Tribologie Know-how & Verschleißanalyse
Die Schadens- und Verschleißanalyse ist das zentrale Element zur Definition von Abhilfemaßnahme für die Reduzierung von Verschleiß und Ausfällen.
Im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie werden auf Basis der durch eine umfassende Technische Analytik erzielten Ergebnisse gegen Verschleiß und Abhilfe erarbeitet. Denn nur was gemessen wird, kann auch anschließend verbessert werden. Die Analytik umfasst Technische Einrichtungen für Oberflächenanalysen, Rauheits- und 3D-Oberflächenmessungen, Schichtcharakterisierungen und Materialanalysen. Wir verfügen über eine umfangreiche Erfahrung in der Optimierung von Reibpaarungen und der Reduzierung von Verschleiß.
Unabdingbar für die Ermittlung der Schadensursache ist eine qualifizierte Verschleißanalyse der am Tribosystem beteiligten Komponenten. Ebenso wichtig ist es die physikalischen Wirkzusammenhänge des Systems zu kennen für die Schadensverlauf zu kennen. Denn nur durch die Kenntnis der physikalischen Wirkkette können die Analyseergebnisse richtig bewertet werden und dann Abhilfemaßnahmen definiert werden.
Folgender Ablauf der Schadens- und Verschleißanalyse ist in der VDI Richtlinie 3822 empfohlen:
– Schadensbefund
– Bestandsaufnahme
– Untersuchungen
– Schadensursachen
– Schadensabhilfe
– Schadensbericht
Erfahren Sie hier mehr über Reibung und Verschleiß:
Reibung
Durch Reibung entsteht eine der Bewegungsrichtung entgegengesetzt wirkende Kraft, wenn man zwei Körper, auf die eine Normalkraft wirkt, relativ zueinander bewegt. Bei der trockenen Reibung erfolgt die Kraftübertragung durch die Mechanismen:
– Aneinanderhaften von Oberflächen (Adhäsion)
– Deformation (Gegenseitiges Eindringen) und
– Verhaken von Oberflächenrauheiten (Coulombsche Reibung).
Man unterscheidet drei grundlegende Reibungsmechanismen für das Zustandekommen der Reibkraft:
– Adhäsion
– Deformation
– Verhaken
Die Oberflächenstruktur hat bei Reibkontakten in der Tribologie eine enorme Bedeutung, egal ob es sich um einen trockenen oder einen geschmierten Kontakt handelt. Die Topografie wird mithilfe von hochauflösenden optischen Messgeräten erfasst und in dreidimensionalen Oberflächenkenngrößen für Welligkeit und Rauheit abgebildet. Für die Rauheit- und 3D-Oberflächenmessung stehen im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie entsprechende optische Messgeräte zur Verfügung.
Verschleiß
In der 1997 zurückgezogenen DIN 50320 wird Verschleiß als der fortschreitende Materialverlust einer Oberfläche eines festen Körpers (Grundkörper), hervorgerufen durch mechanische Ursachen, also den Masseverlust (Oberflächenabtrag) einer Stoffoberfläche definiert. Jedoch ist diese Definition nicht ausreichend präzise, denn Verschleiß liegt schon dann vor, wenn die Funktion der Komponente beeinträchtigt ist.
Im Arbeitsblatt 7 der Gesellschaft für Tribologie werden innerhalb des Tribosystems folgende Größen für die Betrachtung des Themas Verschleiß definiert:
– Verschleißmechanismen,
– Verschleißarten,
– Verschleißerscheinungsformen und
– Verschleißmessgrößen.
Allgemeinsprachlich wird der Begriff Verschleiß für den Vorgang sowie das Ergebnis verwendet. Zur Unterscheidung müssen aber für den Vorgang der Begriff Verschleißvorgang und das Ergebnis die Begriffe Verschleißerscheinungsformen und/oder die Verschleißmessgrößen verwendet werden.
Verschleiß entsteht durch das komplexe Zusammenspiel der Mikro- und Makrostruktur von Oberflächen sowie durch Materialeigenschaften. Diese Eigenschaften werden Steinbeis-Transferzentrum Tribologie durch Rauheits- und 3D-Oberflächenmessungen und Mikrohärteprüfungen sowie der photothermischen Randzonenanalyse analysiert.
Oberfläche
Die Mikrostruktur von Oberflächen hat einen wesentlichen Einfluss auf das Reib- und Verschleißverhalten zusammenwirkender Oberflächen, sowohl von trockenen als auch von geschmierten Tribosystemen. Deshalb ist die Kenntnis der physikalischen Auswirkungen von Oberflächenstrukturen wichtig, um darüber geeignete Oberflächenkenngrößen für die Zeichnung festzulegen. Beispielsweise ist die Welligkeit eine entscheidende Topografiegröße, um einen stabilen hydrodynamischen Schmierkeiles möglichst schnell auszubilden. Zum Einlaufen von Oberflächen spielt dagegen die Steilheit der Oberflächenspitzen, die durch entsprechende Rauheitskenngrößen in den Normen definiert ist, eine wichtige Rolle. Im Steinbeis Transferzentrum Tribologie wird die Mikrostruktur von Oberflächen mit hochauflösenden optischen Messgeräten gemessen.
Die Messung der Oberflächenenergie spielt eine wichtige Rolle beim Beschichten, Lackieren, Kleben als auch bei der Bewertung von Gleitlagern was die Gefahr eines Trockenlaufes anbelangt. Die Oberflächenenergie ist ein Maß für die Benetzbarkeit einer Oberfläche und wird über die Messung des Kontaktwinkels, den ein Tropfen auf der Oberfläche des Festkörpers mit dieser ausbildet, bestimmt. Im Steinbeis Transferzentrum Tribologie wird die freie Oberflächenenergie von Festkörpern mit einem Kontaktwinkelmessgerät bestimmt.
Material
Für das Reibsystem sind die Materialeigenschaften in unmittelbarer Nähe des Reibkontaktes wichtig. Dafür stehen im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie die geeigneten Einrichtungen für die Analytik zur Verfügung. Diese ermöglichen die Mikrohärteprüfung für die Bewertung der Verschleißfestigkeit, da wo die Härte und der Elastizitätsmodul eine Rolle spielen. Des Weiteren werden oberflächennahe Analysen der Gefügedichte durch die Photothermische Randzonenanalyse durchgeführt und triobologisch bewertet.
Einrichtungen für die Charakterisierung von Beschichtungen ermöglichen das Messen von Schichtdicken, Haftfestigkeit, Schichthärte und der chemischen Elementzusammensetzung.
Verschleißschutz
Beim Verschleißschutz wird unter anderem versucht, die vom Verschleiß bedrohten Oberflächen durch Härte zu schützen bzw. den Verschleiß zu vermindern. Diese Technik wird bereits seit dem Mittelalter und schon früher mehr oder weniger erfolgreich angewendet. Während in vielen technischen Anwendungen Verfahren der Fertigungshauptgruppe Stoffeigenschaft ändern zu sehr guten Ergebnissen führt, haben sich in vielen weiteren Bereichen Beschichtungen durchgesetzt. So sind heute praktisch alle Wendeschneidplatten für die Zerspanung mit verschiedenen komplexen Schichtsystem versehen, die Schnittdaten erlauben, die noch vor einigen Jahren undenkbar waren, und auch bei Werkzeugen für Kunststoffspritzgießen oder Umformwerkzeugen setzen sich solche Schichtsysteme mehr und mehr durch.
Triboconditioning
In den vergangenen zehn Jahren hat ein mechanochemischer Finishing-Prozess (Triboconditioning®) großes industrielles Interesse erlangt und einen schnellen Fortschritt von grundlegenden Laborexperimenten zu vollwertigen Produktionsversuchen gemacht. Die industrielle Akzeptanz des Triboconditioning®-Prozess hängt stark von der Verfügbarkeit von technisch robusten und kostengünstigen Qualitätskontrollwerkzeugen für die Oberflächenzustandsüberwachung während und nach der Triboconditioning®-Behandlung ab. Die vorliegende Veröffentlichung in der Zeitschrift Material and Science beschreibt drei verschiedene Überwachungstechniken für den Oberflächenzustand, die für den industriellen Einsatz geeignet sind. Tribofilm-Wachstumskinetik, zeitliche Entwicklung des Oberflächenrauheitsprofils und Druckspannungsaufbau während der Behandlung werden untersucht.