Fachwörter-Lexikon

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Prüfverfahren für Reibung und Verschleiß - Normen

Zur umfassenden Bewertung der Verschleißschutzeigenschaften tribologischer Werkstoffe sind standardisierte Prüfmethoden unverzichtbar, um eine Vergleichbarkeit von Messwerten zu gewährleisten. Für modelltribometrische Prüfverfahren sind in diesem Zusammenhang folgende Normen exemplarisch zu erwähnen.

DIN 51834-3:2008-12: Tribologische Prüfungen im translatorischen Oszillations-Prüfgerät -Teil 3: Bestimmung des tribologischen Verhaltens von Werkstoffen im Zusammenwirken mit Schmierstoffen – Diese Norm beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Reibungs- und Verschleißverhaltens von Werkstoffen in einer oszillierenden Linearbewegung. Als großer Vorteil kann die Flexibilität bei der Auswahl der zu prüfenden Werkstoffe und Prüfteilgeometrien sowie bei der Auswahl des Schmiermediums gelten, welches in diesem Zusammenhang auch Luft (also Trockenreibung) sein darf. Neben der zweidimensionalen Vermessung der Verschleißspuren auf Grund- und Gegenkörper sieht diese Norm auch ein einfaches Näherungsverfahren zur Berechnung der dreidimensionalen Verschleißvolumina an beiden Reibpartnern vor. Die amerikanische Normungsgesellschaft ASTM hat dieses Verfahren 2011 als allgemein auf SRV-Prüfungen anwendbare Norm verabschiedet (vgl. ASTM D7755-11).

ASTM D7217-11: Standardprüfmethode zur Bestimmung der EP-Eigenschaften von Gleitlacken unter Verwendung eines translatorischen Hochfrequenz-Oszillations-Prüfgeräts (SRV) – In der Prüfung nach dieser Methode zeigt sich die maximal tragbare Belastung eines Gleitlackes. Diese wird zum einen durch die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat, zum anderen durch die Druckfestigkeit bzw. die Härtegradienten zwischen Schicht und Substrat bestimmt. In diesem Verfahren wird die Normalkraft (respektive Flächenpressung) im Reibkontakt so lange schrittweise erhöht, bis die ersten Erscheinungen adhäsiven Versagens („Fressen“) an den Messsignalen von Reibung und Hub identifizierbar sind. Die letzte durchlaufene Kraftstufe ist dann die Gutlast, welcher eine Schicht ausgesetzt werden kann, ohne dass mit Schichtversagen zu rechnen ist. Dieses Ergebnis ist dann durch ein Prüfverfahren bei konstanter Belastung und längerer Prüfdauer (z.B: DIN 51834-3) im Hinblick auf Langzeitstabilität zu verifizieren.

ASTM D7594-11: Standardprüfmethode zur Bestimmung der Schwing-Verschleißbeständigkeit von Schmierfetten bei hohen Hertzschen Flächen-pressungen unter Verwendung eines translatorischen Hochfrequenz-Oszillations-Prüfgeräts (SRV)  – In vielen Anwendungen wirkt eine - oft unerwünschte - hochfrequente Bewegungskomponente mit kleinen Auslenkungen und relativ geringen Flächenpressungen auf den Reibkontakt ein. Falls diese Belastungssituation (Fretting) nicht durch konstruktive Maßnahmen behoben werden kann oder aus anderen Gründen gar notwendig ist, wird zur Reduzierung des entstehenden Schwingverschleißes oft Abhilfe durch Schmierung oder Beschichtung gesucht. Schwingverschleißbeständigkeit lässt sich mit dieser Prüfung zeit- und kosteneffizient quantifizieren.

ASTM D7755-11: Standardprüfmethode zur Bestimmung des Verschleißvolumens an Standardprüfteilen nach Prüfung im translatorischen Hochfrequenz-Oszillations-Prüfgerät (SRV) – Die meisten tribometrischen Prüfverfahren sehen bis dato eine zweidimensionale Bestimmung von Verschleißgrößen – z.B. Kalottendurchmesser oder Spurtiefen – vor. Diese Methode bietet ein Verfahren zur volumetrischen Verschleißbestimmung auf Grundlage von zweidimensionalen profilometrischen Messgrößen an, womit eine direkte Berechnung von Verschleißkoeffizienten und Verschleißmassen möglich wird.

DIN EN 1071-12: Hochleistungskeramik - Verfahren zur Prüfung keramischer Schichten - Teil 12: Schwingungs-Verschleißprüfung; Deutsche Fassung EN 1071-12:2010   – Die o.a. Prüfmethoden werden bereits gezielt in werkstoffspezifischen Normen zur Quantifizierung von Verschleiß- und Reibungsverhalten eingesetzt.

ASTM G99-05: Standardprüfmethode zur Untersuchung von Verschleiß mit einem Stift-Scheibe-Prüfgerät – Diese Norm stellt die Grundnorm für die quantifizierende Prüfung von Verschleiß im rotierenden Modellsystem Stift-Scheibe dar. Bezugnehmend auf diesen Prüfaufbau existieren zahlreiche weitere ISO-, ASTM- und DIN-Normen, welche zur Verschleißcharakterisierung von Werkstoffpaarungen unter kontinuierlichem Gleiten und unter verschiedenen Aspekten dienen.

 

Magnesiumlegierungen

Magnesiumlegierungen vereinigen die Forderungen nach geringem spezifischem Gewicht, guter Be- und Verarbeitbarkeit und hohem Recyclingpotenzial. Dennoch steht das Magnesium in seiner Anwendung noch immer weit hinter Aluminium und den Kunststoffen. Die Gründe liegen im höhere Preis, einer beschränkten Anzahl von Magnesiumlegierungen sowie oft fehlende Kennwerte und fehlendes Know-how bei der Ver- und Bearbeitung, insbesondere aufgrund seiner hohen chemischen Reaktionsfähigkeit. Als Leichtbauwerkstoffe kommen Magnesiumlegierungen überall dort zum Einsatz, wo der Vorteil der Gewichtseinsparung den hohen Werkstoffpreis kompensiert. So beträgt bei der europäischen Automobilindustrie der durchschnittliche Magnesiumanteil ca. 1 % der Fahrzeugmasse. Insbesondere im Automobilbau wäre durch den Einsatz von Magnesiumwerkstoffen noch eine deutliche Massenreduktion möglich.

Einleitung - Übersicht

Durch Verschleiß entstehen den Volkswirtschaften jährlich Schäden in Milliardenhöhe. Die Broschüre Basiswissen Verschleiß und Verschleißschutz soll einen Beitrag dazu leisten, die jährlich entstehenden Schäden in Folge Verschleiß zu reduzieren. Sie behandelt die Themen Reibung, Verschleiß, Verschleißschutz und die dazugehörigen Analyseverfahren. Die Broschüre liefert einen umfassenden Überblick über die Themen rund um den Verschleiß und den Verschleißschutz. Um den Verschleiß von Bauteilen und deren Ausfallrisiko zu reduzieren, erfordert es einer intensiven Zusammenarbeit der Fachleute entlang der Prozesskette von der Konstruktion über die Fertigungstechnik bis hin zur Beschichtung. Dabei spielt die Verschleiß- und Schadensanalytik eine wichtige Rolle. Denn diese ist Voraussetzung dafür, um die Ursachen für Verschleiß und Ausfälle zu ermitteln und um letztlich dadurch nachhaltige Gegenmaßnahmen treffen zu können. Eine Basis für ein gutes Verständnis wird einführend mit dem Grundlagenwissen rund um Reibung und Verschleiß und der Aufbau des tribologischen Systems und dem Zusammenhang zwischen der Oberflächenbeschaffenheit und dem Reibungs- und Verschleißverhalten in den ersten beiden Abschnitten gelegt. Aufgrund der Wichtigkeit der Verschleiß- und Schadensanalytik wurde diesem Thema ein eigenes Kapitel gewidmet, in dem auch die dazugehörigen Verfahren behandelt werden. Beim Thema Verschleiß ist eines der wichtigsten Themen der Verschleißschutz. Dieser kann durch geeignete Werkstoffauswahl, durch gezielte Gestaltung der Oberflächen oder durch aufgebrachte Schutzschichten erfolgen. Diese unterschiedlichen Möglichkeiten werden alle einzeln beleuchtet und knapp und verständlich beschrieben sowie durch Bilder und Skizzen veranschaulicht. Beim Verschleißschutz dürfen natürlich die Analysemethoden zur Charakterisierung der Verschleißschutzmaßnahmen nicht fehlen, womit die Broschüre abschließt. Im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie an der Dualen Hochschule in Karlsruhe beschäftige ich mich zusammen mit meinem Team mit der tribologischen Analytik sowie mit Beratungen und Seminaren rund um die Themen Reibung und Verschleiß. Wir führen Dienstleistungen für die Industrie durch und sind Kooperationspartner von Forschungseinrichtungen. Die Dienstleistungen umfassen hochauflösende Vermessungen von Oberflächentopografien, Beschichtungsanalysen, Material- und Beschaffenheitsanalysen bis hin zu kompletten Entwicklungsprojekten. Neben einer modernen Analytik ist unsere Stärke das tribologische Fachwissen durch jahrelange Erfahrung. Einen Überblick über unser Dienstleistungsangebot und unsere technische Ausstattung gibt die Homepage: www.steinbeis-analysezentrum.com

Im einzelnen werden folgende Themen dargestellt:

• Grundlagenwissen
• Oberflächenbeschaffenheit
• Tribologische Prüfung
• Verschleiß- und Schadensanalyse
• Verschleißschutz
• Analysenmethoden Verschleißschutz

 

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