkomponenten
  • Ventilsitze und Ventilgehäuse
  • Rohrleitungen, Tanks und Behälter
  • Isolatoren und Steckverbinder
  • Schnappverbindungen und Befestigungselemente
  • Fördertechnik-Komponenten (Mitnehmer, Rollen, Gleitelemente)
Polymersynthese

Typische Fragestellungen aus der Praxis

Im Betrieb stehen funktionale Ausfälle, schleichende Veränderungen sowie Fragen nach Werkstoff-Alternativen im Vordergrund.

Typische Fragestellungen sind:

  • Warum treten an Bauteilen wie Lagern, Zahnrädern oder Führungen Schäden, Risse, Geräusche oder vorzeitiger Verschleiß auf?
  • Wie beeinflusst das Belastungskollektiv aus mechanischer Beanspruchung, Temperatur, Feuchte und Medien die Maßhaltigkeit, Dichtwirkung und Lebensdauer?
  • Welche Ursachen haben Verzug, Rissbildung oder Funktionsverluste bei Gehäusen, Verbindungen oder Konstruktionsteilen?
  • Wie beständig sind Werkstoffe gegenüber Medien, etwa in Ventilen, Pumpen, Rohrleitungen oder Behältern?
  • Welche Werkstoffe eignen sich für die konkrete Anwendung und welche Alternativen kommen in Betracht?
  • Lassen sich durch Werkstoffwahl, Modifikation oder Verstärkung Funktion, Lebensdauer oder Kosten gezielt beeinflussen?
  • Aus welchem Werkstoff besteht das vorliegende Bauteil?
     

Jetzt beraten lassen

Prüf- und Untersuchungsmethoden

Zur Beurteilung dieser Fragestellungen werden verschiedene Prüfmethoden kombiniert. Ziel ist es, sowohl Werkstoffeigenschaften als auch bauteilbezogene Effekte zu erfassen.

Typische Untersuchungen umfassen:

  • mechanische Prüfungen zur Bestimmung von Festigkeit, Steifigkeit und Bruchverhalten
  • Zeitstandprüfung zur Beurteilung des Kriechverhaltens 
  • thermische Analysen (z. B. DSC, TGA) zur Charakterisierung von Werkstoffzustand und Temperaturverhalten
  • mikroskopische Untersuchungen zur Analyse von Gefüge, Faseranteilen oder Schadensmechanismen
  • Untersuchung der Beständigkeit bzw. des Alterungsverhaltens
  • Vergleichsuntersuchungen bei Material- oder Lieferantenwechsel
S8 – Oberflächencharakterisierung von Polymerwerkstoffen

Typische Fehlerbilder

Im Maschinen- und Anlagenbau zeigen sich typische Fehlerbilder häufig als Rissbildung, Verzug, Maßänderungen oder Funktionsverluste an Bauteilen wie Lagern, Zahnrädern, Dichtungen oder Gehäusen. Ursachen liegen meist nicht in einem einzelnen Faktor, sondern im Zusammenspiel aus mechanischer Beanspruchung, Temperatur, Feuchte oder Medienangriff. Auch ungeeignete Werkstoffwahl, unzureichende Dimensionierung oder chargenbedingte Unterschiede können das Bauteilverhalten maßgeblich beeinflussen. Schleichende Effekte wie Kriechen, Relaxation oder Medienangriff führen dabei oft erst nach längerer Betriebszeit zu Ausfällen. Zusätzlich können Montagebedingungen, Fertigungsprozesse oder konstruktive Details eine entscheidende Rolle spielen. Eine fundierte Analyse erfordert daher stets die Betrachtung von Werkstoff, Bauteil und realen Einsatzbedingungen im Zusammenhang. 

Beispiele aus der Praxis

S4 – Polymercharakterisierung – thermische und spektroskopische Methoden

Typische Anwendungsfälle zeigen sich oft erst im Betrieb und führen zu konkreten Fragestellungen:

  • Maßabweichungen eines Bauteils durch Feuchteaufnahme bei Polyamid
  • Rissbildung in einem konstruktiven Bauteil unter zyklischer Belastung
  • Vergleich von zwei Werkstoffvarianten im Hinblick auf Lebensdauer und Medienbeständigkeit
  • Analyse von Bauteilen nach Werkstoffumstellung 
B8 – Elastomerwerkstoffe – Grundlagenwissen

Maschinenbau-Werkstoffprüfung

Optimieren Sie die Zuverlässigkeit und Lebensdauer Ihrer Funktionsbauteile durch unsere spezialisierten Kunststoffprüfungen. Wir liefern Ihnen fundierte Analysen zur Werkstoffwahl, Beständigkeit und Schadensursache für Ihren Erfolg im Maschinen- und Anlagenbau.

 

Jetzt Beratung anfragen