Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Trocken geschmiert

01.06.2010
Antriebstechnische Anwendungen, bei denen unter besonderen Umgebungsbedingungen produziert und gefertigt werden muss, nehmen mehr und mehr zu.
Das heißt, dass neben der Anpassung an die Umgebung auch eine sehr hohe Präzision der Aktoren und Handlingwerkzeuge gefordert sind. Eine Lösung sind hier die schmierstofffreien Getriebe von Harmonic Drive.

Die Fertigung von CDs, DVDs und Blue-Ray-Discs sowie die immer höheren Bestückungsdichten von integrierten Halbleitern zählen zu den anspruchsvollen Produktionstechniken. Ähnliches gilt für neuartige Beschichtungen von Werkzeugen und Automobilbauteilen. Waren es bislang vor allem Reinraumanforderungen prägend, so entwickeln sich die Fertigungsprozesse für die Hochtechnologie inzwischen weiter. Die Bestrebungen gehen in Richtung Ultrahochvakuum – etwa für Abscheide-Technologien oder in Richtung Tieftemperaturtechnik; unter anderem zur Nutzung von supraleitenden Materialien für Messungen und Grundlagenuntersuchungen.

Einige dieser Aufgaben werden von Harmonic Drive erfolgreich bedient – mit besonderen Getrieben, die auf eine Fett- oder Ölschmierung verzichten. Flüssigschmierstoffe haben bei sehr niedrigen Temperaturen (-100°C bis -270°C) den Nachteil, dass sie eine sehr hohe Viskosität erreichen oder gar komplett verfestigen. Im Vakuum zeigen die meisten dieser Schmierstoffe ein sehr ungeliebtes Verhalten: Das Ausgasen von Komponenten, die das Vakuum verschmutzen. Wenn man auf Flüssigschmierung angewiesen ist, bleibt keine Alternative zu einem vakuumtauglichen Schmierstoff beziehungsweise einem Sperrluftanschluß, der kontinuierlich über den Antrieb absaugt und eine Kontamination der eigentlichen Kammer verhindert.

Reichen diese Maßnahmen nicht aus, ist man gezwungen auf ein anderes Schmierstoffkonzept zu wechseln: Die Trockenschmierung. Hier werden auf den Kontaktflächen besondere Beschichtungen aufgebracht, die ein Fressen und den vorzeitigen Verschleiß der Flächen vermeiden.

Zwei Klassen von Schmierstoffen unterscheidet man hier: „Weiche“ Schmierstoffe, die über ein Gleiten von wenig miteinander verbundenen Schichten eine entsprechende Bewegung erlauben. Graphit, Blei oder auch MoS2 sind typische Vertreter dieser Familie. Die andere Gruppe geht den entgegengesetzten Weg: Über die Beschichtung mit superharten Schichten werden der Verschleiß soweit wie möglich verhindert und eine entsprechende Lebensdauer erreicht.

Diamantartige Kohlenstoffschichten (Diamond-like Carbon/ DLC) sind ein Beispiel für diese Schichten. Für beide Typen gilt, dass die Beschichtung als einer der letzten Fertigungsschritte vorgenommen werden muss, um Beschädigungen zu vermeiden. Um eine gleichmäßige Beschichtung komplexer Zahngeometrien sicher zu stellen ist man allerdings in Prozesstemperatur und Schichtdicken eingeschränkt.

Mit beiden Beschichtungsarten wurden in den letzten Jahren bei der Harmonic Drive AG verschiedene Versuche und Tests gefahren. Zunächst unter atmosphärischen Bedingungen, zunehmend aber auch im Vakuum. Ein starker Antreiber ist hier die Raumfahrt. Generell verhalten sich die Schichten unter Vakuum deutlich anders, da die in der normalen Atmosphäre vorhandene Feuchtigkeit mit zum Schmiersystem an den Kontaktflächen beiträgt.

Was in Luft funktioniert, funktioniert nicht unbedingt unter Vakuum, das gilt auch umgekehrt: Gerade MoS2 reagiert sehr empfindlich auf Feuchtigkeit. Beide Beschichtungsarten können nur so gut funktionieren, wie es die Haftung auf dem Trägermaterial zulässt – was eine der größten Herausforderungen darstellt. Nach anfänglichen Schwierigkeiten, insbesondere bei der Haftung auf hochfesten Edelstählen, werden inzwischen durch entsprechende Vorbehandlung der Oberflächen und eine Bearbeitung unter Reinraumbedingungen deutliche Verbesserungen erzielt.

Weiterhin mussten die Fertigungstoleranzen angepasst werden, um die zusätzliche Dicke der aufgetragenen Schichten (meist wenige μm) zu kompensieren. So konnten die Lebensdauern der Schichten inzwischen mehr als verdoppelt werden.


Das Leistungsspektrum der Getriebe erweitern
Damit ist es nun möglich, in kleinen Schritten aus Forschungs- und Testanwendungen erste Projekte in eher industriellen Prozessen zu bedienen. Die Erkenntnisse werden übrigens nicht nur für Harmonic Drive-Getriebe, sondern auch für Sonderzahnräder, wie schmierstofffreie Stirnräder, eingesetzt. Hier konnte die breite Erfahrung in der Entwicklung von besonderen Verzahnungsgeometrien erfolgreich genutzt werden. Allerdings wachsen die Bäume nicht in den Himmel: Von der Lebensdauer einer Fettschmierung ist man noch weit entfernt. Trotzdem gibt es immer mehr Anwendungen, die mit den erreichten Werten von mehreren tausend Abtriebsumdrehungen ausreichend bedient werden können.

Einen hohen Einfluss hat dabei die zu übertragende Last und die Drehzahl: In beiden Fällen nimmt die Lebensdauer mit Zunahme dieser Parameter ab einer gewissen Grenze überproportional ab. Man ist also auf geringe bis normale Lasten sowie niedrige Drehzahlen beschränkt. Diese Grenzen zu erweitern und damit das Leistungsspektrum trockengeschmierter Getriebe zu erweitern, ist die Aufgabe der kommenden Jahre. Bis daraus aber ein Standardprodukt wird, das wie die fettgeschmierten Varianten per Katalog bestellt werden kann, ist noch einiges zu tun.

Harmonic Drive | SCOPE
Weitere Informationen:
http://www.scope-online.de/Antriebstechnik/Schmierstofffreie-Getriebe_id_2791__dId_506750__app_510-30210_.htm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht rollFEED® Turning auf EMAG Maschinen: Tempomacher für die Drehbearbeitung
17.10.2017 | EMAG GmbH & Co. KG

nachricht Schuler-MSC2000-Dual-Servopresse am Fraunhofer IPT für Werkzeugtests und Entwicklungsprojekte
17.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie