Verschleißanalytik
Das zentrale Element für eine Verschleißreduzierung ist die Schadensanalyse. Denn nur durch eine akribische Schadensanalyse kann die Root Cause („Wurzel allen Übels“) gefunden werden und daraus Abhilfemaßnahmen definiert werden.
Das Steinbeis Transferzentrum Tribologie an der DHBW in Karlsruhe ist spezialisiert auf die Verschleißoptimierung von Tribosytemen. Wir beraten Sie gerne in allen Angelegenheiten rund um die Tribologie !
Ermüdungsverschleiß
Unabdingbar für eine qualifizierte Verschleißanalyse ist die vollständige Analyse der am Tribosystem beteiligten Komponenten.
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 mit Hilfe von hochauflösenden optischen Messgeräten erfasst und durch dreidimensionale Oberflächenkenngrößen charakterisiert. Für die Oberflächenmessungen stehen im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie überwiegend optische Messgeräte zur Verfügung, aber wenn es ganz genau sein muss, dann setzen wir das Rasterkraftmikroskop (AFM) ein.
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 als auch für 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. Die Festigkeitseigenschaften des Materials nahe der Oberfläche werden durch Mikrohärteprüfung, Nanoindentierung und durch die photothermische Randzonenanalyse charakterisiert.
Oberfläche
Die Oberflächenstruktur 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 Wirkzusammenhänge wichtig, um darüber geeignete Oberflächenkenngrößen 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 eine wichtige Rolle. Wir beraten Sie qualifiziert bzgl. der geeigneten Oberflächenkenngrößen. Im Steinbeis Transferzentrum Tribologie wird die Mikrostruktur von Oberflächen überwiegend mit 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 oberflächennahen Materialeigenschaften entscheidend. Dafür stehen im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie die geeigneten Einrichtungen für die Analytik zur Verfügung, die es ermöglichen die Randzone durch Härte, E-Modul, Streckgrenze und elast./plast. Verformungsarbeit zu charakterisieren. Dies erfolgt mit der Mikrohärteprüfung und Nanoindentation. Des Weiteren werden oberflächennahe Analysen der Gefügedichte durch die Photothermische Randzonenanalyse durchgeführt und triobologisch bewertet.
Einrichtungen für die Schichtanalytik ermöglichen die Messung der Schichtdicke, der Haftfestigkeit, der Schichthärte und die Materialzusammensetzung der Beschichtung.
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.