Fachwörter-Lexikon
Das vollständige Fachwörter Lexikon ist nur für Abonnenten abrufbar. Sie sind nicht angemeldet, bitte loggen Sie sich ein oder schliessen Sie ein Abonnement ab.
Profilometer - Oberflächenvermessung
Zur taktilen messtechnischen Beschreibung von Oberflächen kann ein nach dem Tastschnittverfahren arbeitender Profilometer verwendet werden, bei dem ein Taster mit einer feinen Diamantspitze senkrecht zur Rillenrichtung über die Oberfläche eines zu vermessenden Bauteils. Mittels eines induktiven Wandlers wird der senkrechte Hub der Tastspitze erfasst, in ein elektrisches Signal umgesetzt und an einen Computer zur digitalen Aufbereitung weitergeleitet (Abb.).
Tastschnittverfahren - Prinzip
Mit einem Profilometer ermitteltes Rauheitsprofil
Da die Diamantspitze im direkten Kontakt mit der Oberfläche steht, hat die Form der Spitze einen großen Einfluss auf das Messergebnis. Unebenheiten (z.B. Rillen, Poren) können nur so weit ertastet werden, wie die Spitze in diese aufgrund ihrer Geometrie eindringen kann. Genormte Werte für Tastspitzradien sind 2 μm, 5 μm und 10 μm bei einem Spitzenwinkel von 60° bzw. 90°. Zudem ist eine große Anzahl an verschiedenen Tastern verfügbar, mit denen auch Oberflächen an komplexeren Geometrien (z.B. Bohrungen, Evolventen, Innenkonturen, Hinterschneidungen) sehr genau erfasst werden können.
Schleifen - allgemein
Durch Schleifen wird eine Feinbearbeitung an Werkstücken durchgeführt, bei der je nach Art des Werkstoffes zwischen wenigen Mikrometern und bis zu wenigen Millimetern an Material entfernt wird. Für die Bearbeitung kommen Schleifkörner unterschiedlicher Größe zum Einsatz, die auf einem Träger gebunden sein können oder frei in eine Emulsion beweglich sind. Als Schleifkörner kommen insbesondere Metallverbindungen wie Aluminiumoxid (Korund), Siliziumcarbid, Borcarbid oder Diamant zum Einsatz.
Reibung und Verschleiß – Überblick –
Technische Oberflächen erfüllen zahlreiche wichtige Funktionen wie zum Beispiel Korrosionsbeständigkeit, Wärmeisolation, Benetzbarkeit, Biokompatibilität, dekorative und optische Funktionen (Reflexion, Absorption), elektrische Leitfähigkeit/Isolation sowie häufig auch eine möglichst hohe Beständigkeit gegenüber Verschleißangriffen. Wie folgend näher beschrieben werden wird, kann Verschleiß diverse Ursachen haben und sich in verschiedenen Erscheinungsformen äußern. Fortschreitender Verschleiß führt in der Regel zur Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils und ist deshalb grundsätzlich unerwünscht.
Die volkswirtschaftliche Bedeutung von verschleißbedingten Schäden ist enorm. Das Bundesministerium für Forschung und Technologie schätzte in einem 1983 veröffentlichten Report [1], dass den Industrienationen durch Verschleiß jährliche Verluste in Höhe von etwa 4,5 % des Bruttonationaleinkommens (BNE) entstehen. Auch in neueren Publikationen [2, 3] werden ähnliche Zahlen genannt, so dass davon ausgegangen werden kann, dass der prozentuale Anteil bis heute in etwa gleich geblieben ist. Abbildung 1 verdeutlicht am Beispiel Deutschlands anhand aktueller Wirtschaftsdaten den zahlenmäßigen Umfang der durch Verschleiß hervorgerufenen Schäden. Interessanterweise gehen Schätzungen davon aus, dass etwa 20 % bis 30 % dieses Betrages allein durch die konsequente Umsetzung des bereits vorhandenen Wissens zum Verschleißschutz eingespart werden könnten [4]. Dies entspricht einem jährlichen Einsparpotential von ca. 35 Mrd. € (Abb. 2).
Abb. 1: Jährlich in Deutschland durch Verschleiß hervorgerufene volkswirtschaftliche Schäden
Abb. 2: Geschätztes jährliches Einsparpotential
Neben der immensen wirtschaftlichen Bedeutung spielt auch der sicherheitstechnische Aspekt eine entscheidende Rolle in der Verschleißforschung. Das Versagen von Bauteilen infolge von Verschleiß hat oftmals keine gravierenden Folgen, kann aber im Einzelfall durchaus zu einer Gefährdung von Leib und Leben führen. Tragisches Beispiel hierfür ist das ICE-Unglück von Eschede im Jahre 1998, das auf einen Radreifenbruch infolge von verschleißbedingter Materialermüdung zurückgeführt wurde [5]. Auch die leider beinahe alltäglichen Verkehrsunfälle, die durch übermäßig verschlissene Bremsanlagen oder Reifen verursacht werden, sind hier zu nennen. Das Verständnis tribologischer Zusammenhänge, die Früherkennung und daraus resultierend die Minimierung von Verschleiß sind folglich wichtige Ziele industrieller und akademischer Forschung.
Literatur
[1] BMFT Report: Damit Rost und Verschleiß nicht Milliarden fressen: Fortschritt durch Forschung. Bundesministerium für Forschung und Technologie, Bonn, 1983
[2] H. Czichos, K.-H. Habig: Tribologie -Handbuch – Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik. 3. Aufl., Wiesbaden: Vieweg + Teubner, 2010. – ISBN 978-3-8348-0017-6
[3] J.R. Davis (Hrsg.): Surface engineering for corrosion and wear resistance. Materials Park: ASM International, 2001. – ISBN 0-87170-700-4
[4] C.A. Brockley (Hrsg.): Economic losses due to friction and wear – Research and development strategies. National Research Council of Canada, Ottawa, 1984
[5] V. Esslinger, R. Kieselbach, R. Koller, B. Weisse: The railway accident of Eschede – technical background. Eng. Failure Anal. 11 (2004), S. 515–535
Autoren dieses Artikels:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Lampke, Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik
Dipl.-Ing. Rico Drehmann, Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik