|
Die Kenntnis über die Tribologie ist fester Bestandteil und Grundvoraussetzung für den sicheren Betrieb von Maschinen. Die Basis eines guten Betriebsverhaltens und einer hohen Verfügbarkeit liegt in der Ausnutzung des Angebotes aus dem Wissen der heutigen Schmierungstechnik. In meinem Artikel sollen wichtige Grundsätze der Schmierungstechnik noch einmal vorgestellt werden.
Definition des Begriffes Tribologie
Tribologie = Die Wissenschaft und Technik der aufeinander einwirkenden, in Relativbewegung zueinander befindlichen Oberflächen und der
damit verbundenen Probleme.
Der Begriff Tribilogie lässt sich zwei Sachthemen trennen : Die Tribologieforschung (Reibungsforschung) und die Tribotechnik (Schmierungstechnik)
Die Anwendung der Tribologie
Der sog. Tribologe bzw. der Anwender muss sich mit der Reibung und deren Auswirkung auseinandersetzen. Er muss sich vertiefte Kenntnisse aneignen, um die Probleme aus Reibung und Verschleiß zu erkennen. Welche Auswirkungen haben die wechselnden Parameter z.B. wie: die Temperatur, die Belastung, die Oberflächengüte, die Schwingungen und Umgebungsmedium, auf den Verschleiß der sich aufeinander bewegenden Oberflächen
.
Definition der Begriffe: was ist Reibung, was ist Verschleiß und was ist Schmierung?
Reibung = Die Reibung ist der mechanische Widerstand gegen die Relativbewegung zweier Oberflächen
Verschleiß = Der Verschleiß ist der ständige Verlust von Material aus der Oberfläche eines Objektes durch die Beanspruchung
Schmierung = Die Schmierung soll den Verschleiß verhindern und der Kontakt zweier Oberflächen soll wirkungsvoll durch den Schmierstoff
getrennt werden
Die Reibung ist eines der wesentlichsten Auslegungsparameter eines technischen Objektes. Beim Betrieb eines Objektes ist die Reibung oft ein Störfaktor, der Verschleiß und einen Energieverlust zur Folge hat. Für das Fügen (verschrauben, verspannen, verpressen) und Antreiben
( Reibantrieb, Riemenantrieb, Bremsen, Kupplungen, ) ist eine definierte Reibung erwünscht.
Das bedeutet, dass die Reibung nicht in jedem Fall zu minimieren ist, sondern die Reibung muß gezielt für jeden Anwendungsfall definiert und ausgelegt werden.
Aus diesem Grunde sind bei der Auslegung eines zu konstruierenden Objektes die Reibungsarten und die Reibungszustände zu analysieren.
Zu betrachten sind die zwei wesentlichen Reibungsarten: Die Ruhereibung und die Bewegungsreibung.
Definition der Begriffe: was ist Ruhereibung und was ist Bewegungsreibung?
Ruhereibung = Die Ruhereibung ( Haft-oder statische Reibung ) ist der Widerstand gegen die Bewegung zweier Oberflächen beim Angriff einer
Kraft
Bewegungsreibung = Eine gleichförmige Bewegungsreibung tritt auf, wenn zwei Oberflächen relativ zueinander bewegt werden
Eine ungleichförmige Bewegungsreibung tritt auf beim Auslauf von zwei relativ zueinander bewegten Oberflächen, d.h. bis
zum Bewegungsende
Bei Aufnahme der Bewegung, z.B. eines Gleitlagers, werden alle Gleitzustände durchlaufen.
Die Reibungszustände ändern sich nach dem Übergang von der Ruhe in die Bewegung in die Grenzreibung und nach der Überwindung der Ruhereibung ( Festkörperkontakt ) in die Mischreibung zur hydrodynamischen Reibung mittels eines Schmierstoffes. Innerhalb des Schmierstoffes gibt es die viskose Reibung, die von der Gleitgeschwindigkeit und der Temperatur beeinflusst wird.
Definition der Begriffe: was ist Grenzreibung, was ist Mischreibung, was ist hydrodynamische Reibung und was ist viskose Reibung?
Grenzreibung = Die Grenzreibung nennt man den Übergang von der Haftreibung in die Festkörperreibung
Mischreibung = Die Mischreibung ist der Zustand, zur Festkörperreibung ein Schmierstoff am Reibzustand teilnimmt
Hydrodynamische Reibung = Die hydrodynamische Reibung ist der Zustand vom Übergang der Mischreibung in die Flüssigkeitsreibung
Viskose Reibung = Die viskose Reibung ist die Reibung innerhalb des Schmierstoffes
Das Verhältnis der Reibkraft zur Normalkraft ( Antriebskraft ) wird durch den Begriff des Reibungskoeffizienten ausgedrückt. Man unterscheidet den Reibungskoeffizienten in den Haftreibungskoeffizienten und den Gleitreibungskoeffizienten.
Die Reibungszustände lassen sich am anschaulichsten in einem Stribeck-Diagramm erklären. 
In Abhängigkeit der Schmierzustandes lassen sich die Reibzustände und damit die spezifischen Belastung von Gleitkörpern mittels eines geeigneten Schmierstoffes stark beeinflussen.
Betrachtung und Auslegung eines geschmierten Maschinenelementes
Bei der Auslegung eines geschmierten Maschinenelementes ist dieses als ein sog. -Tribolosches System- zu betrachten. Dieses setzt sich aus den beiden Maschinen-Teilelementen, dem Zwischenstoff , dem Umgebungsmedium und dem Belastungskollektiv zusammen.
Der Zwischenstoff wird ein Schmierstoff eingesetzt, der die Teilelemente voneinander trennt, die spezifische Belastbarkeit erhöht und den Verschleiß reduziert. Die Umgebungsbedingungen sind zu prüfen, inwieweit der Schmierstoff in seiner Eigenschaft beeinflusst wird.
Das Verschleißverhalten des tribologischen-Systems ist abhängig von der Wechselwirkung der einzelnen Elemente, der Einfluß der Umgebungsbedingungen und der Wechselwirkung der Belastungen..
Für den Verschleiß ist das Belastungskollektiv( Betrag der Belastung, Häufigkeit und Frequenz ) entscheidend.
Verschleißmechanismen
Verschleiß kann in unterschiedlichen Formen auftreten:
Als: Adhäsion, Abrasion, Oberflächenzerrüttung, Tribooxydation
Definition der Begriffe: was ist Adhäsion (adhäsiver Verschleiß ), Abrasion (abrasiever Verschleiß ), Oberflächenzerrüttung und
Tribooxydation
Adhäsion ( ) = Unter Adhäsion versteht man die Wechselwirkung von Gleitpartnern aufgrund von Mangelschmierung
Abrasion ( ) = Unter Abrasion versteht man den Materialabtrag durch die Rauheit der Gleitoberflächen oder durch harte Partikel im
Zwischenstoff
Oberflächenzerrüttung = Oberflächenzerrüttung entsteht durch mechanische Überbelastung der Gleitpartneroberfläche. Sog.-Pitting-
Tribooxydation = Als Tribooxydation versteht man eine chemische Reaktion aus Bestandteilen des Zwischenstoffes auf die
Gleitpartner
Was reduziert den Verschleiß?
Verschleiß lässt sich durch richtige, geschickte Auslegung der Gleitpartner und des Zwischenstoffes in berechenbare Grenzen halten. Die wesentlichen Einflussgrößen auf den Verschleiß wurden durch o.g. Definitionen genannt. Den wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Verschleißes wird aber durch den passenden Schmierstoff (Zwischenstoff ) erreicht. Der Schmierstoff hat die Aufgabe den Kontakt der Gleitpartneroberflächen zu verhindern. Zur Trennung der Kontaktoberflächen können Öle, Fette und feste Oberflächenbeschichtungen eingesetzt werden.
Als hydrodynamische Schmierung bezeichnet man, unter Verwendung von Ölen oder Fetten, den kontaktlosen Schmierungszustand von Gleitpartnern des tribologischen Systems. Die hydrodynamische Schmierung wird für den Auslegungspunkt der Gleitpartner eingestellt.
In der Praxis muss aber immer ein Kompromiss gefunden werden, denn die Gleitpartner werden durch wechselnde Betriebszustände beansprucht. Für die Auslegung der Gleitpartner ist es darum wichtig für alle Betriebszustände die Kontaktflächen mit entsprechend unterschiedlichen Schmiermöglichkeiten gegen Verschleiß abzusichern ( Notlaufeigenschaften).
Im Gegensatz zur hydrostatischen Schmierung werden die Gleitpartneroberflächen durch ein Trockenschmierstoff getrennt. Die Gleitflächen werden mit einem sog. AF-Coating ( Anti-.Friction-Coating ) beschichtet. Auch als Einlaufschmierung kann ein AF-Coating eingesetzt werden.
Bemerkungen:
Für den Praktiker ist das Handbuch der Fa. Dow Corning GmbH : “MOLYKOTE” zu empfehlen Hier werden Grundlagen der Tribologie verständlich erläutert und die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten unterschiedlichster Schmier -und Montagegleitmittel vermittelt. Für den Anwender ein praktisches Nachschlagewerk.
Eigene Versuche mit neuen Schmiermitteln und die Optimierung von Nachschmierfristen wurden von der Fa. Bremer&Leguil Dortmund hilfreich unterstützt.
|
