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 Fraunhofer IFAM erweitert den Forschungsbereich »Beschichtungen für Bewuchs- und Korrosionsschutz«
11.01.2017 | Fraunhofer IFAM

nachricht Schrauben mit Köpfchen
10.01.2017 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau