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Enabler der Konstruktion Die optimale Tribologie im System erreichen

Die Polymerbeschichtungen von GGB können dazu beitragen, die Bauteilleistung zu optimieren und die Anzahl der für eine Anwendung benötigten Komponenten zu reduzieren. Was sich hinter diesen tribologischen Beschichtungen verbirgt, erläutern Dr. Marco Enger und Siegfried Gsöls.

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Mit Know-how und einem breiten Angebot an Gleitlager- und Beschichtungsprodukten unterstützt GGB dabei, die richtige tribologische Lösung zu finden.
Mit Know-how und einem breiten Angebot an Gleitlager- und Beschichtungsprodukten unterstützt GGB dabei, die richtige tribologische Lösung zu finden.
(Bild: GGB)

konstruktionspraxis:Was versteht man unter optimalen tribologischen Eigenschaften und passgenauen Oberflächen?

Marco Enger: Wenn wir unsere Welt unter dem Gesichtspunkt „der sich kontaktierenden Oberflächen in Relativbewegung“ betrachten, erkennen wir, dass Tribologie überall zu finden ist. Viele technische Funktionen lassen sich nur durch aufeinander einwirkende Oberflächen realisieren.

Diese Konstellation finden wir nicht nur in künstlichen Systemen, sondern auch in der Natur. So bestehen alle Fahrzeuge aus einer Vielzahl von tribologischen Systemen: der Kontakt von Zahnrädern im Getriebe bei Kraftfahrzeugen, die Lagerung im Sitzversteller und viele mehr.

Dr. Marco Enger verfügt über mehr als zehn Jahre Erfahrung in der Tribologie, Tribometrie und allen damit verbundenen Unterthemen.
Dr. Marco Enger verfügt über mehr als zehn Jahre Erfahrung in der Tribologie, Tribometrie und allen damit verbundenen Unterthemen.
(Bild: GGB)

Der menschliche Körper ist dagegen ein sehr gutes Beispiel für natürlich vorkommende tribologische Kontakte. Jedes Gelenk ist ein tribologisches System. Im Alter merken wir dann vermehrt, dass diese Kontakte auch einem natürlichen Verschleißprozess unterworfen sind. Aufgrund dieser Vielfalt ergeben sich sehr spezifische Anforderungen für die jeweiligen Oberflächen. Hier kommt nun die Oberflächenfunktionalisierung ins Spiel.

konstruktionspraxis: Welche Vorteile bieten Polymerbeschichtungen gegenüber anderen tribologischen Lösungen?

Siegfried Gsöls: Grundsätzlich geht es um eine hohe Systemperformance, die durch Polymerbeschichtungen erreicht werden kann. Reibung und Verschleiß stehen hier an erster Stelle, ebenfalls die Eigenschmierung. Doch es gibt eine Reihe weiterer Vorteile, so die mögliche Vereinfachung des Designs, die geometrische Freiheit und die Gewichts- und Platzersparnis. Es ist weniger Oberflächenbearbeitung nötig und es können eine hohe Maßgenauigkeit und Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Nicht zuletzt sind Polymerbeschichtungen kompatibel mit mehreren Metallen und Substratmaterialien.

Die Experten

Dr. Marco Enger verfügt über mehr als zehn Jahre Erfahrung in der Tribologie, Tribometrie und allen damit verbundenen Unterthemen. Im Jahr 2014 wurde der promovierte Maschinenbauer Senior-Tribologe bei GGB und ist seitdem für alle grundlegenden Forschungsarbeiten im Bereich der Tribologie verantwortlich.
Siegfried Gsöls arbeitet für GGB in Wien und ist seit 2012 im Unternehmen. Er startete als Verkaufsingenieur, wurde dann Verkaufsleiter für industrielle Märkte in Europa und ist seit Ende 2019 kaufmännischer Leiter des tribolgischen Beschichtungsbereiches.

konstruktionspraxis: Ab welchem Zeitpunkt sollte über tribologische Oberflächenlösungen nachgedacht werden?

Gsöls: Traditionell sind die Gleitflächen die kritischsten in der Anwendung. Wenn ein Problem im System auftritt, dann schlägt sich das zuerst in der Lagerlösung nieder. Ein solcher Ausfall hat dann hohe Kosten zur Folge. Deshalb ist es wichtig, sich frühzeitig über die optimierte tribologische Lösung Gedanken zu machen.

Siegfried Gsöls arbeitet für GGB in Wien und ist seit 2012 im Unternehmen.
Siegfried Gsöls arbeitet für GGB in Wien und ist seit 2012 im Unternehmen.
(Bild: GGB)

Das Ziel ist ein technisch und wirtschaftlich zuverlässiges System mit Polymerbeschichtungen, auch mit Blick auf eine Designvereinfachung zur Reduzierung der Systemkosten und eine Optimierung des Systems.

konstruktionspraxis: Was sind die klassischen Anwendungsgebiete für die GGB-Polymerbeschichtungen?

Gsöls: GGB-Polymerbeschichtungen können in vielen Anwendungen mit zwei unterschiedlichen Ansätzen in Betracht gezogen werden:

  • 1. als Triboshield-Lösung: Eine Beschichtung wird auf ein bewegliches Teil aufgetragen, welches mit dem Gegenstück tribologisch interagiert, um Gewicht zu verringern, Platz zu sparen, Korrosionsbeständigkeit hinzuzufügen und so weiter.
  • 2. als Tribomate-Lösung: eine gepaarte Beschichtungslösung, wo Beschichtung plus Beschichtung oder Beschichtung plus Gleitlager (Metall-Polymer, technischer Kunststoff oder sogar Faserverbundmaterialien) als komplette tribologische Lösungen angeboten werden. So kann zum einen oft auf Schmierfett- oder Öl verzichtet werden, zum anderen der Reibungskoeffizient und damit der Verschleiß verringert werden.

Typische Anwendungen für beide Lösungsansätze sind Magnete, Pumpen und Hydrauliksysteme, beschichtete Spindeln für die Höhen- und Längenverstellung, Automobil-Anwendungen wie Sitzlehnen und Schienensysteme, Skilifte, Luft- und Raumfahrtanwendungen wie Schiebeverriegelungen und vieles mehr.

konstruktionspraxis-Podcast

Der konstruktionspraxis-Podcast, das Fachmagazin zum Hören, informiert schnell und unterhaltsam über spannende Technikthemen. In dieser Folge spricht Fachjournalistin Annedore Bose-Munde mit Dr. Marco Enger und Siegfried Gsöls von GGB darüber, wie Polymerbeschichtungen dazu beitragen können, die Bauteilleistung zu optimieren und die Anzahl der für eine Anwendung benötigten Komponenten zu reduzieren.

konstruktionspraxis: Welche speziellen Lösungen für Polymerbeschichtungen bietet GGB?

Enger: Einige Beschichtungssysteme wurden optimiert, um Lösungen für spezielle Anwendungen oder Verschleißarten zu bieten. Schwingverschleiß tritt bei reversierender Relativbewegung mit sehr kleinen Schwingungsamplituden auf. Er kann jedoch lange unbemerkt bleiben kann. Daher haben wir eine Beschichtungslösung entwickelt, um die Lebensdauer von Kontakten unter Schwingverschleißbeanspruchung zu verlängern.

Auch für tribologische Systeme, die konstante und sehr niedrige Reibung benötigen, damit ein störungsfreier Betrieb möglich ist, beispielsweise Hubmagnete, bieten wir spezielle Lösungen. Die konstante und sehr niedrige Reibung realisieren wir durch eine spezielle Schichtarchitektur. Hierbei liegen die gleitaktiven Elemente geschichtet vor. Durch diesen Füllstoffgradienten erzielen wir eine erhöhte Füllstoff-Konzentration im Bereich der tribologischen Kontaktzone und so ergeben sich sehr geringe und konstante Reibwerte. Und natürlich sind unsere Tribomate-Lösungen zu nennen, mit denen sich synergetische Effekte und weitere Leistungssteigerung realisieren lassen.

konstruktionspraxis: Sind individuelle Kundenumsetzungen machbar?

Enger: Polymerbeschichtungen bestehen aus einer Polymermatrix, die mit gleitaktiven und anderen funktionellen Füllstoffen modifiziert ist. Dieses Konzept ermöglicht eine leichte Modifikation.

Wir verfolgen zwei Modelle:

  • Modell 1 basiert auf der Modifikation einer bestehenden Beschichtungsformulierung. Die Auswahl eines Beschichtungssystems für ein spezifisches System erfolgt immer nach einer tiefgründigen Bewertung aller relevanten Systemfaktoren. Danach werden die Beschichtungen unter systemrelevanten Bedingungen in unseren internen Laboren oder direkt beim Kunden validiert und evaluiert. Sehen wir, dass die Polymerbeschichtungen Potenzial zeigen, jedoch noch nicht alle Kriterien erfüllen, können wir diese gezielt modifizieren.
  • Modell 2 basiert auf einer kompletten Neuentwicklung einer Beschichtungsformulierung. Auch hier bildet die Systemanalyse das Fundament für die Entwicklung. Die Entwicklungszeiten sind jedoch deutlich länger im Vergleich zu Modell 1.

konstruktionspraxis: Wie hoch ist momentan das Kundeninteresse an Polymerbeschichtungen?

Gsöls: Ein Jahr nach der offiziellen Einführung der tribologischen Polymerbeschichtungen, haben wir eine große Anzahl von Projekten abgewickelt. Das Niveau der eingehenden Projekte ist hoch, mit einem starken Trend zu Designprojekten. Und das Interesse an Beschichtungslösungen entwickelt sich, je mehr die Kunden die Vorteile erkennen.

konstruktionspraxis: Welche Entwicklungen im Bereich Oberflächentechnik erwarten Sie zukünftig?

Enger: Kunden stehen unter dem ständigen Druck, ihre Designs zu verbessern, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Infolgedessen sind die Anforderungen an eine höhere Leistungsfähigkeit von Beschichtungen unvermeidlich. Daher ist es erforderlich, das Leistungsfenster kontinuierlich zu verschieben, um eine längere Lebensdauer zu erzielen.

Vielen Dank Herr Dr. Enger und Herr Gsöls.

* Das Interview führte Annedore Bose-Munde, Fachjournalistin aus Erfurt

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Über den Autor

Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik