Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lager wie geschmiert

24.09.2012
Ohne Wälz- oder Kugellager liefe in Maschinen und Motoren nichts. Durch Reibung und Verschleiß gehen in jedem Lager jedoch sowohl Energie als auch Material verloren.

Bessere Reibeigenschaften zeigen Lager der Firma Cerobear, 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.


Kugellager im Plasmareaktor1
© Fraunhofer IGB


Cerobear-Kugellager mit reduzierter Reibung
© Cerobear

Sollen 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 Plasma-Oberflächenbeschichtung entwickelt, die durch mikro- und nanostrukturierte Oberflächen das Benetzungsverhalten von Oberflächen gegenüber Schmierstoffen, Wasser und Reinigungsmitteln gezielt verändert und so Reibung, Verschleiß und Korrosion beträchtlich vermindert.
Nanostrukturierte Oberflächen mittels Plasma

Hierzu modifizieren die Fraunhofer-Forscher 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 Experte Haupt.
Beschichtete Wälzlager mit verminderter Reibung und Korrosion

Auf diese Weise konnten die Forscher eine Beschichtung etablieren, die die tribologischen Eigenschaften der Hybrid-Wälzlager bei einer Schmierung mit Perfluorpolyether (PFPE) deutlich verbesserte. »Durch die Plasma-Oberflächen-beschichtung konnten wir die Reibung um bis zu 50 Prozent reduzieren«, schildert Dr. Michael Haupt. 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 außerdem zum Tragen, dass das angepasste Benetzungsverhalten der verschiedenen Oberflächen auch die Reinigung der Lager verbessert. »So wird einerseits die Gefahr der Keimbildung während des Abfüll-prozesses reduziert. Andererseits kann die Anzahl der Reinigungszyklen herabgesetzt werden«, so Haupt.

Durch die Oberflächenbeschichtung haben die Lager auch eine längere Lebenszeit. Denn die Beschichtung schützt ebenso vor Korrosion durch Luftfeuchte. Und durch die Verminderung von Reibung kann die Energie für den Betrieb der Maschine, die sonst durch Wärme verloren geht, eingespart werden. Der Energieverlust einer typischen Flaschen-Abfüllanlage mit etwa 200 Wälzlagern würde sich dabei von 5 kW auf 1,5 bis 2 kW reduzieren. Beschichtete Wälzlager verbessern somit die Wirtschaftlichkeit ebenso wie die Ressourcen- und Energieeffizienz.
Erfolgreiches Konsortium

Das Verbundprojekt nanodyn® wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Projektpartner neben Cerobear aus Herzogenrath sind die Universität Bremen, ROWO Coating Gesellschaft für Beschichtung mbH, Herbolzheim, PINK GmbH Thermosysteme, Wertheim-Bestenheid, und EADS, München. Gemeinsam bietet das Konsortium Komplettlösungen von der Entwicklung neuer Beschichtungen, über die Analytik und Testung bis hin zum Anlagenbau und der Lohnbeschichtung.

Ansprechpartner
Dr. Michael Haupt
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart

Telefon +49 711 970-4028
Fax +49 711 970-4200

Dr. Michael Haupt | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2012/lager-wie-geschmiert.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ventile für winzige Teilchen
23.05.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Was einen guten Katalysator ausmacht

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Superkondensatoren aus Holzbestandteilen

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Schaltschrank-Plattform für die Energiewelt

24.05.2018 | Messenachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics