RVS

• Realisierung von Luftlagern und mechatronischen Lagern (f~0,0001)

fortschreitender Materialverlust aus OF eines festen Körpers (1) durch TB --> Kontakt- und Relativbewegung eines festen/flüssigen/gasförmigen (2)

• durch Verschleißkoeffizienten k, Verschleißvolumen W.V, Normalkraft F.N, Weg s
• \(k = {W_{V} \over F_{N}*s}\)
• Grenze schwerer (Festkörperreibung) und milder Verschleiß (Grenz- und Mischreibung): \(k = {10}^{-6}{{mm}^3\over N*m}\)
• k größer = schwerer Verschleiß, k kleiner = milder Verschleiß
• Bild Verschleißspektrum

• kräftemäßige, spannungsmäßige, energetische WW
  • führend zu Rissvorgängen, Soffabtrennungen
  • Oberflächenzerrüttung, Abrasion
• atomare und molekulare WW
  • aufgrund chem. Bindungen im Kontaktbereich unter Mitwirkung Umgebungsmedium und Beteiligung Materialabtrennprozessen
  • Abhäsion, Tribochem. Reaktionen

• Einlaufverschleiß --> abnehmende Verschleißgeschwindigkeit
• Verschleiß im Beharrungszustand --> konst. Verschl.geschw.
• Progressiver Verschleißverlauf --> zunehmende Verschl.geschw.

• bei Rollen oder Wälzen in TTS
• hauptsächlich Oberflächenzerrüttung
• in TTS mit kontraformer Geometrie --> Wälzlager, Zahnflankenkontakt --> Hertzsche Pressung/Kontakt
• Überlagerung Normalspannungen (aus Belastung) und Tangentialspannungen (aus Reibung)
• wechselnde Beanspruchungen durch Mehrfachüberrollungen --> Gefügeänderungen, Rissbildung, Risswachstum --> Abtrennung Verschleißpartikel --> Grübchen/Pittings

• zykl. dyn. Beanspruchungen können auch durch hydrodyn./hydrostat. Schmierfilme übertragen werden --> Oberflächenzerrüttung nicht vollst. unterdrückbar
• auch bei Schmierfilm --> kleine Tangentialkräfte in kontaktierenden Oberflächen --> Rissbildung unterhalb der kontaktierenden OF --> dort wo max. Vergleichsspannung nach Anstrengungshypothesen vorliegt

• Nachbarschaft von Butterflies alias White Etching Areas
• Butterflies = Martensit aus TB
  • große Drücke bei Wälzkörpern, nur kleine Schubspannungen
  • diese Schubspannungen führen jedoch zu lokaler plast. Verformung --> Verfestigung --> Aufstau Versetzungen --> Rissbildung
  • Aufstau Versetzungen = z.B. harte Einschlüsse
• Vermeidung: hohe Reinheit Wälzlagerstähle --> weniger rissbildende oxidische Einschlüsse

• Darstellung: Weibull-Netz --> Einfluss Beanspruchungskollektivgröße auf Ausfall- F(t) /Überlebenswahrscheinlichkeit R(t)
• Maßnahmen: Einzelfallentscheidungen
  • Vermeidung Frühausfälle durch geeigneten Einlaufvorgang
  • Wechsel Schmierstoff --> Erhöhrung charakt. Lebensdauer t.0 um ~2 --> z.B. Glycerin statt Öl
  • Überprüfen ob Tribokontakt entfallen kann --> äußere durch innere Reibung (Fluid, elast. FK) oder mechatronische Aktoren (elektromag. Felder) ersetzbar?
  • Modifikation Beanspruchungskollektiv --> Vermindern Belastung / Flächenpressung, Verbessern Kinematik (Wälzen statt Gleiten), therm. Verhalten, Temp., Beanspruchungsdauer
  • Modifikation Struktur Tribosystem durch Konstruktion, Werkstoffwahl, Schmierung

• Widerstand gegenüber Abrasion --> besonders wichtig : Verschleiß-Tieflage-Hochlage-Charakteristik
• Verschleiß gering : wenn tribologisch beanspruchter WS härter als angreifendes Material
  • Härte beanspruchter WS min. *1,3 größer als Härte Gegenkörper
  • Harte Phasen --> Carbide in zäher Matrix
  • zäher WS, wenn angreifendes Material härter als WS

• WS mit hoher Härte UND Zähigkeit
• homogene WS --> Wälzlagerstähle
• Druckeigenspannungen in OF-Zonen, z.B. Aufkohlen/Nitrieren

• Schmierung --> ggf. mit EP-Additiven (Extrem Pressure)
• Vermeiden Überbeanspruchung --> Unterbrechnung Schmierfilm und Adsorptions-/Reaktionsschichten
• Vermeidung Paarung Metall/Metall --> besser Kunststoff/Metall, Keramik/Metall, Kunststoff/Kunststoff, Keramik/Keramik
• bei Metall/Metall : keine kfz sondern krz/hdp
• WS mit heterogenen Gefüge

• keine Metalle, max. Edelmetalle --> lieber Kunststoffe, Keramiken
• formschlüssige anstelle kraftschlüssiger Verbindungen
• Zwischenstoffe / Umgebungsmedium ohne oxidierende Bestandteile
• hydrodynamische Schmierung

• flüssig (Mieralöle, synthetische Öle, Wasser, ..)
• fest --> in Trockengleitlagern --> PTFE, Graphit, ..
• Fette --> Wälz- und Gleitlager, Zahnradgetriebe
• Gase (Luft) in Gaslagern

Bild Schmierstoffe

• konform:
  • schmiegen sich eng aneinander mit hohen Grad an geometrischer Konformität
  • Last von relativ großer KF getragen
  • lasttragende KF ~ konst., auch bei Last ++
  • Bsp: ölgeschmierte Radial- und Axialgleitlager
• kontraform
  • Last von kleiner KF getragen
  • KF 2-3 Größenordnungen kleiner als konformer Kontakt
  • geschmierte KF ++ mit Last ++ --> aber immernoch wesentlich kleiner als konforme OF
  • Bsp: Zahnradgetriebe, Nocken/Stößel-Paarungen, Wälzlager

• Trockenschmierung (Festschmierstoffe)
• Grenzschmierung
• Teilschmierung
• Vollschmierung

• Festkörperschmierstoffe bei extremen Betriebsbedingungen
• hohe Belastungen, gleichzeitig niedrige Gleitgeschwindigkeiten
• sehr hohe oder sehr tiefe Temperaturen
• aggressive Medien, im Vakuum
• Bedingung keine Öle oder Fette möglich
• Stoffe:
  • kristalline Feststoffe mit Schichtgitterstruktur
  • oxidisch/fluoridische Verbindungen
  • weiche Metalle
  • weiche Polymere

• unmittelbarer Kontakt Reibpartner
• hohe Verschleißraten, Fressgefahr

• wenig Schmierstoff im Schmierspalt --> füllt Rauheitstäler nicht --> OF nur mit sehr dünnen Schmierfilm überzogen --> beträchtliche Rauheitskontakte
• Geschw. und/oder Viskosität Schmierstoff so gering, dass kaum hydrodyn. Schmiereffekte
• verhindert, dass zwischen Rauheitskontakten starke adhäsive Bindungen entstehen --> starke Reduzierung Reibung und Verschleiß gegenüber Festkörperreibung
• Additive im Schmierstoff --> Bildung Adsorptions- und Reaktionsschichten auf OF

• bei hydrodyn. und EHD-Schmierung sehr geringer/kein Verschleiß, da keine Rauheitskontakte --> Verschleißrate wächst mit Last ++ stark an

Charakteristik bestimmt durch:

• Eigenschaften der am Reibungsprozess beteiligten Festkörper
• auf WS-OF bildenden Grenzschichten
• Grenzschichten hängen von Eigenschaften Schmierstoff, insbesondere Schmierstoffadditiven, aber auch von Eig. WS-OF ab

• höhere Lasten, niedrigere Geschwindigkeiten, niedrige Schmierstoffviskositäten --> Schmierfilm zu dünn --> Rauheiten der Reibkörper berühren sich an einigen Stellen
• teils durch Grenzschmierung, teils durch Vollschmierung beschreibbar = Mischreibung
• gleichzeitiges Vorliegen Grenz- und Flüssigkeitsreibung
• teilweise hydrodynamische Wirkung
• Additive im Schmierstoff --> Bildung Adsorptions- und Reaktionsschichten auf OF

• OF Reibkörper vollst. durch Schmierfilm lückenlos voneinander getrennt
• Normalkraft durch Druck des Schmierstoffs getragen = Tragdruck
• Flüssigkeitsreibung
• Reibungswiderstand aus Scherung der viskosen Flüssigkeit
• quasi verschleißfreier Betrieb

--> Teil davon ist hydrodynamische Schmierung und EHD-Schmierung

• Warum: Tribochem. Reaktionen zwischenm Bestandteilen des Schmierstoffes und metall. WS-OF --> Bildung Reaktionsschichten --> thermisch und mechanisch höher belastbar als physi- oder chemisorptiv gebildete Schichten
• Cl, P, S als Extreme-Pressure-Zustätze = EP-Additive zusetzen
• Wirksamkeit EP-A --> Abh. von Geschwindigkeit der Reaktionsschichtbildung --> Abh. von Aktivierungsenergie, OF-Temp, Add-Konz.
•  

• viskoser Schmierstoff : Haftwirkung so, dass an stillstehenden und bewegten Reibkörper haftet
• es muss verengender Schmierspalt vorliegen mit Schmierstoffförderung in den engsten Spalt
• Relativgeschwindigkeit ist für Reibung maßgebend
• Fördergeschwindigkeit in engsten Spalt ist für Tragfähigkeit wesentlich
• Schmierspalthöhe stark durch Belastung beeinflusst

• verengender Spalt --> Überdruck --> Schleppströmung drückt Schmierung nach Kontinuitätsbedingung hinaus --> aus Überdruck resultiert Tragähigkeit der Reibstelle --> GGW mit äußerer Belastung
• Abhängig von:
  • Geometrie Reibkörper
  • Neigung OF zueinander
  • Viskosität Schmierstoff
  • Belastung und Fördergeschwindigkeit Schmierstoff in engsten Spalt

• Form der hydrodyn. Schmierung, wobei elast. Deofmrationen der geschmierten OF bedeutend sind
• Voraussetzungen wie hydrodyn.: verengender Schmierspalt, vorhandene Förderungsgeschwindigkeit in Spalt, viskoser Schmierstoff zwischen OF
• wirkt bei kontraformen Oberflächen
• zwei Formen:
  • harte OF = harte EHD
  • weiche OF = weiche EHD = Gummi

• in Kontaktstelle wird in einen Reibkörper eine Tasche eingearbeitet, in die von außen ein Fluid mit konst. Druck gepresst wird
• Schmierstoffdruck durch Pumpe außerhalb Lager
• Merkmale: Schmierstoffpumpe, Schmierstiffdruckkammer, Schmierstofftasche
• Schmierstofftasche gegenüber äußerer Belastung lokalisiert
• Tragfähigkeit eines Kontaktes mit hydrostat. Schmierung auch bei stillstehenden OF gewährleistet
• minimale Schmierspalthöhe weniger abhängig von Viskosität oder Belastung als bei hydrodyn.

Einsatz: dort wo keine Berührung sein darf, also kein Verschleiß, auch nicht beim Hoch/Herunterfahren Maschine, niedrige Geschw. oder kleine Reibungszahl bei niedrigen Drehzahlen oder zu kleine Fördergeschwindigkeiten Schmierstoff für hydrodyn.

• Stoffe, die Mineral-, Synthese- oder Pfalnzenölen entweder neue Charakteristika verleihen oder bereits bestehende positive Eigenschaften verstärken
• Mineralöle + Additive = legierte Öle
• Nicht beeinflussbar ist:
  • Wärmeabfuhrverhalten
  • Viskositäts-Dichte-Verhalten
  • Temperaturbeständigkeit
• Beeinflussbar ist:
  • Kälteverhalten
  • Alterungsstabilität
  • Viskositäts-Temperatur-Verhalten
  • Korrossionsschutz
• NUR durch Additive erreichbar:
  • gutes Reinigungsvermögen
  • günstiges Dispersionsverhalten
  • Fressschutz-Eigenschaften
  • Schaumverhütung

• Menge und Zusammensetzung auf Grundöl und andere Additive abgestimmt --> Unterschiedlich auf Grundöl ansprächen, nicht zwangsläufig verträglich
• Gegegläufige Wirkungen:
  • Viskositätsindex-Verbessern und Antischaumzusätzen
  • Detergent/Despersant-Zusätzen und Verschleiß-/Fressschutzzusätzen und Antischaumzusätzen
  • Korrossionsinbibitoren und Verschleiß-/Fressschutzzusätzen

• Oberflächenschichten bildend
  • wirken bei Mangelschmierung als Schmierfilm
  • Minderung Reibung
  • Steigerung Tragfähigkeit von Gleit-Wälz-Paarungen
  • Bsp: Verschleißschutzwirkstoffe, Fressschutzwirkstoffe, Reibungsminderer
  • Nachteile:
    • Additivierte Schmierstoffe oxidieren schneller als normale Minderalöle
    • häufige Bildung korrosiver Säuren, unlöslicher Rückstände
• Eigenschaften des Schmierstoffs selbst verändernd
  • beeinflussen: Schaum-/Korrosionsverhalten/Schlammbildung/Stockpunkt
  • BEACHTEN:
    • im Betrieb kann Wirksamekti stark abnehmen --> Reaktion mit WS oder Luftsauerstoff senkt Konzentration
    • nach Unterschreitung bestimmter Konzentration : Ölwechsel