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 Additive Fertigung von Hartmetall-Schneidwerkzeugen
17.10.2019 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Deburring EXPO: Blechkanten und Funktionsoberflächen mit dem Laser veredeln
12.09.2019 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Freiburger Forschenden gelingt die erste Synthese eines kationischen Tetraederclusters in Lösung

Hauptgruppenatome kommen oft in kleinen Clustern vor, die neutral, negativ oder positiv geladen sein können. Das bekannteste neutrale sogenannte Tetraedercluster ist der weiße Phosphor (P4), aber darüber hinaus sind weitere Tetraeder als Substanz isolierbar. Es handelt sich um Moleküle aus vier Atomen, deren räumliche Anordnung einem Tetraeder aus gleichseitigen Dreiecken entspricht. Bisher waren neben mindestens sechs neutralen Versionen wie As4 oder AsP3 eine Vielzahl von negativ geladenen Tetraedern wie In2Sb22– bekannt, jedoch keine kationischen, also positiv geladenen Varianten.

Ein Team um Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es gelungen, diese positiv geladenen...

Im Focus: Die schnellste Ameise der Welt - Wüstenflitzer haben kurze Beine, aber eine perfekte Koordination

Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

Im Focus: Fraunhofer FHR zeigt kontaktlose, zerstörungsfreie Qualitätskontrolle von Kunststoffprodukten auf der K 2019

Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Im Focus: Solving the mystery of quantum light in thin layers

A very special kind of light is emitted by tungsten diselenide layers. The reason for this has been unclear. Now an explanation has been found at TU Wien (Vienna)

It is an exotic phenomenon that nobody was able to explain for years: when energy is supplied to a thin layer of the material tungsten diselenide, it begins to...

Im Focus: Rätsel gelöst: Das Quantenleuchten dünner Schichten

Eine ganz spezielle Art von Licht wird von Wolfram-Diselenid-Schichten ausgesandt. Warum das so ist, war bisher unklar. An der TU Wien wurde nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein merkwürdiges Phänomen, das jahrelang niemand erklären konnte: Wenn man einer dünnen Schicht des Materials Wolfram-Diselenid Energie zuführt, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitales-Krankenhaus – wo bleibt der Mensch?

21.10.2019 | Veranstaltungen

VR-/AR-Technologien aus der Nische holen

18.10.2019 | Veranstaltungen

Ein Marktplatz zur digitalen Transformation

18.10.2019 | Veranstaltungen

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

Digitales-Krankenhaus – wo bleibt der Mensch?

21.10.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Das Stromnetz fit für E-Mobilität machen

21.10.2019 | Förderungen Preise

Kompakt, effizient, robust und zuverlässig: FBH-Entwicklungen für den Weltraum

21.10.2019 | Physik Astronomie

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