Enabler der Konstruktion Neue Entwicklungen in der Tribologie

Auch in den anspruchsvollsten Umgebungen profitieren Unternehmen von Lösungen, die die Reibung verringern und die Verschleißbeständigkeit erhöhen.

In vielen Branchen sind komplexe Formen und Oberflächen problematisch für Ingenieure, deren Aufgabe es ist, die Leistungsfähigkeit zu steigern und gleichzeitig Reibung und Verschleiß langfristig zu reduzieren.

Die mit komplizierten, unverhältnismäßigen oder veralteten Konstruktionen verbundenen Kosten können sich im Laufe eines Projektes außerdem schnell addieren. Beispielsweise können bei einem herkömmlichen Lager Verschleißerscheinungen auftreten, welche Reparaturen oder auch einen Austausch erforderlich machen. Wenn diesem Verschleiß dann nicht rechtzeitig entgegengewirkt wird, kann es zu einem Ausfall des Lagers kommen, was wiederum erhebliche Folgen im Hinblick auf die Produkthaftungs- und Reputationskosten hat.

Wie aber wäre es, wenn es eine Lösung gäbe, die optimale tribologische Eigenschaften und verbesserte Oberflächeneigenschaften bietet und sich gleichzeitig sowohl für herkömmliche Lager als auch für komplexe geometrische Formen eignet? Genau vor diesem Hintergrund hat GGB, Spezialist für selbstschmierende Gleitlager, eine innovative tribologische Lösung entwickelt: Polymerbeschichtungen.

Wenn beim Entwurf einer Konstruktion so frühzeitig wie möglich Polymerbeschichtungen eingeplant werden, so kann laut GGB die Leistung optimiert und die Anzahl der für eine Anwendung benötigten Komponenten reduziert werden. Dadurch werden nicht nur Kosten gespart, sondern es wird auch die gesamte Konstruktion vereinfacht.

Tribologie ist überall

Polymerbeschichtungen fallen in die Kategorie der Reibungs-, Verschleiß- und Schmierungswissenschaft, auch bekannt als Tribologie. GGB bietet seit mehr als 115 Jahren Lösungen zur Reduzierung der Reibung und zur Optimierung des Produktdesigns durch tribologische Technologien und Konzepte an. Durch Anwendung der Tribologie ist das Unternehmen in der Lage, Verschleiß und Reibung bei der Implementierung, beim Entwurf, bei der Fertigung und bei der Nutzung von Industrieanlagen noch stärker zu minimieren. Verschleiß bezieht sich auf den Schaden, der durch die Bewegung zwischen sich kontaktierenden Oberflächen verursacht wird, während während Reibung die Widerstandskraft gegenüber der Relativbewegung ist.

GGB hat nicht nur Zugang zu einer Fülle von verschiedenen Produkten und Technologien, sondern verfügt auch über eine umfassende Erfahrung, um Lösungen für anspruchsvolle tribologische Aufgaben zu entwickeln. So bietet das Unternehmen eine Vielzahl von verschiedenen Lösungen an, die in den Bereich der Tribologie fallen: Metall-Polymer, technische Kunststoffe, Faserverbundwerkstoffe, Metall- und Bimetall-Gleitlager sowie Polymerbeschichtungen.

Es handelt sich dabei um eine Wissenschaft, die das umfassende und multidisziplinäre Engagement von Forschern, Ingenieuren, Chemikern, Physikern und Mathematikern erfordert, die alle gemeinsam das Verhalten von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung untersuchen.

Lange Zeit wurde die Tribologie vor allem mit dem Themenkomplex Maschinenbau in Verbindung gebracht, jedoch hat sie sich in den letzten Jahrzehnten auf neue Bereiche ausgedehnt. Heute finden die tribologischen Lösungen von GGB Einsatz in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, in der Landwirtschaft, in der Öl-, Fluidtechnik-, Solar- und Freizeitindustrie.

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Vielseitigkeit und Flexibilität

Polymerbeschichtungen bieten den Vorteil, dass sie die geometrische Gestaltung von Gleitflächen nicht einschränken. Da sich nahezu jede Form oder Oberfläche beschichten lässt, kann man beim Design über die traditionellen zylindrischen Optionen hinausgehen und Möglichkeiten präsentieren, um die Konstruktion zu vereinfachen oder die Anzahl der Komponenten in einer Baugruppe zu reduzieren.

Zudem bieten Beschichtungen nicht nur die Möglichkeit, auf eine kostenintensive Oberflächenendbearbeitung zu verzichten, sondern lassen auch die Nutzung von einfachen Metallen und Legierungen zu. Außerdem eignen sich Polymerbeschichtungen für traditionelle Lagerlösungen oder machen bei Bedarf – in bestimmten Situationen – die Notwendigkeit einer traditionellen Lagerlösung überflüssig.

Für den Korrosionsschutz von Bauteiloberflächen finden Polymerbeschichtungstechnologien heute weitverbreitet Anwendung. Jüngste Fortschritte in der Technologie haben nun dazu beigetragen, dass Polymerbeschichtungen auch für andere Bereiche eingesetzt werden. Besonders interessant ist diese Technologie für diejenigen Bereiche, in denen neben Korrosionsschutzeigenschaften oder Chemikalienbeständigkeit auch ein tribologischer Leistungsaspekt erwünscht ist, beispielsweise bei Pumpen, Kompressoren oder Freizeitanwendungen.

Je nach Bauteilgeometrie, Beschichtungszusammensetzung und Auftragungsdicke werden die Polymerbeschichtungen mit verschiedenen Verfahren aufgebracht – von herkömmlichen und elektrostatischen Verfahren bis hin zum Airless-Spritzen. Sie können auf metallische (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan, Magnesium), keramische oder in besonderen Fällen auch auf Kunststoffsubstrate aufgebracht werden.

Aufbau der Beschichtung

Eine Polymerbeschichtung besteht aus einem Matrixwerkstoff modifiziert mit Füllstoffen, die sowohl zur Unterstützung tribologischer Eigenschaften als auch zur Verstärkung dienen. Je nach Substrat wird die Haftung durch eine mechanische oder chemische Oberflächenvorbebehandlung verbessert.

Je früher sich Unternehmen im Designprozess für die Verwendung von Polymerbeschichtungen entscheiden, desto besser. Durch eine frühzeitige Optimierung des Designs vom Konzept bis zum Produkt können die Vorteile der Polymerbeschichtungen laut GGB am besten genutzt werden. Wenn mitten im Prozess, also nachdem traditionelle Lösungen in Bezug auf die Oberflächenreibung gekauft oder entwickelt wurden, beschlossen wird, ein effizienteres Design zu implementieren, wird dies unnötige Zusatzkosten mit sich bringen.

Vorteile einer Polymerbeschichtung

(Bildquelle: GGB)

Vereinfachung der Konstruktion: Polymerbeschichtungen bieten ein individuell abgestimmtes Reibungsniveau für komplex geformte Gleitflächen und machen es möglich, die gesamte Konstruktion einfacher zu gestalten, sodass weniger Teile benötigt werden.
Geeignet für metallische Substrate: Es können zahlreiche metallische Substrate beschichtet werden, unter anderem Stahl, Edelstahl, Aluminium, Titan und Magnesium.
Chemikalien- und Korrosionsschutz: Die Rezepturen von GGB sorgen für eine Barriere aus inertem Material zwischen den Oberflächen, um dadurch die Lebensdauer zu verlängern.
Selbstschmierung: Polymerbeschichtungen enthalten Festschmierstoffe. Dadurch kann häufig auf eine konventionelle Schmierung verzichtet werden.
Einfache individuelle Anpassung: Die Beschichtungen von GGB können auf die individuellen Erfordernisse der Anwendung abgestimmt werden.

Die tribologische Lösung von GGB

Von geringerer Reibung und weniger Verschleiß bis hin zum Schutz gegen Festfressen und Schwingreibverschleiß hat GGB durch eine Vielzahl von Tests nachgewiesen, wie Polymerbeschichtungen Konstruktionen und Anwendungen verbessern. Reibverschweißungstests durch Drehen eines Stifts gegen eine flache Oberfläche zeigten weder Festfressen noch Schäden und nur minimalen Verschleiß.

Versuche zur Prüfung der Beständigkeit gegen Schwingungsverschleiß zeigten ähnlich positive Ergebnisse – der Kontakt von Stahl auf Stahl wird durch die Verwendung einer Polymerbeschichtung empirisch verbessert. Um Polymerbeschichtungen mit klassischen Lagerlösungen zu vergleichen, wurde ein Hertzscher Kugeltest mit hoher Last und Frequenz durchgeführt. Er zeigte eine extrem geringe Reibung unter trockenen Bedingungen mit vernachlässigbarem Verschleiß. Stift-Scheibe-Tests zeigten ähnliche Ergebnisse.

Die Triboshield- und Tribomate-Polymerbeschichtungen beruhen auf den Unternehmens-Innovationen auf dem Gebiet der Gleitlagertechnologie. Triboshield-Beschichtungen wurden speziell für die Stratifizierung während des Aushärtens entwickelt. Sie sorgen für eine optimale Verteilung der Materialkomponenten und gewährleisten somit eine besonders vorteilhafte Oberflächenenergie und frühzeitige Transferfilmbildung. GGB bietet sieben Standardformulierungen, die das gesamte Spektrum mechanischer, thermischer und chemischer Möglichkeiten abdecken, die polymere Werkstoffe heutzutage bieten.

Da jedes tribologische System zwei Oberflächen hat, die berücksichtigt werden müssen, wurde Tribomate (gepaarte Beschichtungen) speziell für Triboshield-Standardbeschichtungen und deren Leistungssteigerung (sowie andere traditionelle Gleitlager) entwickelt.

Die als Gegenflächen zu verwendenden Tribomate-Lösungen ermöglichen sogar noch bessere Werte hinsichtlich Reibung und Langlebigkeit. Ein Tribomate-Upgrade ist bei den meisten Triboshield-Beschichtungen möglich.

Die eigenen Rezepturen von GGB ermöglichen es, basierend auf den jeweiligen Anwendungsanforderungen eine nahezu unbegrenzte Vielfalt kundenspezifischer Beschichtungen rasch zu entwickeln. Hiermit und mit einem fundierten Wissen und Erfahrung in der Tribologie und Anwendungstechnik ist GGB weltweit ein qualifizierter Entwicklungspartner für alle Planungs- und Produktionsphasen der Anwendungsentwicklung. Die tribologischen Anforderungen sollten daher beim Systemdesign so früh wie möglich berücksichtigt werden, um die Anzahl der Komponenten zu minimieren und die Lebensdauer zu maximieren.

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Frühzeitige Zusammenarbeit ist wichtig

Einen Beschichtungsformulierer und einen Lohnbeschichter getrennt einzubinden, ist aus Sicht von GGB zudem nicht sehr effektiv. Eine solche Vorgehensweise habe mehr Einzelschritte zur Folge, sodass der Prozess letztendlich komplizierter wird und die Wahrscheinlichkeit von Ungenauigkeiten oder Fehlern entsprechend zunimmt. In einer Partnerschaft, in der sich GGB sowohl um Material als auch um die Komponentenbeschichtung kümmert, können Planung und Produktion optimiert werden.

Als Anbieter von Komplettlösungen für tribologische Beschichtungen kann GGB Teile herstellen, diese beschichten und vollständig fertige Komponenten liefern. Ein globales Team aus Spezialisten in den Bereichen Anwendungstechnik und Werkstoffwissenschaftlern kann in der Frühphase der Produktplanung dabei helfen, die richtige tribologische Lösung zu finden, um bei der endgültigen Baugruppe die gewünschten Verbesserungen hinsichtlich Größe, Gewicht, Wirkungsgrad und Leistung zu realisieren.

Fest steht: Tribologische Polymerbeschichtungen können durch eine höhere Leistungsfähigkeit, die Vereinfachung der Konstruktion und die Reduzierung der Gesamtkosten einen beachtlichen Mehrwert bieten. Da industrielle Design-, Engineering- und Fertigungsprozesse immer innovativer werden, bieten diese vielfältige Vorteile.

* *Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik

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