Bis zu 50 Prozent reduzierte Reibung
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Plasma-Oberflächenbeschichtung für Lager
Bis zu 50 Prozent reduzierte Reibung Durch Reibung und Verschleiß gehen in jedem Lager sowohl Energie als auch Material verloren. Bessere Reibeigenschaften zeigen Lager, deren Oberfläche am Fraunhofer IGB mittels Plasmatechnik modifiziert wurde: Die Reibung der beschichteten Lager ist bis zu 50 Prozent reduziert. Zudem korrodieren sie weniger und lassen sich besser reinigen.
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© Cerobear
ollen in Maschinen und Geräten zwei Bauteile gegeneinander bewegt werden, ist ein sogenanntes Lager erforderlich. Im Kugellager sorgen Kugeln als Wälzkörper zwischen einem Innen- und einem Außenring dafür, dass sich beide Teile gegeneinander drehen lassen. Abfüllanlagen, Verpackungsmaschinen und Werkzeugmaschinen funktionieren mit solchen Wälzlagern ebenso wie Getriebe und Motoren von Haushaltsgeräten, Pumpen, Autos, Flugzeugen und Schiffen. Um Reibung und Verschleiß in den Lagern möglichst gering zu halten, werden sie vielfach mit Ölen oder Fetten geschmiert. Dennoch wird ein Teil der Bewegungsenergie der Lager in Wärme umgewandelt und geht so verloren. Zudem tragen Abrieb und Korrosion zum Verschleiß der Materialoberflächen bei. Im Verbundprojekt „Nanodyn“ hat das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB gemeinsam mit Partnern aus Wirtschaft und Forschung eine PlasmaOberflächenbeschichtung entwickelt, die durch mikro- und nanostrukturierte Oberf lächen das Benetzungs-
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verhalten von Oberflächen gegenüber Schmierstoffen, Wasser und Reinigungsmitteln gezielt verändert und so Reibung, Verschleiß und Korrosion beträchtlich vermindert.
Nanostrukturierte Oberflächen mittels Plasma
Hierzu modifizieren die FraunhoferForscher die Hybrid-Hochleistungslager aus metallischen und keramischen Bauteilen der Firma Cerobear in einem Plasmareaktor, in dem durch Anlegen einer hochfrequenten elektrischen Spannung Moleküle eines Plasmagases angeregt und fragmentiert werden. „Die hochreaktiven Gasmolekül-Bruchstücke werden nun auf der Oberfläche der Wälzlager angekoppelt – es bildet sich eine Schicht“, erläutert Dr. Michael Haupt, der das Projekt am Fraunhofer IGB leitet. „Durch Optimierung von Art und Menge des Plasmagases, Temperatur, Druck und Behandlungszeit konnten wir nur wenige Nanometer dünne Schichten erzeugen, welche die Benetzungseigenschaften der Lageroberflächen in der gewünschten Weise beeinflussen“, erklärt Haupt.
Beschichtete Wälzlager mit verminderter Reibung
Auf diese Weise konnten die Forscher eine Beschichtung etablieren, die die tribologischen Eigenschaften der HybridWälzlager bei einer Schmierung mit Perfluorpolyether (PFPE) deutlich verbessert. Durch die Plasma-Oberflächenbeschichtung konnte die Reibung um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Auch für Wälzlager, die in wässrigen Medien eingesetzt werden, konnten die Forscher die Reibung deutlich vermindern – um
bis zu 40 Prozent. Solche Wälzlager sind für Abfüllanlagen in der Lebensmittelindustrie geeignet, in denen Saft oder Milch abgefüllt wird. Hier kommt außerd
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