Tribologie: Die Wissenschaft hinter allem, was wir tun

Lager werden verwendet, um die Reibung zu verringern. Wenn die Rollen die Last „tragen“, drehen sich die Räder und Zahnräder, die sie tragen, reibungslos und leicht.

Lange bevor „Nachhaltigkeit“ zu einem globalen Fokus wurde, spielten Lager eine zentrale Rolle bei der Verbesserung der Energieeffizienz und der mechanischen Langlebigkeit, indem sie die Umweltauswirkungen rotierender Maschinen reduzierten.

Die Wissenschaft der Reibungsreduzierung ist Teil eines breiten Feldes namens „Tribologie“, und die Tribologieexperten von Timken reduzieren weiterhin die Reibung und verbessern die Lagereffizienz. Ihre Forschung trägt dazu bei, sicherzustellen, dass Timken®-Lager eine optimale Leistung erbringen, wenn sich die Kundenanforderungen ändern und ändern.

Dr. Carl Hager spricht über die Entwicklung der Tribologie in der Wälzlagerindustrie und erklärt, warum Timken weltweit als führend auf diesem Gebiet anerkannt ist.

Welche Rolle spielt die Tribologie bei Timken?

Hager: „Tribologie“ als Begriff existierte noch nicht, als Henry Timken das Unternehmen 1899 gründete, aber er patentierte ein Kegelrollenlager, um das Reibungsproblem zu lösen. Reibung ist ein Phänomen, das Bewegung behindert. Ein einfaches Beispiel ist der Widerstand, den Sie spüren, wenn zwei Oberflächen aneinander reiben. Tatsächlich stammt das Wort „Tribologie“ von der griechischen Wurzel tribos, „reiben“.

Hier ist ein tribologisches Problem: Eine Getriebewelle muss Last auf das Gehäuse übertragen und sich drehen. Damit es sich effizient dreht, müssen wir die Reibung zwischen Welle und Gehäuse minimieren. Wir können die Kontakte schmieren, aber wir müssen auch die Möglichkeit einer Beschädigung zwischen den Oberflächen berücksichtigen. Wie minimieren wir Schäden und ermöglichen gleichzeitig eine effiziente Bewegung? Dieses Problem ist die Wurzel von allem, was wir tun.

Was ist Ihr Ansatz zur Lösung tribologischer Probleme?

Hager: Die Verschleißanalyse ist grundlegend für die Tribologie. Das ASM-Handbuch definiert Verschleiß als „Beschädigung einer festen Oberfläche, die im Allgemeinen mit fortschreitendem Materialverlust einhergeht“. Abrasiver, adhäsiver und Ermüdungsverschleiß sind die häufigsten Formen tribologischer Schäden, die wir diagnostizieren.

Abrasiver Verschleiß ist in Branchen wie dem Bergbau und der Landwirtschaft üblich und kann auftreten, wenn harte Partikelverunreinigungen in tribologische Komponenten gelangen. Abgenutzte Oberflächen können eine glatte, polierte Morphologie aufweisen oder tiefe Kratzer und Rillen aufweisen.

Adhäsiver Verschleiß ist bei Hochgeschwindigkeits- oder minimal geschmierten Schnittstellen üblich. Es kann vorkommen, dass sich berührende Oberflächen lokal verkleben und dann auseinandergezogen oder abgeschert werden. Dies bewirkt, dass Material übertragen wird, wenn es von einer Oberfläche entfernt und an der anderen haftet.

Starker Ermüdungsverschleiß oder Abplatzungen zeigen oft das Ende der Nutzungsdauer von Wälzlagern an. Der Schaden tritt auf, wenn stark belastete Wälzkontakte einer Ermüdung mit hohen Zyklen ausgesetzt sind. Leichter Ermüdungsverschleiß, auch Peeling oder Graufleckigkeit genannt, kann auftreten, wenn Wälzkörperoberflächen nicht richtig durch einen Schmierfilm getrennt sind. Die sich berührenden Oberflächen weisen extrem hohe Drücke innerhalb der Merkmale der Oberflächentextur auf, die bei einer Tiefe im Mikrometerbereich reißen und abblättern können.

Die Tribologie bildet den Kern des umfangreichen Produkt- und Dienstleistungsportfolios von Timken. Das Management von Reibung und Verschleiß innerhalb von Komponenten und Systemen ist die Grundlage ihres Wertversprechens für Kunden.

Lager übertragen Lasten und reduzieren Reibung – Leistungsverlust – in Maschinen.

Rollenketten biegen sich und laufen mit minimalem Verschleiß innerhalb der Kette oder der Kettenräder.

Riemen nutzen die Reibung und minimieren gleichzeitig den Verschleiß, um die richtige Spannung aufrechtzuerhalten.

Zahnradantriebe sollten einen hohen Übertragungswirkungsgrad bei minimalem Verschleiß aufweisen.

Automatische Schmiersysteme verwalten die Schmierung von Maschinenkomponenten ohne menschliches Eingreifen. Die richtige Auswahl des Schmiermittels kann Reibung und Verschleiß minimieren.

Wie hat sich der tribologische Ansatz von Timken im Laufe der Jahrzehnte verändert?

Hager: Timken begann mit der Herstellung von Wälzlagern, bevor moderne Ölfilmdickenberechnungen verfügbar waren. Es war in den 1920er Jahren, als Forscher damit begannen, den Einfluss der Schmierfilmdicke, der Oberflächenrauheit und der Ermüdungslebensdauer des Rollkontakts von Komponenten miteinander in Verbindung zu bringen. Dieser Einfluss wurde in den 1960er Jahren verstärkt, als Timken einen Vorstoß in Richtung saubereren Stahls unternahm. Ohne Materialdefekte unter der Oberfläche begannen die tribologischen Grenzflächen die Lebensdauer der Wälzlager zu dominieren.

Heute verfügen wir über moderne Werkzeuge, die Wälzlager modellieren können. Diese Tools können Kontaktdrücke berechnen und die Bildung sehr dünner Schmierfilme vorhersagen. Dieses Wissen kann verwendet werden, um die richtige Kontur und Rauheit auf Wälzlageroberflächen zu entwerfen und herzustellen.

Welche Arten von Kundenproblemen lösen Sie?

Hager: Timken verfügt über ein erstklassiges Tribologielabor, das wir nutzen können, um viele verschiedene Arten von tribologischen Kontakten zu simulieren. Wir nutzen das Wissen aus Tests und Analysen, um Probleme vor der Produkteinführung zu mindern. Wir helfen bei der Entwicklung technischer Oberflächen und Beschichtungen , die schließlich zu Kundenlösungen werden.

Neben proaktiver Forschung und Entwicklung interagieren wir mit Kunden und bieten Schadensanalysen an. Wir identifizieren die Art der Abnutzung, mit der sie es zu tun haben, um eine Lösung zu finden. Wir arbeiten auch mit unserem Rheologielabor zusammen, um Kunden bei der Auswahl des richtigen Schmiermittels für ihr System zu unterstützen.

Was macht Timken zu einem führenden Tribologen?

Hager: Wir arbeiten mit einer Vielzahl von Wälzlagern für viele verschiedene Branchen. In den letzten zwei Jahrzehnten haben wir unsere Produktlinien um Kraftübertragungskomponenten über Lager hinaus erweitert.

Unser Labor untersucht nun Tribologie in einem breiten Themenspektrum. Wir können die Dicke sehr dünner Schmierfilme messen. Wir untersuchen Reibung und Verschleiß von Festschmierstoffen und Beschichtungen. Wir bewerten den intermetallischen Verschleiß verschiedener Stähle und Gefüge. Wir testen Elastomere für die Riemenmaterialentwicklung und Polymere für unsere korrosionsbeständigen Poly-Round®-Gehäuseeinheiten.

All das Wissen, das wir aus dieser vielfältigen Erfahrung gewinnen, verschafft uns einen enormen Vorteil, wenn es an der Zeit ist, das nächste komplexe Tribologieproblem zu lösen. Deshalb kommen so viele Unternehmen auf der ganzen Welt zu uns.

Doug Smith, Vice President of Technology, spricht darüber, wie Timken Kundenoptionen erweitert und dabei auf mehr als einem Jahrhundert TRB-Exzellenz aufbaut. Sehen Sie sich das Video an .

Erfahren Sie mehr über die Makrotrends, die die F&E-Investitionen von Timken vorantreiben .

Last Updated: 2022/10/14

Published: 2022/06/24