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Reibung, Verschleiß, Schmierung – Grundlagen der Nanotribologie

Innovative Technologien für Energieeffizienz & Langlebigkeit

Die Nanotribologie ist ein Teilbereich der Tribologie, der Reibungslehre. Diese Wissenschaft, bzw. Technologie beschreibt und untersucht, wie sich zwei Oberflächen in einer Relativbewegung verhalten, und welche praktischen Vorgänge dabei ablaufen. Grundsätzlich geht es um Reibung und Verschleiß und damit um die Frage, wie sich der Verschleiß durch Schmiermittel oder andere Methoden verhindern oder zumindest langfristig verzögern lässt. Bezogen auf die Industrie geht es vor allem um Motoren, Getriebe, Wälzlager, Führungen und andere bewegliche Maschinenelemente. Die Grundlagen der Tribologie gehen übrigens zurück auf das Universalgenie Leonardo da Vinci (1452-1519), der sich zu seinen Lebzeiten unter anderem auch mit der Konstruktion von Zahnrädern und Getrieben befasste.

Nanotribologie kann die Kosten für industrielle Produktion senken

Die Nanotribologie untersucht die Auswirkungen von Reibung im Nanometerbereich und auf atomarer Ebene. Im Vordergrund stehen neben der Entwicklung von zweckmäßigen Schmiermitteln Forschungen zur Auswahl geeigneter Werkstoffe, sowie zur Behandlung und Beschichtung von Oberflächen. Interessant sind nanotribologische Zusammenhänge vor allem für die Industrie. Sie können helfen, die Energieeffizienz von Maschinen zu steigern und gleichzeitig die Kosten für Materialeinsatz und Instandhaltung senken. Dadurch werden wichtige Rohstoffressourcen geschont und die Umwelt entlastet. Nach Expertenschätzungen bewegen sich die Kosten für Schmiermittel und Verschleiß durch Reibung und Abrieb in Maschinen und Getrieben weltweit ungefähr in einem Billionen-Euro-Segment. Nanotribologie kann helfen, diese Kosten erheblich zu verringern.

Was ist eine Nanobeschichtung?

Eine Nanobeschichtung verändert die Oberflächenstruktur eines Werkstoffs auf molekularer Ebene. Die Nanostrukturen bilden beim Kontakt mit dem Trägermaterial eine hauchdünne, Wasser und Öl abweisende Schicht, die fest mit der Oberfläche verbunden ist. Auf diese Weise werden Verunreinigungen durch Flüssigkeiten, Staub oder anderen Schmutz vermieden. Diese Eigenschaften sind auch unter dem Namen “Lotuseffekt” bekannt. Die Aufbringung ist auf nahezu allen Werkstoffen möglich und eignet sich vor allem für feinporige Materialien und Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern. Eine Nanobeschichtung verträgt durchaus Temperaturen bis zu 350° C.

Kann man Maschinen auch nachträglich mit einer Nanobeschichtung versehen?

Grundsätzlich ist eine Nanobeschichtung für Maschinenteile auch nachträglich möglich, zum Beispiel bei einer Getriebeinstandsetzung. Sie ist allerdings nicht so lange haltbar, als wenn sie direkt bei der Produktion von Maschinenteilen erfolgt. Die Nanopartikel schwimmen in einem Lösungsmittel. Sobald dieses durch Wärmeeinwirkung und Luftzufuhr verdampft ist, bilden die Nanoteilchen eine netzartige Struktur, die fest mit der Oberfläche der behandelten Teile verbunden ist. Die Komponenten der Beschichtung bewirken zweierlei: Sie schützen einerseits den Untergrund vor mechanischer Belastung durch Reibungsenergie, zum Beispiel bei hoch beanspruchten Zahnradkonstruktionen, und sorgen zweitens durch zugesetzte Additive dafür, dass sich Fremdkörper nicht festsetzen können.

Sind Nanobeschichtungen teuer?

Die Frage nach den Kosten für eine Nanobeschichtung ist naturgemäß eine der wichtigsten für jeden technischen Leiter und Verantwortlichen eines Unternehmens. Konkrete Summen lassen sich an dieser Stelle nicht nennen, weil dies von einer Vielzahl individueller Faktoren abhängt – die Art der jeweiligen Maschine oder des Getriebes, die Beschaffenheit des Trägermaterials, die tägliche Laufzeit und Beanspruchung der sich gegeneinander bewegenden Teile. Grundsätzlich lässt sich aber sagen, dass eine Nanobeschichtung langfristig Kosten einspart, weil sie den Einsatz von Schmierstoffen senkt und die Intervalle von Wartungen und Instandsetzungen vergrößert.

Die günstige Alternative – eine Nanobeschichtung per Schmiermittel

Bestehende Anlagen, Maschinen und Getriebe können aber auch durch den Zusatz bestimmter Schmierstoffadditive vor Abnutzung und Verschleiß geschützt werden. Als Beispiel dient das bisher einzigartige Produkt-Portfolio der Firma REWITEC® . Die in Deutschland entwickelten und hergestellten Produkte sind kompatibel mit allen gängigen Schmierstoffen, werden auf Wunsch aber auch im Schmierstoff des Kunden ausgeliefert. Als Additiv werden sie im laufenden Betrieb dem Schmierstoff des Aggregats zugesetzt und durch den Schmierstoff an durch Reibung beanspruchte Metalloberflächen transportiert. Dort nutzen sie die Reibungsenergie und passivieren die Oberflächen von Lagern, Getrieben und ähnlichen Aggregaten durch die Einlagerung von Silikaten, reduzieren Rauheiten und beeinflussen dadurch nachhaltig und in positiver Weise Lebensdauer, Energieverbrauch, Betriebssicherheit und Leistungsfähigkeit von Getrieben und Wälzlagern.

Was bewirken Nanobeschichtungen für Gesundheit und Umwelt?

Die Frage nach den Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt ist neben den Kosten ein wesentlicher Faktor für den Einsatz von Nanobeschichtungen. Nach heutigem Forschungsstand sind Beschichtungen im Nanobereich weder gesundheitsgefährdend noch umweltbelastend. Durch ihre positiven Eigenschaften sorgen sie im Gegenteil für mehr Arbeitssicherheit, weil sie die Schadensanfälligkeit von Maschinen senken.

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