Schlüssel zu Reibungsminimierung und Effizienzsteigerung

Tribologie Schlüssel zu Reibungsminimierung und Effizienzsteigerung

19.12.2013Redakteur: Ute Drescher

Die Leistung vieler Maschinen und Geräte in unserem Alltag, wie z.B. Pkw, Züge, Flugzeuge, Roboter, Turbinen und Kompressoren, hängt von Kontaktflächen ab, die sich bewegen. Solche Flächen müssen geschmiert werden, um eine hohe Lebensdauer und Energieeffizienz sicherzustellen. Ohne Schmierung müssten Verschleiß und Beschädigungen in die gewünschten Leistungsparameter einkalkuliert werden. Mit dem dafür notwendigen Know-how beschäftigt sich die Wissenschaft der Tribologie.

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SKF GmbH

AB SKF

CADFEM GmbH

GGB Heilbronn GmbH

WITTENSTEIN alpha GmbH

Mit Beast nutzt SKF ein dreidimensionales Mehrkörpersimulationsprogramm, das speziell für detaillierte Kontaktberechnungen ausgelegt ist. Dadurch stellt es ein sehr leistungsfähiges Tool für Wälzlager und andere Maschinenelemente dar, bei denen Kontakte eine wichtige Rolle spielen.
(Bild: SKF)

Die Tribologie widmet sich der wissenschaftlichen Erforschung aufeinander einwirkender Oberflächen in Relativbewegung. Sie umfasst die Erforschung und Anwendung der Prinzipien Reibung, Verschleiß und Schmierung. Bei der Tribologie handelt es sich um einen Zweig von Maschinenbau und Werkstoffkunde. Der Begriff zur Beschreibung dieses gesamten Themenkomplexes existiert offiziell, seitdem 1966 der so genannte „Jost Report“ [1] durch den Ausschuss des britischen Ministeriums für Erziehung und Wissenschaft veröffentlicht wurde. Das Wort Tribologie (Reibungslehre) leitet sich vom altgriechischen Stamm τριβ- des Verbs τρίβω, tribo, "Ich reibe" ab. Der Suffix -logie stammt von -λογία, -logia "der Lehre" bzw. "Kenntnis".

Das in der Tribologie beschriebene Know-how fließt in die Konstruktion sämtlicher Wälz- und Gleitlager ein. Bei Wälzlagern entscheidet die Tribologie über die richtigen Schmierstoffe (Öle und Fette) für eine Anwendung sowie über die verwendeten Lagermaterialien und Oberflächen. Darüber hinaus wird sie zur Berechnung von Reibungsverlusten, Temperaturanstieg sowie der Lebensdauer von Schmierstoffen und dem Lager an sich herangezogen.

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Auch bei der Entwicklung von Dichtungen sind tribologische Erkenntnisse von entscheidender Bedeutung: Hier die Simulation des Kontakts einer Dichtung mit ihrer starren Gegenlauffläche.

Der „Tribogyr“-Prüfstand am INSA Lyon ist der größte und modernste Prüfstand, der je zur Messung der Reibung und Schmierfilmdicke in hochbelasteten Wälzkontakten gebaut wurde.

Konkretes Forschungsergebnis: Besonders reibungsarme Wellendichtungen von SKF verursachen weniger als die Hälfte der Reibung von Standarddichtungen.

Reibungsminimierte Lager wie das SKF energieeffiziente (E2) Rillenkugellager verursachen rund 30 % weniger Reibungswiderstand als Standard-Lager. Daher kann mit diesen Lagern signifikant Energie eingespart und der CO2-Ausstoß reduziert werden.

Früher erfolgte die Wälzlagerentwicklung vor allem anhand empirisch erworbenen Wissens zu Materialien und grundlegenden Modellaspekten der Mechanik und Materialermüdung. Aufgrund der hohen Leistungsanforderungen, die die moderne Industrie an Wälzlager stellt, reicht dieses empirisch erworbene Wissen nicht mehr aus. Viele dieser Anforderungen, wie z.B. höhere Geschwindigkeiten, Temperaturen, Leistungsdichten, Vibrationen, dünnere Schmierstoffe, größere Lagergrößen, aggressivere Umgebungsbedingungen oder Zusätze usw., wirken sich auf die Kontaktflächen aus.

Wälzlager gelten im Allgemeinen als besonders zuverlässige Komponenten. Ein Versagen ist meist auf die Oberfläche zurückzuführen, z.B. auf unzureichende Schmierung, Kontaminierung, Verschleiß, hohe Temperaturentwicklung aufgrund von Reibung u.v.m. Dafür sind die in der Tribologie gebündelten Kenntnisse besonders relevant. Daher ist das Verständnis tribologischer Mechanismen und die Entwicklung innovativer tribologischer Lösungen für die Lagerbranche von so wesentlicher Bedeutung.

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