Mediumschmierung

Im Bereich der Mediumschmierung tribologischer Kontakte werden vorhandene Medien wie Wasser oder Luft für die Schmierung verwendet. Das bietet für die Umwelt wie auch die Wirtschaftlichkeit eines Systems enorme Vorteile. Nachfolgend stellen wir Trends im Bereich der Mediumschmierung vor.

 

Universal Schmierstoffe

Universalschmierstoffe reduzieren die Anzahl an mitgeführten Schmierstoffen. Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs, die Elektromobilität, bietet Potenziale zur Reduzierung der Schmierstoffvielfalt, z.B. durch die Kühlung von Elektromotoren und Leistungselektronik mit Ölen. Damit ergeben sich auch thermische und elektrische Anforderungen, wie elektrische Leitfähigkeit und deren Veränderungen im Betrieb, die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit/heat-transfer. Ebenso werden die Stabilität und Alterung unter den neuen Beanspruchungen zu wichtigen Bewertungskriterien.

Wasser als Kühl- und Schmierstoff

Das Wasser aus der Umgebung wird als Kühl- und Schmierstoff bspw. bei Gleitlagern von Schiffs-Antrieben oder Rührwerken eingesetzt. Ebenso werden Dichtleisten-Systeme beispielsweise bei Papiermaschinen gezielt Wasser geschmiert. Das Wasser erhöht die Dichtwirkung, reduziert die Reibung und damit die Wärmeentstehung und den Verschleiß.

 

Wasser mit Additiven als Schmierung und wasserbasierte Schmierstoffe

Jeder, der schon einmal auf frisch poliertem, mit Wasser benetztem Eis gelaufen ist, weiß, dass auch Wasser hervorragend schmiert. So lassen sich auch mit wasserbasierten Schmierstoffen erstaunlich niedrige Reibwerte erzielen. Dadurch werden sogenannte Superlubricity-Eigenschaften erreicht.

Im Vergleich zu Schmierstoffen hat Wasser eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Auch in Bereichen wie Brandschutz und Umweltschutz bieten sich Vorteile. Gleichzeitig ergeben sich auch zahlreiche Anforderungen an betroffene Bauteile wie Lagerungen und Dichtungen. Zudem an Werkstoffe und Korrosionsschutz, Wasserstoffversprödung und Beschichtungen. Wasser ist sehr niederviskos und wird deshalb in der Regel aufgedickt. Zudem ist die Additivierung der jeweiligen Anwendung anzupassen. Als Schnittmenge zwischen der Tribologie und den Werkstoffthemen ergeben sich auch Kontaktthemen wie Tribo-Korrosion und Verschleiß.

Wasserbasierte Schmierstoffe werden z.B. in Getrieben, bei Offshore-Anlagen, Hydraulikanlagen und natürlich als Kühlschmierstoffe eingesetzt.

 

Luft als Polster und zur Schmierung

Luftlager werden bei geringeren Belastungen erfolgreich eingesetzt. Bekannt sind Transportsysteme. Bei den aerostatischen Lagern wird Luft in den Spalt gepresst und so ein Aufschwimmen durch einen trennenden Luftfilm erreicht.

Bei aerodynamischen Lagern werden höhere Geschwindigkeiten benötigt. Diese werden beispielsweise bei Turboladern eingesetzt. Es werden nur vergleichsweise kleine Filmhöhen erreicht. Das ermöglicht höchste Genauigkeit in der Führung. Gleichzeitig jedoch auch hohe Anforderungen an die Formgenauigkeit und die Oberflächen der Bauteile. Vor allem für den Anlauf und in Ausnahmesituationen werden auch Notlaufeigenschaften benötigt.

Luftströme vereinfachen auch das Gleiten in Verarbeitungsprozessen. So wird beispielsweise ein Verkleben von Papier, ein Papierstau beim Drucken oder Kopieren vermieden. Mit der Seitenluft Einblasfunktion wird Luft auf das in einem Papierfach eingelegte Papier geblasen, wodurch der Papiereinzug erleichtert wird. Ähnliche auch bei der Folienverarbeitung. Hier werden oft zusätzlich Anti-Stick- oder Anti-Adhäsions-Additive zugesetzt, die die Verarbeitungsprozesse weiter verbessern.

 

Beurteilung der Einsetzbarkeit eines Mediums und die Entwicklung eines Designs

Bewertung von Anforderungen für ein tribologisches System beim Einsatz eines Mediums als Schmierstoff.

In der Regel werden für die jeweilige Einsatzbedingungen optimale Schmierstoffe und Schmierstoff-Additive verwendet. Eine interessante Alternative ist die Verwendung eines vorhandenen Mediums als Schmiermittel, wie z.B. die Mediumschmierung bei Strömungsmaschinen oder Rührwerken, bei Förderanlagen oder Pumpen. Die Verwendung vorhandener Medien als Zwischenstoff bietet auf Systemebene Vorteile, wie Kosteneinsparungspotentiale, wartungsfreie und umweltfreundlichere Systeme.

Zur Beurteilung der Einsetzbarkeit einer Mediumschmierung gehört bspw. die Ermittlung des Reibungsverhaltens und Bewertung der Konsequenzen fehlender Schmierstoff-Additive. Je nach Medium müssen auch Einflüsse wie Korrosion oder Wasserstoffversprödung der Werkstoffe berücksichtig werden. Die Werkstoffe und Gefüge müssen auch unter tribologischer Beanspruchung beständig gegen die Medien, deren Bestandteile und Reaktionsprodukte gewählt werden.

 

Beurteilung und Optimierung der Kontakte unter den gegebenen Schmierungsbedingungen

Auf Grund der Mediumschmierung ist es technisch oft nicht möglich eine vollständige Trennung der kontaktierenden Körper durch den Schmierstoff zu ermöglichen. Dadurch ist ein Betrieb unter Mischreibungsbedingungen notwendig.

Während des Betriebs unter Mischreibung entstehen an den Mikrokontakten, d.h. durch sich berührende Rauheitsspitzen der kontaktierenden Oberflächen hohe lokale Reibungskräfte und Beanspruchungen, ebenso Verschleiß. Verunreinigungen und Partikel in den Schmierstoffen verursachen ebenfalls hohe lokale Beanspruchungen.

In diesen damit hochbeanspruchten Wälzkontakten ist die Oberflächenermüdung ein unvermeidbarer lebensdauerbegrenzender Versagensmechanismus. Wir ermitteln und optimieren ggf. die erreichbare Lebensdauer und Zuverlässigkeit derartiger Kontakte.

 

Moderne Hochdruck-Pumpen (Common-Rail-Pumpen) nutzen eine Mediumschmierung. Sowohl Wälzkontakte wie auch Gleitkontakte müssen mit Kraftstoff-Schmierung ihre Funktion erfüllen. Diese Mediumschmierung beeinflusst das Reibungsverhalten, wie auch die Beanspruchungen und Verschleißmechanismen der Kontakte. Nachfolgendes Diagramm zeigt gemessene Reibwerte in Abhängigkeit der Summenumfangsgeschwindigkeit für Kraftstoffe unterschiedlicher Qualität und mit unterschiedlichen Additiven:

Die Inhalte wurde teilweise entnommen aus der eigenen Dissertation mit dem Titel: Wälzkontaktermüdung bei Mischreibung. Link zur veröffentlichten Dissertation Wälzkontaktermüdung bei Mischreibung

 

 

 

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