Der Begriff Verschleiß kann als fortschreitender Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers(Grundkörper),hervorgerufen durch mechanische Ursachen, d.h. Kontakt- und Relativbewegung eines festen,flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers definiert werden.
Die Unterteilung erfolgt nach dem '''Verschleißmechanismus''' in Abrasion, Adhäsion, Oberflächenzerüttung und tribochemischen Reaktionen.
'''Abrasion''': Sie tritt auf wenn sich der Grundkörper mit einem härteren und rauheren raueren Gegenkörper im Kontakt befindet bzw. harte Partikel im Kontakt wirksam sind.
'''Adhäsion''': Adhäsion entsteht durch stoffliche Wechselwirkungen im Oberflächenbereich zweier Kontaktpartner.Es handelt sich dabei um Bidung Bindung (Verschweißung) und Trennung von Grenzflächenbindungen.Die Ursache ist das Zusammenbrechen oder Fehlen von schützenden Oberflächenschichten bei örtlich hohen Beanspruchungen und Temperaturen.(Bsp. Kolbenfresser)
'''Oberflächenzerrüttung''': Sie entsteht bei häufig, periodische ändernden Belastungen in betimmten bestimmten Werkstoffbereichen.Bi Bei erreichen einer bestimmten Rißlänge Risslänge kommt es zum Bruch bzw.zum Heraustrennen von Partikeln aus dem OnberflächenbereichOberflächenbereich.
'''Tribochemische Reaktionen''': Entsteht durch chemische Reaktion in Folge tribologischer Beanspruchung.(zwischen Grund- und Gegenkörper)Es beteiligen Bestandteile des Zwischenstoffs bzw. des Umgebungsmediums.Durch eine Relativbewegung werden ständig neue Reaktionsprodukte erzeugt und wieder abgerieben.
===Korrosion===
Man bezeichnet als Korrosion Grenzflächenreaktionen zwischen Metalloberflächen und festen, flüssigen oder gasförmigen Korrosionsmedien.Diese werden in 3 Korrosionsarten unterteilt:
'''chemische Korrosion:''' hierbei bewirken Metalle und reaktionsfähige Gase/Flüssigkeiten eine Oxidation oder Verzunderung
Schwingungsrisskorrosion
Es gibt umfangreiche Möglichkeiten des Korrosionsschutzes.Die Wahl der geeigneten Bauteilwerkstoffe und die Aufbringung metallischer Überzüge bzw. spezieller Schutzschichten.Es ist bei der Wahl des metallischen Überzugs auf den Korrosionschutz Korrosionsschutz gegenüber dem Grundwerkstoff zu achten.Es könnte durch mechanische Beanspruchungen Risse im Überzug entstehen.In diesem Fall muß muss eine geeignete Wahl des Überzuges getroffen werden, um Kontaktkorrosion zu vermeiden.Einen häufig verwendeten Oberflächenschutz erreicht man mit Diffusionsschichten.Diese werden durch Borieren und Nitrieren erzeugt.
===Schadensbilder===
Die unter dem Absatz "Verschleiß" beschriebenen Verschleißmechanismen wirken ofmals oftmals in überlagerter Form.Aus diesem Grund wird häufig der Zusammenhang zwischen ''Schadensbild'' und ''Schadensursache'' genutzt um eine Beurteilung des beschädigten Bauteils vorzunehmen und eventuell eine Gegenmaßnahme einzuleiten.Nach dem Schadensbild lässt sich z.B. folgende Einteilung für die Schädigungsmechanismen vornehmen:
Es gibt für spezielle Maschinenelemente spezielle Normenwerke,die typische Schadensbilder für die oben genannten Schädigungsmechanismen zeigen und zusätzliche, nur anwendungspezifische anwendungsspezifische Bauteilschäden dokumentieren.
==Bedeutung==
Tribologie (griechisch: {{mark|Reibungslehre}})
Die Tribologie ist eine Wissenschaft mit der sich Maschinenbauer,Werkstofftechniker, Physiker und Chemiker befassen.
Die Tribologie umfasst die Gebiete
*Reibung
*Verschleiß
*Schmierung
Ziel der Tribolologie ist es, das Bewegungssystem zu optimieren.In ökologischer,ökonomischer und funktioneller Hinsicht.Das heißt Minderung von Verschleiß und Optimierung von Reibungsbedingungen
==Anwendung==
Die Anwendung der Tribologie erstreckt sich auf alle Bereiche der Entwicklung,Konstruktion,Fertigung und Instandhaltung mechanischer Bewegungssysteme in den verschiedenen Industrie- und Wirtschaftsbereichen:
*Maschinenbau
==Aufgaben==
Die Tribologie hat einen enormen Einfluss auf die Ressourcen eines Betriebes,zudem auch die Betriebssicherheit d.h. ein störungsfreier und anwendungssicherer Ablauf eines Gerätes/Maschine.Sie hilft außerdem die Produktionskosten zu senken und sorgt für eine Reduzierung von Energie/Emissionen.
==Grafik==
Hier habe ich noch einmal die [[Media:Aufgabenbeschreibung1.pdf|Aufgabenbeschreibung]] und den [[Media:Auswertungsbogen.pdf|Auswertungsbogen]] hinterlegt.
==Reibung,Reibungsarten==
===Gleitreibung===
In der Kontaktzone von zwei Bauteilen treten Reibungskräfte auf.Nach dem Coulombschen Gesetz gilt bei Gleitreibung:
F<sub>R</sub> = μ{{*}}F<sub>N</sub>
==Reibungszahlen==
Die Reibungszahlen hängen von der Werkstoffpaarung, dem Schmierstoff, dem Reibungszustand und der Reibungsart ab.Es gilt: Gleitreibungszahlµ< Haftreibungzahlµ0.
Bei den Reibungsverhätnissen Reibungsverhältnissen unterscheidet man nach Art der Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen die Rollreibung,Gleitreibung,Wälzreibung und Bohrreibung.
Rollreibung entsteht, wenn die Geschwindigkeit zweier Körper in der Kontaktzone gleich groß sind (Betrag,Richtung).Zudem muß muss ein Körper eine Drehbewegung ausführen in der die Drehachse in der Berührungszone liegt
Wälzreibung ist eine Überlagerung von Roll- und Gleitreibung.(linksdrehendes Moment ist nicht gleich rechtsdrehendes Moment)
Bohrreibung ensteht entsteht wenn min. 1 Körper eine Drehbewegung ausführt, wobei die Drehachse senkrecht zur Berührzone steht.
==Reibungszustände (Schmierungszustände)==
Das Reibungs- bzw. Verschleißverhalten wird insbesondere durch den vorliegenden Reibungszustand beeinflusst.
Man unterscheidet in Festkörperreibung,Grenzreibung,Mischreibung,Flüssigkeitsreibung und Gasreibung.
Festkörperreibung: Reibbeanspruchung von metallisch reinen Kontaktflächen ohne Schmierung!
(meist nicht relevant, da min. Oxidationsschichten etc. auf der Oberfläche entstehen)
Grenzreibung: Sonderfall der (Festkörperreibung).Ein Schmierfilm ist nicht, oder nicht mehr vorhanden.Im Kontaktbereich wirken Randschichten (Schutzschichten). Z.B. durch Oxydation,Adsorption(physik. Anlagerungen der im Schmierstoff enthaltenen polaren Komponenten),
oder durch chem. Reaktionen spezieller Schmierstoffe bei hohen Temperaturen bzw. Drücken.
Wichtig: Die Verhältnisse der Grenzreibung sind maßgebend für die Notlaufeigenschaften eines Bauteils.
Flüssigkeitsreibung: Es findet kein Kontakt zwischen den Bauteilen statt.Die vollständige Trennung erfolgt durch den Schmierfilm.Die Belastung wird durch den Druck des Schmierfilms übertragen.Die erzeugte Reibung im inneren des Schmierfilms wird durch die chemische Struktur des Schmieröls bestimmt.
Gasreibung: ähnlich wie Flüssigkeitsreibung, nur das die Trennung der Kontaktpartner durch einen gasförmigen
Film erreicht wird.
Mischreibung: Beschreibt den Breich Bereich zwischen Grenzreibung und Flüssigkeitsreibung.Die Bauteile werden nicht mehr vollständig durch einen Schmierfilm getrennt und an einigen Stellen tritt eine Festkörperreibung auf.
'''hydrostatische Schmierung''': Der Druck wird durch eine Pumpe außerhalb des Kontaktes erzeugt.
'''hydrodynamische und elastohdydrodynamische Schmierung''': Der Schmierdruck wird durch die Bewegungen des Bauteils erzeugt.Das Öl wird in ein sich verengenden Spalt befördert.
Das Reibungsverhalten ist durch den Einfluss unterschiedlicher Betriebsverhältnisse geprägt.(siehe Roloff/Matek,Bild 4-3)Die Reibungszahl leigt liegt im Breich Bereich der Mischreibung und im Bereich der Flüssigkeitsreibung auf einer gemeinsamen Position auf der Y-Achse. Jedoch ist der Verschleiß während des Betriebes mit höherer Drehzahl im Flüssigkeitsreibungsbereich wesentlich geringer.(verschleißlos)eine allgemeine Zusammenstellung für typische Reibungszustände und die dazugehörigen Reibungszahlen sind im RM Bild 4-4 aufgeführt..(siehe auch RM TB 4-1)
Der Reibungszustand kann auch über die spezifische Schmierfilmdicke ermittelt werden.
Ra = gemittelte Oberflächenrauheit beider Kontaktpartner (Ra= 0,5(Ra1+Ra2))
Näherungsweise wird in folgende Breiche Bereiche unterschieden:
'''Grenzreibung:''' λ<0,2
Wenn zwei Bauteile (Wälz- bzw. Rollbelastung) senkrecht zur Berührebene belastet werden, entstehen in der Kontaktzone Oberflächenpressungen.Es wird durch Abhängigkeit der Bauteilgeometrie zwischen Punkt und Linienberührung unterschieden.Die Abplattungen im Kontaktbereich bilden sich entsprechend rechteckig (Linienberührung) bzw. elliptisch (Punktberührung) aus.Die Größe der Pressung in den Druckflächen kann mit Hilfe der Hertzschen Gleichnung Gleichung ermittelt werden.Diese gilt streng genommen nur unter folgenden Voraussetzungen: Die Werkstoffe sind ideal homogen, es sind keine Eigenspannungen vorhanden, die Oberflächen der Bauteile sind geometrisch ideal ausgebildet (ohne Rauhheits und Formabweichungen), es liegen nur reine Normalbeamspruchungen Normalbeanspruchungen vor und der Kontakt ist ungeschmiert.Obwohl diese Fälle im Allgemeinen in der Praxis nicht erfüllt werden, kann die Gleichung dennoch verwenden werden.Es ist aber darauf zu achten: das die zulässigen Pressungen, welche durch Versuche ermittelt wurden z.B. an Zahnrädern,Wälzlagern etc. nur für diese jeweils untersuchten Bauteile verwendet werden.
{| width="100%"
-gute Abführung von Reibungswärme
-gute Abführung von Abrieb aus dem Kontakt
- kann durch zusätzliche Maßnahmen auf gewünschte Eigenschaften eingestellt werden (z.B. Kühlung,Filterung)
Nachteile:
==Eigenschaften der Schmieröle==
Die Viskosität der Schmieröle ist von der Temperatur abhängig.Man sieht, dass sich der Einfluss mit zunehmender Temperatur verrringert.Man nutzt aus diesem Grund häufig die lglg ν - lg ν-Darstellung, bei der sich der Temperatureinfluss vereinfacht als Gerade darstellen lässt.(siehe Bild rechts unten)
Der große Vorteil liegt darin, dass sich mit den Ergebnissen der Viskositätsmessungen bei zwei Temperaturen die Viskositäten bei beliebigen anderen Temperaturen bestimmen lassen.(Durch einzeichnen einer Geraden)Die Viskositäts-Temperatur-Abhängigkeit kann nach ISO 2909 durch einen Viskositätsindex /VI-Index) angegeben werden.Ursprünglich war danach vorgesehen, alle Öle in einer Klassifizierung von VI = 0 (Öl mit sehr hoher Temperaturabhängigkeit) bis VI = 100 (Öl mit geringer Temperaturabhängigkeit) einzuordnen. Heute ist dieser Bereich nicht mehr ausreichend, es gibt synthetische Öle, die deutlich höhere Werte aufweisen (VI > 200).Eine geringe Temperaturabhängigkeit ist vor allem bei Mehrbereichsölen, z.B. Schmierölen für Verbrennungsmotoren wichtig.Denn Sie müssen bei tiefen Temperaturen eine ausreichende Fließfähigkeit und bei hohen Temperaturen eine Mindestviskosität aufweisen.
Die Abhängigkeit der Viskosität bei Druck lässt sich folgendermaßen darstellen:
===Einteilung der Schmieröle===
Es gibt zwei grundlegende Einteilungen der Schmieröle.Zum einen unterscheidet man sie '''nach der Herstellung''' und zum anderen '''nach der kinematischen Viskosität'''.
<u>nach der Herstellung</u>: Hier werden grundlegend ''Mineralöle'' und ''synthetische Öle'' unterschieden.
''Mineralöle'' werden aus dem natürlich vorkommenden Erdöl gewonnen.Die genaue Zusammensetzung ergibt sich aus dem jeweiligen Förderungsgebiet.Eine typische Rohölzusammensetzung ergibt sich aus 80-85% Kohlenstoff,10-17% Wasserstoff, bis 7% Schwefel und bis 1% sonstige Elemente(O,N,V,P,Ni,Cu,Na,Ca,Fe,Al).Die gewünschten Eigenschaften werden in verschiedenen Herstellschritten eingestellt.Die Eigenschaften ergeben sich durch die chemische Struktur des Grundöls,d.h. hauptsächlich durch die vorhandenen Anteile an Paraffinen(gesättigte,kettenförmige Kohlenwasserstoffe),Naphthenen(gesättigte ringförmige Kohlenwasserstoffe) und Aromate(ungesättigte, ringförmige Kohlenwasserstoffe).Von der jeweiligen Dominanz der Kohlenwasserstoff-Bestandteile im Schmieröl unterscheidet man paraffinbasische bzw. naphtenbasische Schmieröle.Die aromatischen Grundöle haben für Schmierzwecke keine Bedeutung.
''Synthetische Öle'' werden in chemischen Prozessen für spezielle Anwendungen produziert.Dies geschieht mit speziellen GrunbausteinenGrundbausteinen, welche aus natürlichen Ölen hergestellt werden.Eine Tabelle von verwendeten Syntheseölen und deren Eigenschaften, findet ihr im Roloff/Matek unter Bild 4-13.
<u>Die wesentlichen Vor- und Nachteile synthetischer Öle gegenüber den Mineralölen sind:</u>
! !! Vorteile !! Nachteile
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! snthetische synthetische Öle gegenüber MineralöenMineralölen | größerer Temperatureinsatzbereich,bessere Alterungsbeständigkeit(3-5 mal längere Lebensdauer, höherer Flammpunkt (z.B. wichtig bei Gasturbinen und Kompressoren), Möglichkeit der Einstellung der Reibungszahl (0,7-2x Mineralöl-Reibungszahl)|| stärkere hygroskopische Wirkung(ziehen Wasser an), ungünstigeres hydrolytisches Verhalten(Zersetzung bei Wasserzusatz), die Gefahr chemischer Reaktionen mit Dichtungen,Buntmetallen und Lacken bzw. von Korrosion,nur eingeschränkte oder keine Mischbarkeit mit Mineralölen, stärkeres toxisches Verhalten,häufig deutlich teurer.
|-
|}
Beim Einsatz von synthetischen Ölen ist zu beachten, dass die vorteilhaften Eigenschaften teilweise nur bei bestimmten Betriebsbedingungen voll wirksam werden und nur dann die höheren Kosten vertretbar sind.
Eine weitere Gruppe der natürlichen Öle sind die Pflanzenöle.Es werden vor allem Sojaöl,Palmöl,Rapsöl, und Sonnenblumenöl als Grundöle für Schmierzwecke eingesetzt.
<u>nach der kinematischen Viskosität</u>:
Die Viskosität eines Schmieröls hat einen wesentlichen Einfluss auf die Schmierfilmdicke im Kontakt und den damit verbundenen Reibungszustand.Deshalb werden Schmieröle z.B. für Anwendungen in der Industrie nach DIN 51511 in ISO-Viskositätsklassen(ISO-VG) eingeteilt.Die Schmieröle, welche zur Schmierung von Kraftfahrzeugmotoren(DIN51511) und Kraftfahrzeuggetrieben(DIN 51512) eingesetzt werden in SAE-Klassen eingeteilt.(SAE:Society of Automotive Engineers)
<u>nach dem Anwendungsgebiet</u>:
Die nötigen Schmieröleigenschaften werden häufig durch die Einsatzbedingungen bestimmt.Daher gibt es Klassifikationen für Schmieröle entsprechend den Anforderungen.Danach unterscheidet man:
-Maschinenschmieröle
-Textil- und Textilmaschinenöle
Eine Klassifikation für Kfz-Getriebeöle findet Iht Ihr im Roloff/Matek Bild 4-15.
'''-Additiven'''
Im Betrieb wird unter Belastung das im Eindicker gebundene Öl abgeschieden, und somit die Schmierstelle versorgt.Nach Entlastung der Kontaktstelle wird das Öl wieder im Eindicker gebunden.Das Grundöl hat einen Anteil von 75-96% und besteht häufig aus Mineralöl,es werden aber auch synthetische Öle und für begrenzte Anwendungen pflanzliche Öle eingesetzt.
Der Eindicker hat einen Anteil von 4-20% und besteht meist aus Seifen(Metallsalze von Fettsäuren,Reaktionsprodukt von Fettsäuren und Laugen).
'''Nichtseifen''' verwendet(z.B. Betonit,Polyharnstoff) als Eindicker verwendet.
Die Art und Konzentration der drei Grundkomponenten bestimmen die Eigenschaften des Schmierfetts.
hoher Grundölanteil(90-96%)----------das Fett ist weich
hoher Eindickeranteil(15-20%)----------das Fett ist hart
Eine weitere wichtige Kenngröße ist der sogenannte so genannte "Tropfpunkt".Es handelt sich hierbei um die Temperatur, bei der ein Schmierfett flüssig wird und abtropft.Die Betriebstemperatur muß muss im allgemeinen Allgemeinen höher sein als der Tropfpunkt.
Schmierfette und ihre Eigenschaften findet ihr im Roloff/Matek TB 4-3
-der ökologischen Verträglichkeit
die ökologische Verträglichkeit gewinnt immer mehr an Bedeutung,besonders bei der Verlustschmierung.
Die '''Vorteile''' von Schmierfetten: geringe Mengen reichen aus,eine aufwendige Abdichtung entfällt
Die '''Nachteile''' von Schmierfetten: schlechte bzw. gar keine Abführung von Wärme und Verschleißpartikeln aus dem Kontakt
Andere Arten von Schmierstoffen sind:
===Festschmierstoffe:===
Sie liegen in Pulverform vor und werden durch Aufreiben an die Reibstellen gebracht.Zu den wichtigsten Festschmierstoffen zählen:
{| {{Tabelle}}
|-
! Molybdänsulfid (M<sub>o</sub>S<sub>2</sub>)
| chemisch stabil,geringe Reibung,sehr gut im Vakuum schmierwirksam,unempfindlich gegen radioaktive Strahlung,sehr hohe Festigkeit der Oberfläche|| ca. 300°
|-
! Graphit
| chemisch sehr stabil,unempfindlich gegen radioaktive Strahlung,sehr gute Reibungseigenschaften bei zusätzlicher Feuchtigkeit|| ca.600°
|-
! Polytetrafluoräthylen (PTFE)
| chemisch sehr stabil,gut im Vakuum schmierwirksam,||ca.260°
|-
|}
Festschmierstoffe kommen Einsatz wenn ein sehr großer Temperatureinsatzbereich und die Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien (z.B.) Säuren gefordert wird.Positiv zu erwähnen ist, dass eine evtl. notwendige Abdichtung entfällt.Es gibt im Vakuum meist keine Alternativen zu Festschmierstoffen.Die '''Nachteile''' liegen im kontinuierlichen Abrieb der Schmierstoffschicht (nachschmieren im allgemeinen Allgemeinen nicht möglich oder sehr aufwendig),im höheren Reibungsverlust gegenüber Flüssigschmierstoffen und im teilweise problematischen Korrosionsschutz(z.B. bei M<sub>o</sub>S<sub>2</sub>)
===Schmierpasten===
Schmierpasten bestehen aus einem Grundöl und einem Festschmierstoff(20%-70%).Sie kommen dann zu Einsatz, wenn das Auftragen von Pulver zu schwierig ist.Durch ausfüllen der Rauheitsfelder, erfolgt eine Oberflächenverbesserung.Selbst ein Einsatz bei höheren Temperaturen ist möglich, da dann nur noch der Festschmierstoff wirkt.Es werden jedoch keine Wärme bzw. Verschleiß- und Schmutzpartikel abgeführt.Das Einsatzgebiet der Schmierpasten erstreckt sich auf hochbelastete Gleit- und Wälzlager,Zahnräder,Achsen,Kugelgelenke und feinmechanische Geräte.(Lebensdauerschmierung)
===Gleitlacke===
Bei Gleitlacken handelt es sich um Schichten(<20μm) auf Basis von Kunstharz bzw. Lack,welche statt Farbpigmenten Festschmierstoff-Partikel enthalten.
===Schmierwachse===
==Schmierungsarten==
Bei der Auswahl des Schmierstoffs ist darauf zu achten, welche Art der Schmierstoffzuführung vorliegt.Wenn eine Einzelschmierstelle versorgt wird, kann die Auswahl des Schmierstoffs ausschließlich nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen erfolgen.Soll allerdings eine Baugruppe (z.B. ein Getriebe mit Wälzlager- und unterschiedlichen Zahnradkontakten) geschmiert werden,muss der Schmierstoff für die teilweise sehr unterschiedlichen Reibungsverhältnisse der Einzelkontaktstellen geeignet sein.Wird eine zentrale Schmierstoffversorgung eingesetzt, müssen die konstruktiven Ausführungen der einzelnen Anlagen/Baugruppen darauf abgestimmt werden.Eine Einzelschmierstelle kann manuell,halbautomatisch und automatisch mit Schmierstoff versorgt werden.
'''manuelle Schmierstoffversorgung:''' Sie erfolgt mittels Fettpresse,Ölkanne bzw. speziellen Schmierstoffgebern (z.B.Schmiernippeln) Problematisch ist das einhalten vorgegebenen Schmierstoffintervalle und der richtigen Dosierung des Schmierstoffs.
'''halbautomatische Schmierstoffversorgung:''' Hierbei werden voreingestellte Vorrichtungen verwendet, welche den entsprechenden Schmierstoffbedarf abgeben.Sie können über mehrere Monate hinweg ohne Nachstellung betrieben werden.
'''automatische Schmierstoffversorgung:''' Bei dieser Methode wird die Schmierstoffversorgung an den Betrieb einer Anlage gebunden.Der Mitarbeiter muß muss keine Einstellvorgänge mehr durchführen.Somit ist eine kontinuierliche Schmierung gewährleistet.Bespiele hierfür sind z.B. die Ringschmierung,Tauchschmierung,oder die Einspritzschmierung.
Bei der Versorgung einer großen Anzahl von Schmierstellen ist eine wirtschaftliche Lösung nur durch Zentralschmieranlagen zu erreichen.Darunter fallen:
'''Einleitungsanlagen:''' Hierbei wird über eine sogenannte so genannte "Speiseleitung" der Schmierstoff gedrückt und dann werden über abzweigende "Stichleitungen" und "Zuteilelemente" die Einzelschmierstellen versorgt.Es werden die entsprechenden Zeitintervalle für Schmierphase und Schmierpause vorher festgelegt.
'''Zweileitungsanlagen:''' Hier werden über ein Umsteuergerät wechselseitig zwei Speiseleitungen mit Schmierstoff versorgt.
Man unterscheidet unabhängig von der Art der Zentralschmieranlage die '''Umlauf- und Verbrauchsschmierung'''(Verlustschmierung)
Bei der Verbrauchsschmierung ist der Schmierstoff nach dem Einsatz verloren und wird nicht wieder zurückgeführt.Sie wird nur bei einem geringen Schmierstoffbedarf(Mangelschmierung) angewendet.Es angewendetes ist zudem im allgemeinen Allgemeinen eine Aufbereitung des Schmieröls notwendig(Erzeugung eines Ölnebels bzw. Öl-Luft Gemischs)Bei der Umlaufschmierung wird der Schmierstoff nach dem Einsatz an der Schmierstelle wieder in einen Zentralbehälter zurückgeführt.
