Schmierung von Präzisionsgetrieben unter extremen Umweltbedingungen

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Aufgrund der Genauigkeitsanforderungen kommen lediglich Präzisionsschichten mit einer Dicke von ca. 2 µm zum Einsatz, die meist im PVD-Verfahren (physical vapour deposition) abgeschieden werden. Dabei ist darauf zu achten, dass bei weitem nicht alle Beschichtungen vakuumtauglich sind. Ausschlaggebend ist hier die Anwesenheit von Wasserstoff in der umgebenden Atmosphäre. Je nach Schichttyp wirkt sich Wasserstoff reibungsmindernd oder reibungssteigernd auf die Schichteigenschaften aus. Das führt dazu, dass eine Beschichtung, die unter Normalbedingungen gut funktioniert, im Vakuum durchaus versagen kann und es zu starkem Verschleiß kommt. Zusätzlich verschärft wird die Situation im Vakuum durch die Abwesenheit von Sauerstoff, so dass eine Oxidschichtbildung nicht oder nur sehr langsam stattfindet. Ist die tribologisch wirksame Beschichtung erst einmal verschlissen ist die Gefahr der Kaltverschweißung, insbesondere bei Stählen sehr hoch.

Einen entscheidenden Faktor für die erreichbare Lebensdauer des Getriebes stellt daher die Auswahl der Beschichtung dar, wobei die Datenbasis zum Verhalten von Beschichtungen im Vakuum heute noch recht gering ist. So gelten die meisten auf dem Markt befindlichen industriell eingesetzten kohlenstoffartigen Schichten (a-C:H, a-C:H:Me) als nicht für das Vakuum geeignet. Vergleichende Untersuchungen mit entsprechend beschichteten Harmonic Drive Getrieben unter Vakuum (p < 10-6 mbar) und Normalbedingungen (p ≈ 1014 mbar) haben dies bestätigt.

Das größte Know-how findet sich in der Raumfahrttechnik

Das größte Know-how in puncto Leistungsfähigkeit von Beschichtungen im Vakuum kann im Raumfahrtbereich gefunden werden. Aufgrund der extremen Temperaturen, die bei verschiedenen Anwendungen auftreten, ist hier die Verwendung trocken geschmierter Mechanismen oft unumgänglich. Intensiv untersucht wurden in diesem Bereich bisher zwei Gruppen von Beschichtungen: Die weichen Metalle (z. B. Blei, Gold, Silber, etc.) sowie die Gruppe der lamellar aufgebauten graphitartigen Beschichtungen (z. B. MoS2, Graphit, WS2, etc.).

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