Tribologie
Überall, wo Bauteile im Kontakt miteinander stehen und sich relativ zueinander bewegen, spielt die Tribologie eine Rolle. Dieser noch junge Begriff – erst ab Mitte der sechziger Jahre als Fachterminus eingeführt – befasst sich mit der Reibung von Oberflächen in Relativbewegung zueinander, dem dadurch bedingten Verschleiß und der Wärmeentwicklung sowie der Schmierung. Jeder Motor oder Generator, jedes Getriebe, jedes Gelenk, jede Pumpe oder Kompressor enthält Lager und Dichtungen, die gleitende Kontakte herstellen. Technisch steht dabei in jeder Anwendung die Optimierung der Gleitpartner und der Reibungsvorgänge im Vordergrund, mit dem Ziel den Materialverlust durch Verschleiß so gering als möglich zu halten. Dreh- und Angelpunkt bei der Auslegung tribologischer Anwendungen ist die Materialauswahl, da nur ein gut aufeinander abgestimmtes System an Reibpartnern einen minimalen Verschleiß liefert.
Allerdings stellen sowohl Reibung als auch Verschleiß keine intrinsischen Werkstoffeigenschaften dar, sondern sind Systemgrößen, die außer von den Gleitpartnern auch von den Umgebungseinflüssen und dem Beanspruchungsprofil abhängen. Je nach Anwendung, Lastenheft und Umgebung kommen so ganz unterschiedliche Materialien zum Einsatz. Kann das tragende Material nicht ersetzt werden, so werden häufig funktionelle Schichten auf reib verschleißbeanspruchten Oberflächen appliziert; auch Mehrlagen-Systeme oder Verbundschichten werden aufgebracht. Meist wird aber versucht, das tribologisch beanspruchte System durch geeignete Materialauslegung zu verbessern. Unter diesen Gesichtspunkten stehen neben den Metallen und Legierungen heute vor allem Kohlenstoffwerkstoffe und verstärkt auch keramische Werkstoffe als Lager- und Dichtungsmaterialien im Vordergrund. Die beiden letztgenannten Werkstoffe bieten ausgezeichnete Selbstschmiereigenschaften, so dass ein Festlaufen oder Verschweißen der Gegenlaufpartner nahezu ausgeschlossen ist.
Die Art der Paarung hängt stark von den Einsatzbedingungen ab. Zur Abdichtung gasförmiger Medien etwa, empfehlen sich Hart-Weich-Paarungen. Praktisches Beispiel hierfür sind Pumpen, die im Trockenlauf arbeiten. Hier sind ausgezeichnete Selbstschmiereigenschaften gefragt. Je nach Einsatztemperatur, Korrosivität der Medien oder Rotationsgeschwindigkeit erweisen sich Kohlenstoffwerkstoffe und –verbunde in punkto Trockenlaufeignung, chemische Beständigkeit, Temperaturfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit anderen Werkstoffen überlegen. In abrasiven Medien sind wiederum eher verschleißfeste Hart-Hart-Paarungen gefordert. Hierfür eignen sich speziell in Richtung Gleitfähigkeit modifizierte Mischkeramiken wie z. B. SiC30, einer Mischung aus Siliziumcarbid und Graphit, die insbesondere bei der Paarung SiC30 gegen SiC30 einzigartige Notlauffähigkeiten beweist. Sollen z. B. in einer Anwendung auch elektrische Ströme übertragen werden, stehen Metalle und Kohlenstoff als geeignete Materialien zu Wahl. Dennoch gilt es dabei abzuwägen, denn die Übertragung von Strömen kann bei Metalllegierungen zu erhöhtem Materialabtrag an den Kontaktstellen führen.
Allerdings stellen sowohl Reibung als auch Verschleiß keine intrinsischen Werkstoffeigenschaften dar, sondern sind Systemgrößen, die außer von den Gleitpartnern auch von den Umgebungseinflüssen und dem Beanspruchungsprofil abhängen. Je nach Anwendung, Lastenheft und Umgebung kommen so ganz unterschiedliche Materialien zum Einsatz. Kann das tragende Material nicht ersetzt werden, so werden häufig funktionelle Schichten auf reib verschleißbeanspruchten Oberflächen appliziert; auch Mehrlagen-Systeme oder Verbundschichten werden aufgebracht. Meist wird aber versucht, das tribologisch beanspruchte System durch geeignete Materialauslegung zu verbessern. Unter diesen Gesichtspunkten stehen neben den Metallen und Legierungen heute vor allem Kohlenstoffwerkstoffe und verstärkt auch keramische Werkstoffe als Lager- und Dichtungsmaterialien im Vordergrund. Die beiden letztgenannten Werkstoffe bieten ausgezeichnete Selbstschmiereigenschaften, so dass ein Festlaufen oder Verschweißen der Gegenlaufpartner nahezu ausgeschlossen ist.
Die Art der Paarung hängt stark von den Einsatzbedingungen ab. Zur Abdichtung gasförmiger Medien etwa, empfehlen sich Hart-Weich-Paarungen. Praktisches Beispiel hierfür sind Pumpen, die im Trockenlauf arbeiten. Hier sind ausgezeichnete Selbstschmiereigenschaften gefragt. Je nach Einsatztemperatur, Korrosivität der Medien oder Rotationsgeschwindigkeit erweisen sich Kohlenstoffwerkstoffe und –verbunde in punkto Trockenlaufeignung, chemische Beständigkeit, Temperaturfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit anderen Werkstoffen überlegen. In abrasiven Medien sind wiederum eher verschleißfeste Hart-Hart-Paarungen gefordert. Hierfür eignen sich speziell in Richtung Gleitfähigkeit modifizierte Mischkeramiken wie z. B. SiC30, einer Mischung aus Siliziumcarbid und Graphit, die insbesondere bei der Paarung SiC30 gegen SiC30 einzigartige Notlauffähigkeiten beweist. Sollen z. B. in einer Anwendung auch elektrische Ströme übertragen werden, stehen Metalle und Kohlenstoff als geeignete Materialien zu Wahl. Dennoch gilt es dabei abzuwägen, denn die Übertragung von Strömen kann bei Metalllegierungen zu erhöhtem Materialabtrag an den Kontaktstellen führen.
