Energieeffizienz und Energieeinsparung

ContactEngineering bietet Dienstleistungen in den Bereich Energieeffizienz und Energieeinsparung, wie z.B. die Systemoptimierung zur Minimierung der Kontakt-Reibung (die Reduzierung des Energieverbrauchs durch verringerte Reibung, die Minimierung des reibungsbedingten Energieverbrauchs). Energieeffizienzsteigerung ermöglichen wir in Kontakten z.B.  durch den Selbstschärfeeffekt (nicht stumpf werdende Werkzeuge oder Messer), bei der Werkstoffbearbeitung (metal working) oder der Bodenbearbeitung (landwirtschaftlichen Bodenbearbeitung und für Tunnel- und Erdbohrungen).

Die Minimierung der Kontakt-Reibung reduziert die Verlustleistung (Energieeinsparung) und die Erwärmung des Systems.  In der Regel reduziert sich zudem der Verschleiß, wie auch die Bildung von Abrasions- oder Verschleißpartikeln und damit die Verunreinigung des Schmierstoffs bzw. eine Verringerung der Staub-/Feinstaubbelastung der Umgebung. Neben der Umwelt profitiert auch der Anlagenbetreiber, durch Einsparungen ist eine Projektfinanzierung aus Ersparnissen/Einsparungen möglich.

Für die ganzheitliche Betrachtung steht zunächst die Systemanalyse und Spezifikation des Gesamtsystems im Fokus. Dies beinhaltet die Betrachtung der technischen Funktionen des Systems, der Eingänge wie auch der Ausgänge (Bilanz inkl. Energiebilanz). Der nachfolgendene Schritt bewertet die Einflüsse und die Wechselwirkungen.

In Abhängigkeit der Betriebsbedingungen können verschiedene Verschleißmechanismen oder Versagensmechanismen auftreten. Versagensmechanismen können durch ein geeignetes Design und den Betrieb innerhalb der als zulässig definierten Randbedingungen ausgeschlossen werden. Kann ein Versagensmechanismus nicht vermieden werden wie z.B. die Ermüdung, Zerrüttung in Mischreibung verdient dieser Versagensmechanismus besondere Aufmerksamkeit.

Zum Erreichen eines robustes Design werden die Einflüsse, deren Streuungen und Auswirkungen ermittelt und bewertet. Dabei gilt es auch Wechselwirkungen und Überlagerungen zu berücksichtigen.

 

 

Bereits durchgeführte System-Optimierungen sind

Untersuchung und Optimierung der Tribologie der Bodenbearbeitung in der landwirtschaftlichen Bodenbearbeitung und für Tunnel- und Erdbohrungen

Ziel ist die Energieeinsparung, die Minimierung des Energiebedarfs und des Werkzeug-Verschleißes, sowie die Minimierung der Maschinen- und Bodenbeanspruchungen.

Es wurden beispielsweise Reibwerte und Verschleißintensitäten untersucht  in Abhängigkeit von

  • Werkstoff, Hartmetallapplikation, Beschichtung
  • Oberflächenbeschaffenheit bzw. Oberflächenstrukturierung
  • Überlagerung von Bewegungen
  • Menge und Art von “Kühl-Schmierstoffen” zur Minimierung der Reibung und des Energiebedarfs, der sogenannten “Supraschmierung” bzw. “Super-Lubricity”
  • Kombinationen von verschiedenen Arbeitsgängen
  • Nutzung von Nachschärfeeffekten und Selbstschärfeeffekten durch Tragestruktur und tribologisch optimierte Hartschicht

 

Reibwert-Ermittlung auf der schiefen Ebene als Grundlagenuntersuchung für die Energieeinsparung

Reibwert optimierte Oberfläche und Reibwert-Ermittlung auf der schiefen Ebene

Der einfachste Versuchsaufbau bestand aus einer schiefen Ebene. Dieser Aufbau diente der Abschätzung der Reibwerte unter verschiedenen Randbedingungen.

Sehr gut veranschaulichen lassen sich bei diesem einfachen Versuchsaufbau die Adhäsion (das Anhaften der Erde auf dem Werkzeug/der Schneidenaufbau) und wie Adhäsion reduziert oder vermieden werden kann.

 

 

 

 

Die Ergebnisse zeigen eine Verringerung der Reibwerte um 20% und damit eine hohes Potential zur Energieeinsparung. Aktuell werden ergänzende Untersuchungen auf Prüfständen bzw. Felduntersuchungen durchgeführt.

 

 

Energieeinsparung durch Verschleißlenkung und Selbstschärfeeffekt

Bei Bauteilen unter tribologischer Beanspruchung tritt Verschleiß auf.  Aufgabe der Tribologie ist es diesen Verschleiß zu minimieren um lange Standzeiten zu erreichen. Der unvermeidbare Anteil des Verschleißes wird jedoch genutzt um einen Nachschärfeeffekt oder einen Selbstschärfeeffekt zu erzielen. Übertragen wurde das Funktionsprinzip aus der Tierwelt z.B. dem Aufbau eines Nagetierzahns.

Der Nachschärfeeffekt wird durch einen mehrschichtigen Aufbau erreicht. Die Zähigkeit der Tragestruktur sorgt für die nötige Festigkeit und Steifigkeit. Auf dieser Tragestruktur wird die tribologisch optimierte Hartschicht aufgebracht.

Der mehrschichtige Aufbau ermöglicht die Funktion der Verschleißkontrolle. Der Verschleiß unter den jeweiligen Betriebsbedingungen wird gelenkt, sodass die Tragestruktur unter den Betriebsbedingungen etwas mehr verschleißt als die tribologisch optimierte Hartschicht. Damit wetzt sich das nachschärfende Produkt im Betrieb selbst. Der Vorgang ist vergleichbar dem Nachschärfen eines Messers durch einen Wetzstein. Dadurch bleibt eine scharfe Kante erhalten und ein energieeffizientes Arbeiten ohne Wartung gewährleistet.

 

Weitere Information erhalten Sie gerne im persönlichen Gespräch: Link zur Kontakt-Seite