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Dynamisch beanspruchte Konstruktionselemente aus vernetzten Polyaddukten
aus Polyestern mit endständigen Hydroxylgruppen und Diisocyanaten Bekanntlich werden
im Maschinenbau häufig dynamisch beanspruchte Konstruktionselemente aus elastischen
Materialien verwendet, z. B. Membranen für Pumpen und Kompressoren, Kupplungselemente
u. dgl. Als Material ist insbesondere Gummi oder Leder verwendet worden, die aber
vielfach in ihrer Lebensdauer nicht befriedigten, so daß es häufig notwendig ist,
diese Teile auszuwechseln. Der dadurch bedingte Stillstand der Maschinen bedeutet
eine empfindliche Störung des Betriebes.
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Es wurde versucht, derartige Maschinenbauteile aus elastischen vernetzten
Polyaddukten von Polyestern mit endständigen Hydroxylgruppen und Diisocyanaten,
wie sie z. B. in der deutschen Patentschrift 831772 beschrieben sind, herzustellen.
Auf Grund der gegenüber Gummi und Leder wesentlich besseren Verschleißfestigkeit
konnte mit einer viel höheren Lebensdauer gerechnet werden. Praktische Versuche
mit diesen Bauelementen hatten jedoch das überraschende Ergebnis, daß die Lebensdauer
in den meisten Fällen bedeutend niedriger war als die von solchen aus Gummi oder
Leder, und zwar trat die Zerstörung nicht wie bei den letztgenannten Werkstoffen
durch Verschleiß ein, sondern durch Bruch an den dynamisch besonders stark beanspruchten
Stellen. Bei diesen Versuchen waren die Elemente aus den genannten Polyaddukten
in der gleichen Stärke gefertigt worden wie die üblichen, bisher verwandten aus
Leder oder Gummi. Gberraschenderweise wurde nun gefunden, daß wesentlich dünnere
Elemente aus den genannten Polyaddukten bei etwa gleicher Leistung wie die stärkeren
aus Gummi oder Leder eine wesentlich höhere Lebensdauer hatten als letztere.
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Weiter wurde gefunden, daß es möglich ist, durch schichtweisen Aufbau
aus mehreren dünnen voneinander unabhängigen Elementen stärkere herzustellen, die
bei gleicher Lebensdauer wie die dünnen Elemente wesentlich höhere Leistungen erlauben.
Die höhere Lebensdauer dieser schichtweise aufgebauten Konstruktionselemente gegenüber
den aus einem Stück hergestellten läßt sich dadurch erklären, daß infolge der Unterteilung
in einzelne Schichten innerhalb der Elemente ah den dynamisch beanspruchten Stellen
nicht mehr so große Spannungsbeanspruchungen auftreten, die bei den dickeren Elementen,
insbesondere infolge des hohen Moduls des Materials, zum Ermüdungsbruch geführt
haben dürften. Die einzelnen Elemente werden normalerweise dicht aufeinandergelegt
und ohne Zwischenraum eingebaut, so daß konstruktiv an der Maschine keine Änderung
vor- ; genommen werden muß. Wo es sich als zweckmäßig erweisen sollte, können sie
aber auch in bestimmtem Abstand voneinander angebracht werden. Infolge der hohen
Abriebfestigkeit der Polyaddukte ist es nicht erforderlich, ein Schmiermittel zwischen
die einzelnen Schichten zu bringen. Aus Sicherheitsgründen kann dies jedoch getan
werden, zumal das Addukt gegen Öle und Fette beständig ist. Dabei genügt ein dünner
Film des Schmiermittels. Bei gleicher Leistung läßt sich die Gesamtdicke des Konstruktionselementes
auf die Hälfte bis ein Zehntel der bisher bei Kautschuk oder Leder erforderlichen
Dicken herabsetzen.
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Membranpumpen werden häufig benutzt zur Förderung von stein- und sandhaltigem
Wasser. Verwendet man für diese Membran als Material Gummi oder Leder, so ist die
Lebensdauer verhältnismäßig kurz. Sie beträgt etwa 250 000 Lastwechsel. Die Stärke
dieser Gummi- oder Ledermembran beträgt dabei etwa 8 mm. Eine Membran der gleichen
Stärke aus einem elastischen Isocyanat-Polyester hat eine Lebensdauer von nur wenigen
tausend Lastwechseln. Bei einer Stärke von etwa 2 mm ist die Lebensdauer erheblich
höher; nach 1,7 Millionen Lastwechseln war noch keine Zerstörung eingetreten. Die
Förderhöhe war bei dieser 2 min starken Membran die gleiche, etwa 5 m, wie bei der
Verwendung der stärkeren Membran aus Gummi oder Leder. Legt man nun vier dieser
dünnen Membranen schichtweise aufeinander, so erhält man eine Membran, die bei gleicher
Lebensdauer wie die aus nur einer Schicht bestehende etwa die vierfache Förderhöhe
ermöglicht.
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Elastische Kupplungen werden vielfach in Form von halbkugelähnlichen
Gebilden, Manschetten oder auch Reifen hergestellt. Als Material für diese Kupplungen
wird hauptsächlich Gummi, bisweilen auch
Leder benutzt. Kupplungen
dieser Art werden durch je einen Flansch einerseits mit der Antriebswelle eines
Motors und andererseits mit der anzutreibenden Maschine verbunden und übertragen
so elastisch ein bestimmtes Drehmoment. In einem bestimmten Fall kann mit einer
derartigen Kupplung aus vulkanisierten Mischungen von natürlichem oder synthetischem
Kautschul: ein Drehmoment von 3 mkg bei Dauerbelastung erreicht werden. Die Stärke
der Kupplung beträgt in diesem Fall 10 mm. Stellt man nun die Kupplung aus einem
Isocyanat-Polyester in den gleichen Abmessungen her, dann erfolgt bereits nach sehr
kurzer Lebensdauer Zerstörung an den dynamisch besonders beanspruchten Stellen.
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Mit einer Kupplung aus Isocyanat-Po?yester in einer Stärke von etwa
3 mm kann das gleiche Drehmoment übertragen werden wie mit einer Kupplung aus Gummi
in einer Stärke von 10 mm bei mindestens gleicher Lebensdauer. Eine Kupplung, die
aus vier übereinandergeschichteten Teilen in einer Stärke von je 3 mm besteht, überträgt
das dreifache Drehmoment also 9 mkg bei gleicher Lebensdauer.