Reibung ist ein wesentlicher Bestandteil unseres täglichen Lebens und beeinflusst alles – vom Gehen und Fahren über das Halten von Gegenständen bis hin zum Vergnügen beim Rutschen auf verschneiten Hängen. Vereinfacht ausgedrückt ist Reibung eine Kraft, die der Bewegung zwischen sich berührenden Oberflächen entgegenwirkt.
Wenn zwei Oberflächen aufeinandertreffen, tritt Reibung hauptsächlich in zwei Formen auf: statische und kinetische Reibung. Die statische Reibung wirkt der Bewegung entgegen, solange sich ein Objekt in Ruhe befindet etwa wenn Sie und ein Freund versuchen, einen schweren Gegenstand über den Boden zu schieben. Die kinetische Reibung hingegen wirkt der Bewegung weiterhin entgegen, sobald sich das Objekt bewegt. Man bemerkt dabei, dass es einfacher ist, den Gegenstand in Bewegung zu halten, sobald er einmal ins Gleiten gekommen ist.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die kinetische (oder Gleit-)Reibung, die insbesondere für die von uns hergestellten mechanischen Komponenten von Bedeutung ist. In mechanischen Systemen ist die kinetische Reibung zugleich von Vorteil und nachteilig. Während eine hohe Reibung bei Komponenten wie Bremsen und Kupplungen erwünscht ist, führt sie in Getrieben, Pumpen, Kompressoren und anderen Maschinen zu Leistungsverlusten und einer verringerten Effizienz.
Bei Kugler Bimetal werden unsere Lösungen hauptsächlich in hydrodynamischen Systemen eingesetzt. Das bedeutet, dass unter normalen Betriebsbedingungen ein Schmierölfilm Komponenten wie Wellen und Lager voneinander trennt und dadurch den Verschleiß reduziert. Doch wie im Leben läuft nicht immer alles perfekt. Wenn der Ölfilm zusammenbricht oder sich noch nicht vollständig aufgebaut hat, kommen die Bauteile direkt miteinander in Kontakt, was zu Reibung und damit zu Leistungsverlusten führen kann. Dies wird durch die unten dargestellte Stribeck-Kurve veranschaulicht, auf der die Grenz- und Mischschmierungsbereiche sowie anschließend der hydrodynamische Schmierungszustand dargestellt sind. Genau in den Bereichen der Grenz- und Mischschmierung kommen die Tokat®-Werkstoffe von Kugler Bimetal besonders zur Geltung.
Unsere Produkte sind darauf ausgelegt, die Reibung zwischen beweglichen Komponenten zu minimieren. Um dies zu validieren, führten wir umfangreiche Tests mit einem standardisierten Block-auf-Ring-Prüfaufbau (ASTM G77-17) unter ölgeschmierten Bedingungen durch. Der Test wurde mit einem gehärteten Ring aus 100Cr6-Stahl (60 HRC) mit einer definierten Oberflächenrauheit (0,3 Ra) durchgeführt, der gegen einen Prüfkörper aus dem jeweiligen Testwerkstoff lief. Als Schmiermittel wurde Renolin B10 ISO VG 32 verwendet, ein Öl für allgemeine Anwendungen.
In den ersten fünf Minuten wurde eine Kraft von 900 N aufgebracht, was aufgrund der Linienberührung beziehungsweise der Hertzschen Pressung einem spezifischen Druck von über 500 MPa entsprach. Nach fünf Minuten – mit beginnendem Verschleiß und einer vergrößerten Kontaktfläche wurde die Kraft auf 1800 N verdoppelt, was am Ende des vierstündigen Tests zu einem Druck von etwa 70 MPa führte.
Die untenstehende Grafik zeigt die Ergebnisse der relativen Reibungskoeffizienten. Unter diesen Bedingungen wies Tokat 311 einen um 67 % niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als CuNi15Sn8 (UNS C-96900), das als besonders widerstandsfähige Legierung gilt, oder Aluminiumbronze CuAl10Ni5Fe4. Noch beeindruckender ist, dass unsere bleifreien Legierungen die Reibung im Vergleich zu herkömmlichen bleihaltigen Alternativen um 15–30 % reduzierten.
Wenn Sie nach einer bleifreien, verschleißbeständigen Alternative mit geringer Reibung für Ihre Komponenten suchen, sind Sie bei Kugler Bimetal genau richtig wir haben die passende Lösung.
In unserem nächsten Artikel werden wir die Ergebnisse zur Verschleißrate unter Verwendung desselben Prüfaufbaus vorstellen.