Was ist Verschleiß und wie lässt er sich verhindern?

Über 50 % der Maschinenschäden werden durch Verschleißerscheinungen verursacht
Über 50 % der Maschinenschäden werden durch Verschleißerscheinungen verursacht

Verschleiß stellt ein großes Problem für die Industrie dar

Tribologie ist eine Wissenschaft, die sich mit Reibung, Verschleiß und Schmierung von Oberflächen beschäftigt, die in verhältnismäßiger Bewegung aufeinander wirken. Sie stützt sich u. a. auf Ansätze aus der Materialwissenschaft, Physik und Chemie und ist damit eine multidisziplinäre Domäne. Von den genannten drei Aspekten (Reibung, Verschleiß und Schmierung) stellt Verschleiß ein großes Problem für die Industrie dar, denn über 50 % der Maschinenschäden werden durch Verschleißerscheinungen verursacht. Deshalb sollten die Ursachen dafür überprüft werden, um Maschinenausfälle zu verhindern und letztendlich den gesamten Betriebsablauf zu optimieren.

Doch bevor wir uns der Prävention von Verschleiß widmen, sollten wir uns fragen, was Verschleiß eigentlich ist.

Verschleiß bezeichnet Beschädigungen oder Materialverlust von einer festen Oberfläche, hervorgerufen durch schleifende, rollende oder schlagende Beanspruchung im Kontakt mit einer anderen festen Oberfläche. Es handelt sich dabei nicht um eine Materialeigenschaft sondern eher um eine Systemreaktion. Verschleiß kann zu erhöhter Reibung führen und letztendlich zu Material- oder Funktionsausfällen. Um Verschleißerscheinungen (und somit auch Reibung) zu reduzieren, wird ein dünner Schmierfilm zwischen die aneinander reibenden Flächen aufgetragen.

Je nachdem wie Beschädigungen an der Materialoberfläche entstehen, gibt es folgende Klassifizierungen von Verschleißmechanismen: 

  • Adhäsiver Verschleiß 
  • Abrasiver Verschleiß
  • Oberflächenermüdung 
  • Reibverschleiß 
  • Erosiver Verschleiß 
  • Verschleiß durch Korrosion und Oxidation 

Jede Verschleißart wird von einem oder mehreren Mechanismen verursacht. Diese Mechanismen können sich synergetisch überschneiden und zu einer erhöhten Verschleißrate führen.

Verschleißarten

In diesem Abschnitt werden die zuvor genannten Verschleißarten näher beschrieben. Die am häufigsten auftretenden Arten sind adhesiver und abrasiver Verschleiß, doch auch Oberflächenermüdung, Fretting, erosiver und korrosiver Verschleiß können unter bestimmten Bedingungen bei industriellen Anwendungen vorkommen.

Adhesiver Verschleiß 

Adhesiver Verschleiß entsteht durch den Kontakt und die Interaktion von Unebenheiten zwischen zwei Oberflächen mit starker Adhäsionskraft. Das heißt, sich gegenüberliegende Unebenheiten haften aneinander und scheren ab, sobald sich eine Oberfläche über eine andere bewegt. Die Intensität hängt zwar von verschiedenen physikalischen und chemischen Faktoren ab, doch generell steigt sie mit höherer Oberflächenergiedichte. Oxidationsfilme, Schmiermittel, Verschmutzungen oder geringere Lasten können diesen Effekt jedoch unterdrücken.

Materialabtrag bei adhäsivem Verschleiß
Materialabtrag bei adhäsivem Verschleiß

Abrasiver Verschleiß  

Abrasiver Verschleiß findet statt, wenn eine raue und harte Oberfläche über eine Oberfläche mit relativ weicherer Struktur gleitet. Diese Verschleißart ist in der Industrie am häufigsten zu finden. Sie kann durch drei Mechanismen entstehen, nämlich Pflügen (wenn kein Material von den Oberflächen abgetragen wird, sondern sich Rillen durch verschobenes Material bilden), Cutting (Rückstände von abgetragenem Material) oder Fragmentierung (Materialabtrag und gleichzeitige Bildung von Bruchstellen an den betroffenen Oberflächen durch die abgetragenen Materialrückstände).

Abtragung von Material bei abrasivem Verschleiß
Abtragung von Material bei abrasivem Verschleiß

Oberflächenermüdung 

Oberflächenermüdung entsteht als Folge von wechselnden zyklischen Belastungen, wodurch sich Mikrorisse und Grübchen in der Oberfläche bilden und mit jedem Zyklus fortschreiten bis ganze Partikel aus der Oberfläche herausbrechen.

Reibverschleiß 

Reibverschleiß tritt auf, wenn zwei Kontaktflächen mit kleiner Bewegungsamplitude konstant aneinander reiben. Dadurch entstehen Ermüdungsrisse, die oft zur Kontaktermüdung in Wellen oder anderen hoch beanspruchten Komponenten führen.

Erosiver Verschleiß   

Erosiver Verschleiß entsteht durch kurze Gleitbewegung in einem sehr kurzen Zeitintervall, wobei durch Stoßwirkung, Deformierung und Beschädigung, verursacht von freiliegenden Partikeln, kontinuierlich Material von der Oberfläche abgetragen wird. Die Auswirkung dieser Verschleißart hängt u. a. von der Beschaffenheit (Größe, Form, Härte) der aufprallenden Teilchen ab sowie von der Geschwindigkeit und dem Winkel, in dem sie auf die Oberfläche treffen.

Verschleiß durch Korrosion und Oxidation

Dieser Verschleißmechanismus besteht aus dem Zusammenwirken von chemischen und mechanischen Einflüssen. Infolge einer chemischen Reaktion erhöht sich die Porosität der Oberfläche, während sie durch mechanische Einwirkung zerstört und abgetragen wird. Auch hier gibt es eine Reihe von Faktoren, die diese Verschleißart begünstigen, wie z. B. fehlerhafte Bauweise oder unzureichende Ableitung von Hitze und Feuchtigkeit von der Kontaktregion.

Wie lässt sich Verschleiß verhindern?

Es gibt eine Vielzahl von Methoden, um Verschleiß vorzubeugen. Die gebräuchlichste und einfachste Methode ist, verschleißresistente Materialien zu verwenden oder die Materialeigenschaften der betroffenen Oberflächen zu ändern. Letzteres kann z. B. durch Härtung oder chemische Modifikation der Flächen erreicht werden. Sollte das nicht möglich sein, bieten moderne Schmieröle und -fette eine einfache und schnelle Lösung gegen Verschleiß. Zurzeit gibt es eine große Auswahl von Schmierstoffen auf dem Markt, von denen jeder einzelne für spezielle Bedarfe oder industrielle Anwendungen konzipiert ist und mit den meisten gängigen Materialien kompatibel ist.

Molykote® Smart Lubrication™

Molykote® Schmierstoffe haben eine sehr lange Tradition in der Industrie. Seit 1948 lösen sie weltweit zahlreiche anspruchsvolle Herausforderungen. Die Serie der Molykote® Schmierstoffe von DuPont™ vermindern zuverlässig Reibung und Verschleiß, verlängern Schmierintervalle und reduzieren die Wartungskosten. Die Einsparungen gehen auf die verlängerte Lebensdauer von Maschinen und den optimierten Schmierstoffbedarf zurück.

Krytox™-Hochleistungsschmierstoffe

Krytox™-Öle und -Fette bieten eine hohe Leistung über einen weiten Temperaturbereich und sorgen für eine hochwertige Schmierung unter extrem schwierigen Bedingungen. Diese Öle bestehen aus Fluor, Kohlenstoff und SKrytox™ ist eine Serie von Ölen und Fetten mit herausragenden chemischen und mechanischen Eigenschaften. Sie wurden ursprünglich für die Apollo-Mission der NASA Mitte des vergangenen Jahrhunderts entwickelt. Seither haben Produkte der Krytox™ Serie in nahezu alle Industriebereiche Einzug gehalten.

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