Der Nachschärfeeffekt oder Selbstschärfeeffekt wird durch einen tribologischen Aufbau eines Systems erreicht. Jeder Bestandteil des Systems wird auf seine Funktion hin optimiert. Es erfolgt eine Art Aufgabenteilung, eine Funktionstrennung. Die zähe Tragestruktur sorgt für die nötige Festigkeit und Steifigkeit. Auf der Tragestruktur ist die tribologisch optimierte Hartschicht aufgebracht.
Die Krux: der aus tribologischer Sicht unvermeidbare Verschleiß wird technisch genutzt um einen Nachschärfeeffekt zu erzielen. Der Verschleiß wird gelenkt. Damit erzielt der unvermeidbare Verschleiß einen Nachschärfeeffekt oder einen Selbstschärfeeffekt. Die Tragestruktur verschleißt unter den Einsatzbedingungen etwas mehr, als die tribologisch optimierte Hartschicht. Die Hartschicht verschleißt nur in sehr geringem Umfang.
Aufgabe der Tribologie ist es Verschleiß zu minimieren um lange Standzeiten und gleichbleibend gute Arbeitsergebnisse ohne Wartung zu erreichen. Übertragen wurde das Funktionsprinzip aus der Tierwelt z.B. dem Aufbau eines Nagetierzahns.
Werkzeug mit Nachschärfeeffekt bzw. Selbstschärfeeffekt
Der mehrschichtige Aufbau ermöglicht den Nachschärfeeffekt. Die zähe Tragestruktur sorgt für die nötige Festigkeit und Steifigkeit. Auf der Tragestruktur ist die tribologisch optimierte Hartschicht aufgebracht.
Der mehrschichtige Aufbau realisiert die Funktion der Verschleißkontrolle. Dies lenkt den Verschleiß unter den jeweiligen Betriebsbedingungen. Die Tragestruktur unter den Betriebsbedingungen verschleißt etwas mehr als die tribologisch optimierte Hartschicht. Das sich selbst nachschärfende Produkt wetzt im Betrieb, vergleichbar dem Nachschärfen eines Messers durch einen Wetzstein. Dadurch bleibt eine scharfe Kante erhalten und ein energieeffizientes Arbeiten und gleichbleibend gute Arbeitsergebnisse ohne Wartung gewährleistet.
Der Selbstschärfeeffekt ist auch im Bereich Schleifmittel bekannt. Die Bindung muss das Schleifkorn möglichst lange festhalten. Die Bindung soll aber auch so abnützen, dass die Schleifkornspitzen ständig scharf bleiben. Dieser Vorgang, den Selbstschärfeffekt, entsteht aus dem Zusammenwirken von Bindung, Körnungsgröße und Konzentration. Im Einsatz verursachen Absplitterung am Schleifkorn sowie Abrieb der Bindung diesen Selbstschärfeffekt. Im Vergleich zu diesem Effekt ist die Verschleißrate beim beschriebenen Nachschärfeeffekt deutlich geringer und es erfolgen keine Ausbrüche oder Absplitterungen.
Veröffentlichung zum Thema Nachschärfeeffekt, Selbstschärfeeffekt
Auf dem internationalen Tribologie Kolloquium bot sich die Möglichkeit erste Ergebnisse zum Thema Selbstschärfeeffekt zu präsentieren.
Use of wear for Self-Sharpening of Tools and Energy consumption
Während des Schneidvorgangs kommt die Schneidkante mit abrasiven Materialien und Partikeln in Kontakt. Daher ist Verschleiß besonders an der Schneidkante zu beobachten. Die Folge ist, eine stumpf werdende Klinge. Stumpfe Klingen müssen ausgetauscht oder zeitaufwendig nachgeschliffen werden.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Verwendung von unvermeidbarem Verschleiß zum Selbstschärfen. Unvermeidbarer Verschleiß erhält eine scharfe Schneide und damit eine konstant hohe Schnittqualität über die gesamte Lebensdauer. Der Wartungsaufwand ist verringert, die erforderliche Beanspruchung und Leistung der Maschine verringert und damit Energie eingespart.
Zunächst wird ein vergleichbares bionisches Tribosystem untersucht und beschrieben. Verschleißlagen für das Härteverhältnis von Hartschicht zum Grundmaterial sind diskutiert. Unterschiedliche Versagensmechanismen sind experimentell am Prüfstand und in Feldanwendungen getestet, Ergebnisse visualisiert und diskutiert.
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