Fachwörter-Lexikon

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Aluminium

Das Aluminium gehört zu den Leichtmetallen (Dichte unter 5 kg/dm³) mit einer Dichte von 2,7 kg/dm³, einem Schmelzpunkt von 660,2 °C und einer elektrischen Leitfähigkeit von 27,7 m/(W mm²). Die Festigkeitseigenschaften liegen weit unterhalb der der Stähle. Reines Aluminium erreicht eine Zugfestigkeit von bis zu 50 MPa, eine 0,2-Dehngrenze von bis zu 25 MPa und eine Bruchdehnung von maximal 45 %.

Kubisch flächenzentrierte Kristallgitterstruktur des Aluminiums

Reibung und Verschleiß – Begriffliche Einordnungen –

Der Begriff Tribologie bezeichnet die Wissenschaft und Technik von Wirkflächen in Relativbewegung sowie zugehöriger Technologien und Verfahren [2]. Die Tribologie umfasst dabei das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß, einschließlich der Schmierung. Eine weitere, eher zielorientierte ingenieurwissenschaftliche Definition beschreibt die Tribologie als ein interdisziplinäres Fachgebiet zur Optimierung mechanischer Technologien durch Verminderung reibungs- und verschleißbedingter Energie- und Stoffverluste [2]. Die wörtliche Bedeutung des Begriffs Tribologie ist Reibungslehre, abgeleitet von den griechischen Vokabeln tribein (= reiben) und logos (= Wort, Lehre).

Reibung äußert sich als Widerstandskraft sich berührender Körper gegen die Einleitung einer Relativbewegung (Haft- oder Ruhereibung, statische Reibung) oder deren Aufrechterhaltung (Gleit- oder Bewegungsreibung, dynamische Reibung) [2]. Diese äußere Reibung ist von der inneren Reibung von Materialien und Fluiden (Viskosität) zu unterscheiden. Letztere ist eine wichtige Größe der Rheologie, hat aber insbesondere beim Einsatz von Schmierstoffen auch einen unmittelbaren Bezug zur Tribologie. Auch wenn Reibung ohne Verschleiß eigentlich nur in der Modellvorstellung existiert [6], ist Reibung keineswegs immer unerwünscht. Im Gegenteil: in Bremsen, Kupplungen, Reibrad- und Keilriemengetrieben, Schraubverbindungen, Kegelsitzen oder Mahlwerken ist Reibung für die technisch nutzbare Übertragung von Energie-, Stoff- oder Signalgrößen zwingend erforderlich. Ohne Reibung würden Schüttguthalden in sich zusammenrutschen, Streichinstrumente keinen Ton von sich geben und jegliche Art der Fortbewegung an Land, sei es zu Fuß, mit dem Auto oder per Bahn, wäre zumindest auf konventionelle Art und Weise nicht mehr möglich. Dem gegenüber stehen zahlreiche technische Anwendungen wie zum Beispiel Gleitlager, Wälzlager, Führungen, Zahnradgetriebe, Kolben-Zylinder-Paarungen, Umformprozesse oder Rohrströmungen, in denen Reibung den Wirkungsgrad signifikant verschlechtert und zu unerwünschten Verschleißerscheinungen unterschiedlicher Art führt.

Verschleiß ist die bleibende Form-, Größen- und/oder Stoffänderung der Oberfläche eines festen Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen, das heißt Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers. Diese Definition weicht von der in der 1997 zurückgezogenen DIN 50320 [7] gewählten Formulierung insofern ab, dass dort der Verschleiß als fortschreitender Materialverlust definiert ist [2, 8]. Diese Begriffswahl erscheint zu eng, da – wie noch ausführlicher dargestellt werden wird – auch Verschleißerscheinungsformen existieren, die nicht mit einem Materialverlust einhergehen. Zu nennen sind hier das lediglich in einer Materialverlagerung resultierende ideale Mikropflügen [2], die Ausbildung von tribochemischen Reaktionsschichten oder der adhäsive Materialübertrag auf den üblicherweise härteren Kontaktpartner. Dementsprechend wird hier die an Fleischer [9] angelehnte und von zahlreichen anderen Autoren [10–12] übernommene, oben genannte Formulierung verwendet. Dieser Definition können noch weitere, wichtige Informationen entnommen werden. Das Wort bleibend weist darauf hin, dass vorübergehende Form- und Größenänderungen, also rein elastische Verformungen, noch keinen Verschleiß darstellen. Bei zyklischer Beanspruchung können sie aber eine Verschleißursache sein (siehe Oberflächenzerrüttung).

Des Weiteren entsteht Verschleiß stets aufgrund mechanischer Ursachen. Das bedeutet, dass durch nichtmechanische Ursachen (wie z.B. Strahlung oder Wasserstoffversprödung) hervorgerufene stoffliche Veränderungen nicht zum Verschleiß, sondern zur physikalischen Korrosion zählen. Schließlich beinhaltet die Definition noch den Hinweis auf das Vorhandensein eines Gegenkörpers. Dieser kann nicht nur ein Festkörper, sondern auch ein flüssiges oder sogar gasförmiges Medium sein. Er ist stets in die Verschleißbetrachtungen mit einzubeziehen, denn die Verschleißbeständigkeit ist keine Material-, sondern eine Systemeigenschaft, wie nachfolgend anhand des sogenannten tribologischen Systems verdeutlicht wird. Verschleiß ist normalerweise unerwünscht, das heißt wertmindernd. In Ausnahmefällen wie beispielsweise Einlaufvorgängen können Verschleißprozesse jedoch auch technisch erwünscht sein. Bearbeitungsvorgänge wie Spanen, Fräsen oder Schleifen sind wertebildende technologische Prozesse und gelten daher in Bezug auf das herzustellende Werkstück per definitionem nicht als Verschleiß, obwohl im Grenzflächenbereich zwischen Werkstück und Werkzeug tribologische Prozesse wie beim Verschleiß ablaufen [13].

Literatur

[2] H. Czichos, K.-H. Habig: Tribologie -Handbuch – Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik. 3. Aufl., Wiesbaden: Vieweg + Teubner, 2010. – ISBN 978-3-8348-0017-6

[6] V.L. Popov: Kontaktmechanik und Reibung – Von der Nanotribologie bis zur Erdbebendynamik. 3. Aufl., Berlin Heidelberg: Springer Vieweg, 2015. – ISBN 978-3-662-45974-4

[7] Norm DIN 50320:1979-12: Verschleiß – Begriffe, Systemanalyse von Verschleißvorgängen, Gliederung des Verschleißgebietes. Berlin: Beuth Verlag, 1997 zurückgezogen

[8] GfT-Arbeitsblatt 7: Tribologie – Verschleiß, Reibung – Definitionen, Begriffe, Prüfung. Aachen: Gesellschaft für Tribologie e.V., 2002

[9] G. Fleischer, H. Gröger, H. Thum: Verschleiß und Zuverlässigkeit. Berlin: VEB Verlag Technik, 1980

[10] E. Kuhn: Zur Tribologie der Schmierfette – Eine energetische Betrachtungsweise des Reibungs- und Verschleißprozesses. Renningen: Expert Verlag, 2009. – ISBN 978-3-8169-2869-0

[11] A.A. Rasch: Erfolgspotential Instandhaltung – Theoretische Untersuchung und Entwurf eines ganzheitlichen Instandhaltungsmanagem.; Berlin: Erich Schmidt Verlag, 2000. – ISBN 3-503-05811-7

[12] J. Heck: Zur Simulation des Rad-Schiene-Verschleißes bei Straßenbahnen. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing, Dissertation, 2016. – ISBN 978-3-7315-0443-6

[13] W. Bunk, J. Hansen, M. Geyer: Tribologie – Reibung , Verschleiß, Schmierung – Band 1: Abrasivverschleiß, Schwingungsverschleiß, Oberflächenbehandlung, Bearbeitungsverfahren. B. Heidelb./Springer, 1981. – ISBN 978-3-540-10800-9

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

Mikrofiltration

Die Mikrofiltration (MF) hat die Aufgabe, alle Inhaltsstoffe im Wasser zurückzuhalten, die größer als die Membranporen sind. Mikrofiltrationsmembranen trennen Partikel oder kolloidale Suspensionen. Die Poren liegen im Bereich von etwa 0,05 bis 10 µm. Charakteristisch bei der Mikrofiltration ist die tangentiale Überströmung der Membran, die Cross-Flow-Filtration genannt wird. Das Wasser wird also nicht direkt durch die Membran gepresst, sondern fließt über die Membran hinweg. Bei dieser Art der Überströmung wird ein Reinigungseffekt auf der Membran erreicht und die Standzeit der Filtrationssysteme um ein Vielfaches vergrößert.

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