Standardkennwerte sind nicht immer ausreichend!

In vielen industriellen Anwendungen kommen polymerbasierte Rollen zum Einsatz – etwa in Förderanlagen, Druckmaschinen oder als Lagerkomponenten. Doch während POM (Polyoxymethylen) und PEEK (Polyetheretherketon) auf den ersten Blick ähnliche mechanische Eigenschaften aufweisen, zeigen sie unter realen Belastungsbedingungen grundlegend unterschiedliche Verformungsmechanismen. Diese Unterschiede zu verstehen, ist entscheidend für die Materialauswahl und die langfristige Funktionsfähigkeit von Bauteilen.

Globales Verformungsverhalten: Viskoelastizität vs. komplexe Mechanismen

POM und PEEK unterscheiden sich bereits in ihrem grundlegenden mechanischen Verhalten. Beide Werkstoffe verformen sich unter konstanter Last zeitabhängig – ein Phänomen, das als Kriechen oder viskoelastisches Verhalten bekannt ist. Doch während sich das Verhalten von POM gut durch viskoelastische Materialmodelle (z. B. Prony-Serien) beschreiben lässt, zeigt PEEK ein weitaus komplexeres Verhalten, das sich nicht vollständig mit klassischen Ansätzen abbilden lässt.

Untersuchungen an polymeren Rollen unter statischer und dynamischer Last zeigen, dass POM nach längerer Belastung eine gleichmäßige Kriechverformung („Flattening“) aufweist. Diese Verformung ist reversibel und lässt sich durch viskoelastische Materialgesetze gut modellieren. PEEK hingegen zeigt eine deutlich unterschiedliche Reaktion: Hier kommt es zu lokal begrenzten, aber extrem hohen Verformungen, die nicht vollständig reversibel sind. Diese Unterschiede wirken sich direkt auf die Laufruhe und die Lebensdauer der Rollen aus.

Lokale Verformung: Wo die Unterschiede sichtbar werden

Mithilfe der Digital Image Correlation (DIC)-Technik wurde das lokale Verformungsverhalten der Rollen sichtbar gemacht. Während POM eine relativ gleichmäßige Spannungsverteilung zeigt – ähnlich wie bei elastischen Materialien – konzentrieren sich bei PEEK die höchsten Verformungen auf eine schmale Zone direkt an der Kontaktfläche. Die Verformung ist hier bis zu doppelt so hoch wie bei POM.

Besonders auffällig ist das Verhalten während des Rollens:

• POM zeigt eine allmähliche Erholung nach Entlastung, was auf einen hohen reversiblen Verformungsanteil hindeutet.
• PEEK hingegen weist eine signifikante irreversible Verformung auf, die sich auch nach Entlastung nicht vollständig zurückbildet. Die lokalen Verformungsspitzen bleiben bestehen und führen zu dauerhaften Formänderungen.

Diese lokalen Effekte haben direkte Auswirkungen auf die globale Performance der Rollen. Während POM-Rollen nach längerer Belastung zwar flacher werden, aber ihre Rundheit behalten, neigen PEEK-Rollen zu lokalen Abflachungen und Ovalitäten, die die Laufruhe beeinträchtigen.