Eine geschickte Beschichtung reduziert die Reibung im Lager um bis zu 50 %. Zudem soll sie die Korrosion einschränken und die Reinigung der Endprodukte erleichtern. Das bietet Einsatzmöglichkeiten zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie.
Um Reibung und Verschleiß in Lagern möglichst gering zu halten, werden sie vielfach mit Ölen oder Fetten geschmiert. Dennoch wird ein Teil der Bewegungsenergie 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. Sie verändert durch mikro- und nanostrukturierte Oberflächen das Benetzungsverhalten von Oberflächen gegenüber Schmierstoffen, Wasser und Reinigungsmitteln gezielt und vermindert so Reibung, Verschleiß und Korrosion beträchtlich.
Hierzu modifizieren die Fraunhofer-Forscher die Hybrid-Hochleistungslager aus metallischen und keramischen Bauteilen der Firma Cerobear in einem Plasmareaktor. Darin werden Moleküle eines Plasmagases durch Anlegen einer hochfrequenten elektrischen Spannung angeregt und fragmentiert. Die hochreaktiven Gasmolekül-Bruchstücke werden auf der Oberfläche der Wälzlager angekoppelt, und es bildet sich eine Schicht. „Durch Optimierung von Art und Menge des Plasmagases, Temperatur, Druck und Behandlungszeit konnten wir nur wenige Nanometer dünne Schichten erzeugen“, erläutert Dr. Michael Haupt, der das Projekt am Fraunhofer IGB leitet. Diese dünnen Schichten beeinflussen die Benetzungseigenschaften der Lageroberflächen in der gewünschten Weise.
Auf diese Weise konnten die Forscher eine Beschichtung etablieren, die die tribologischen Eigenschaften der Hybrid-Wälzlager bei einer Schmierung mit Perfluorpolyether (PFPE) deutlich verbesserte. Die Reibung ließ sich um bis zu 50 % reduzieren. Für Wälzlager, die in wässrigen Medien eingesetzt werden, sank die Reibung um bis zu 40 %. Solche Wälzlager sind für Anlagen in der Lebensmittelindustrie geeignet, in denen Saft oder Milch abgefüllt wird. Hier ist auch von Vorteil, dass das angepasste Benetzungsverhalten der verschiedenen Oberflächen die Reinigung der Lager verbessert.
Durch die Oberflächenbeschichtung erreichen die Lager 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. op
Weitere Informationen Das Verbundprojekt Nanodyn wurde vom Bundesforschungsministerium (BMBF) gefördert. Projektpartner waren neben Cerobear aus Herzogenrath 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.
Ihr Stichwort
- Plasma-Oberflächenbeschichtung
- Wenige Nanometer dünne Schichten
- Veränderte Benetzung
- Reibungsminderung bis 50 %
- Korrosionsschutz
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