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Mangelschmierung

Die einfachste und meist auch kostengünstigste Art Reibung und Verschleiß zu verringern, ist der Einsatz eines Schmierstoffs, der zwischen die beiden Reibpartner gebracht wird. Als Schmierstoff verwendet werden z.B. Öle, Fette, Wasser und wässrige Emulsionen sowie Festschmierstoffe wie z.B. Graphit. Häufig erzielen hierbei Öle das beste Preis/Leistungs-Verhältnis bei gleichzeitig begrenztem technischen Aufwand zu ihrer Handhabung.

Bei der Verwendung von Öl ist der bevorzugte Arbeitsbereich die hydrodynamischen Schmierung. Hierbei sind die Reibpartner durch einen kontinuierlichen Ölfilm vollständig voneinander getrennt. Im sog. Ausklinkpunkt, das ist derjenige Betriebszustand, bei dem die Rauheitsspitzen der Reibpartner sich gerade nicht mehr berühren, sind Reibung und Verschleiß in der Regel minimal. Typischerweise werden im Ausklinkpunkt Verschleißraten im Bereich einiger Nanometer pro Stunde und Gleitreibungskoeffizienten von weniger als 0,05 beobachtet.

Es gibt jedoch auch zahlreiche Gründe, die einen Betrieb im hydrodynamischen Bereich unmöglich machen. Hierzu gehören z.B. der stark diskontinuierliche oder reversierende Betrieb der Reibpaarung, da nach jeder Unterbrechung bzw. nach jedem Umkehrpunkt der Bewegung der Grenz- und Mischreibungsbereich durchschritten werden müssen. Hinzu kommen erhöhter Verschleiß, z.B. durch erstmaliges Anlaufen oder durch Mangelschmierung (z.B. beim Kaltstart eines Motors).

Da der Verschleiß in solchen problematischen Betriebsbedingungen um mehrere Zehnerpotenzen über dem des hydrodynamischen Betriebs liegen kann, wird die Lebensdauer derart beanspruchter Reibpaarungen fast ausschließlich durch die Häufigkeit, mit der solch problematische Schmierungszustände eintreten, deren Dauer sowie den während dessen auftretenden Verschleiß bestimmt.

Ist mindestens einer der Reibpartner ein Kunststoff, kann dieser zusätlich zur externen Schmierstoffen mit Festschmierstoffen, wie z.B. Graphit, PTFE oder Molybdänsulfig gefüllt werden. Diese interne Schmierung kann im Unterschied zur externen Schmierung nicht verloren gehen. Um die Wirkung interner Schmierung auf Reibung und Verschleiß einer Kunststoff/Metall-Gleitpaarung unter Mangelschmierung messtechnisch zu erfassen, werden häufig Bauteilprüfstände verwendet. Deren übliche Nachteile, nämlich lange Prüfzeiten, geringer Durchsatz, geringe statistische Sicherheit, hohe Kosten und die Notwendigkeit aus jedem potenziell geeigneten Werkstoff Bauteile herzustellen. Alternativ hierzu bieten wir die Durchführung mangelgeschmierter Modellversuche an. Hierbei wird die Mangelschmierung nicht wie bei Gleitlagerprüfungen üblich durch Verringerung der Gleitgeschwindigkeit und Erhöhung der Radialkraft sondern durch Verknappung des externen Schmiermediums und durch eine geometrisch bedingte hohe Abstreifwirkung der Probekörper erreicht.

Abbildung 1: Einfluss der Schmiermittelrate auf die spezifische Verschleißraten der Paarungen "PEEK natur/100Cr6" und "PEEK mod./100Cr6".
Abbildung 2: Einfluss der Schmiermittelrate auf die Gleitreibungskoeffizienten der Paarungen "PEEK natur/100Cr6" und "PEEK mod./100Cr6".

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