Maschinenelemente / Tribologie

Tribologische Systeme sind technische Gebilde, deren Funktion mit Kontaktvorgängen zwischen aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung verbunden ist. Diese Kontaktvorgänge werden im Allgemeinen als Reibungs- und Verschleißverhalten zusammengefasst und sind in ihrer Erscheinungsform und Ausprägung von zahlreichen Faktoren abhängig, z. B. Werkstoff, Beschaffenheit, Umgebung und Beanspruchungs-kollektiv. Reibung und Verschleiß sind somit Ergebnisgrößen eines tribologischen Systems. Anwendungsbeispiele sind überall dort zu finden, wo Grenzflächen relativ zueinander bewegt werden, z. B. in Gleitleisten, Schiebern, Förderbändern, Zahnrädern, Gleitlagern und Kupplungen. Für eine erfolgreiche Bauteilauslegung muss die Interaktion mit den anderen Systemkomponenten berücksichtigt werden.

Die Verarbeitung im Spritzguss erlaubt die Anwendung des Mehrkomponentenverfahrens und damit den funktionsgerechten Werkstoffeinsatz entsprechend der lokalen Bauteilanforderungen. So kann z. B. der Einsatz einer Faserverstärkung im Grundkörper zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und ein tribologisch modifizierter Werkstoff an der Gleitfläche zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß genutzt werden.

Weiterhin kann über die Verarbeitungsbedingungen Einfluss auf die inneren Eigenschaften der Bauteile genommen werden. Vor allem für Mikrobauteile ist diese von großer Bedeutung. Hier werden Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen untersucht, um z. B. mittels einer definierten variothermen Werkzeugtemperiertechnik die Verschleißfestigkeit von Mikrozahnrädern zu erhöhen.

Für den sinnvollen und effizienten Einsatz von Kunststoffmaschinenelementen ist es daher unerlässlich, die tribologischen Eigenschaften der zur Anwendung kommenden Kunststoffe zu kennen. Untersuchungen zum tribologischen Verhalten von Kunststoffen können am LKT schnell und kostengünstig in Modellsystemen durchgeführt werden. In solchen Systemen ist ein Vergleich von Werkstoffen und Werkstoffpaarungen leicht möglich, jedoch erweist sich die Übertragung auf das Verhalten der Bauelemente in der Regel als problematisch, da tribologische Eigenschaften Systemeigenschaften sind. Zur Ermittlung von spezifischen Auslegungskennwerten (thermisches, mechanisches, verschleißbedingtes Versagen) stehen verschiedene Bauteilprüfstände zur Verfügung. Um die Zusammenhänge zwischen Werkstoff, Beschaffenheit, Umgebung, Beanspruchungskollektiv und den tribologischen Systemeigenschaften zu untersuchen und darzustellen, können tribologische Versuche durch andere Prüfungen (Mikroskopie, Thermoanalyse, statische und dynamische Prüfungen) ergänzt werden.