Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der modernen Materialforschung wurde der Bedarf an reduzierter Reibung nach und nach erfüllt, und Herausforderungen im Zusammenhang mit schwieriger Wartung sowie der Notwendigkeit, zahlreiche Komponenten zur Instandhaltung zu demontieren, wurden gelöst. Daher begann man, viele langlebige Materialien mit selbstschmierenden Eigenschaften auf bewegliche Teile wie Lager, Buchsen, Flansch und Führungsbahnen anzuwenden. Im Folgenden erkläre ich die Prinzipien der Selbstschmierung und die beteiligten Materialien.
Was ist Selbstschmierung
Selbstschmierung bezeichnet die Fähigkeit eines Materials oder Bauteils, durch seine inhärenten Materialeigenschaften oder seine Konstruktionsweise während des Gebrauchs Reibung zu verringern und Verschleiß zu minimieren, ohne dass eine regelmäßige manuelle Zugabe von Schmierstoffen erforderlich ist.
Gängige Methoden der Selbstschmierung
Beschichtung/Eingebettete selbstschmierende Materialien: Schmierstoffe (wie Graphit oder Molybdändisulfid) werden im Voraus in das Material eingebettet oder durch Beschichtung aufgetragen. Während der Reibung wird der Schmierstoff nach und nach an die Kontaktflächen abgegeben und bildet einen Schmierfilm, der Reibung und Verschleiß reduziert. Beispiele sind mit Graphit gefüllte Bronze-Buchsen, ölgetränktes Nylon und ölgetränkte Sinterlager.
Materialeigene Selbstschmierung: Unter Reibung bildet die Materialoberfläche einen Schmierfilm, wie es bei Materialien wie Bronze der Fall ist, POM, PTFE, nylonund PEEK.
Strukturelles Design für Selbstschmierung: Durch spezielle Konstruktionsweisen (wie Mikroporen oder Mikro-Rillen) wird während der Reibung durch die elastische Verformung des Materials oder hydrodynamische Effekte eine Schmierung erreicht, beispielsweise durch das ölhaltige Porendesign in selbstschmierenden Lagern.
Bedeutung der Selbstschmierung
1. Geringe Wartungskosten: Kein Bedarf an regelmäßiger Nachschmierung mit Fett oder Öl, was die Wartungskosten senkt. Geeignet für schwer zugängliche oder schwer zu wartende Anlagenteile, wodurch Ausfallzeiten minimiert und die Produktionseffizienz gesteigert werden. Ideal für Anlagen mit kontinuierlichem Betrieb in Branchen wie Bergbau, Metallurgie und Chemie.
2. Geeignet für den Einsatz in Niedrigtemperatur-, Hochtemperatur-, Vakuum- und Hochstaubumgebungen. Gewährleistet einen stabilen Betrieb unter extremen Bedingungen und eignet sich daher für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Halbleiterfertigung und der Medizintechnik.
3. Es ist kein komplexes Schmiersystem erforderlich, was die Konstruktions- und Fertigungsprozesse vereinfacht und somit die Herstellungskosten senkt.
Was ist das selbstschmierende Materiall
Selbstschmierende metallische Werkstoffe
Dazu gehören hauptsächlich Bronze, Messing und zinkbasierte Legierungen.
Bronzebasierte selbstschmierende Legierungen umfassen Zinnbronze, Aluminiumbronze und Bleibronze:
Zinnbronze bietet hervorragende Reibungsminderungs-Eigenschaften, Konformität und Korrosionsbeständigkeit, was sie für Gleitreibungsanwendungen mit moderaten Belastungen und Geschwindigkeiten geeignet macht, wie z.B. in allgemeinen Maschinen, Automobilkomponenten und Lebensmittelverarbeitungsanlagen;
Aluminiumbronze bietet hohe Festigkeit, gute Verschleißfestigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, was sie besonders geeignet macht für Hochbelastungs-, Hochverschleißbedingungen und korrosive Umgebungen, wie Schiffsschraubenlager und Luft- und Raumfahrtkomponenten;
Blei bronze hat gute Reibungsminderungs-Eigenschaften und Bearbeitbarkeit, ist für Kaltumformung geeignet und wird häufig in Gleitlagern in atmosphärischen und Süßwasserumgebungen verwendet, ist jedoch anfällig für Hot-Brittleness während der Warmumformung.
Messinglegierungen verwenden Zink als Hauptelement des Legierungszusatzes, mit verstärkenden Elementen wie Aluminium, Mangan und Eisen. Sie bieten hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit, können erheblichen Stoßbelastungen standhalten und sind geeignet für selbstschmierende Lager in schweren Geräten wie Baumaschinen, Bergbaumaschinen und metallurgischen Maschinen.
Zinkbasierte Legierungen haben eine geringe Dichte und gute Wärmeleitfähigkeit sowie ausgezeichnete selbstschmierende Eigenschaften und Anti-Seize-Fähigkeiten. Sie eignen sich für Schwerlast- und Niedriggeschwindigkeitsanwendungen, sollten jedoch Betriebstemperaturen von 100°C nicht überschreiten. Sie sind ideal für gewicht- und kostensensitive Anwendungen.
Selbstschmierende Kunststoffe
Kunststoffe mit selbstschmierenden Eigenschaften umfassen POM, PTFE, PA, PEEK, PPS und UHMWPE
PTFE hat bei hohen und niedrigen Temperaturen einen niedrigen Reibungskoeffizienten, hervorragende chemische Stabilität und besitzt selbstschmierende sowie Antihaft-Eigenschaften. Es wird hauptsächlich in Dichtungen, Führungsbahnen, Lagern und Antihaft-Kochgeschirr-Beschichtungen verwendet.
POM hat hohe Steifigkeit und Härte, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und gute Verschleißfestigkeit. Es kann kontinuierlich bei Temperaturen von -40°C bis 100°C betrieben werden und bietet hohe Dimensionsstabilität. Es wird häufig in ölfreien, geschmierten Zahnrädern, Lagern, Schiebern und Präzisionsmechanikteilen eingesetzt.
PA/Nylon hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und gute Verschleißfestigkeit. Ölbadschmierung kann die Reibung weiter reduzieren, und es kann langfristig Temperaturen bis zu 160°C standhalten. Es ist hygroskopisch und wird häufig in selbstschmierenden Komponenten wie Zahnrädern, Lagern, Dichtungen und Dichtungen verwendet.
PEEK-Selbstschmierende Komponenten bieten hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Beständigkeit, hohe Festigkeit und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Der Reibungskoeffizient kann durch Zugabe von Graphit oder PTFE weiter reduziert werden. Sie werden häufig in selbstschmierenden Lagern, Dichtungen, Zahnrädern und anderen Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, Medizin- und Halbleiterindustrie eingesetzt.
PPS-Selbstschmierende Teile zeichnen sich durch Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Kristallinität und hervorragende Verschleißfestigkeit aus. Der Verschleißgrad kann durch Zugabe von Kupferpulver oder PTFE zum PPS-Material weiter reduziert werden. Sie werden häufig in Ventilen, Dichtungen und Lagern in der Automobil-, Elektronik- und Chemieindustrie verwendet und sind für Hochtemperatur- und korrosive Umgebungen geeignet.
UHMWPE (Ultra-Hochmolekulares Polyethylen) bietet außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegen Gleitverschleiß und Stoßfestigkeit gegen Kerbenbrüche. Es verfügt über einen niedrigen Reibungskoeffizienten, hervorragende Selbstschmierung und chemische Beständigkeit, hat jedoch eine relativ geringe Festigkeit. Es wird häufig in Lagern, Führungsbahnen und Linern eingesetzt, die hohen Verschleiß und geringe Belastungen ausgesetzt sind.
Anwendungen von selbstschmierenden Komponenten
Dank ihrer wartungsfreien Natur, ihrer Beständigkeit gegen raue Betriebsbedingungen und ihres leichten Designs werden selbstschmierende Komponenten in zahlreichen Branchen breit eingesetzt. Die folgenden sind die primären Anwendungsbereiche:
Neue Energien und Automobil: Sitz- und Türscharniere, Lenksysteme, Pedalbaugruppen, Stoßdämpfer, Getriebe, Batteriefächer, elektrische Antriebssysteme und andere Komponenten.
Baumaschinen: Schlüsselkomponenten wie Schaufeln, Verbindungstangen, Hydrauliksysteme, Riemenscheiben, Kettenräder und Führungsrollen in Baggern, Ladekränen, Betonmaschinen und Gabelstaplern.
Robotik: Roboter-Gelenke, Handgelenke, Knöchel, Linearantriebe und andere Teile.
Landwirtschaftliche Maschinen: Getriebesysteme, Aufhängungsbaugruppen und Arbeitskomponenten in Traktoren, Mähdreschern, Sämaschinen und anderen Geräten.
Kunststoffmaschinen: Antriebssysteme und Formunterstützungskomponenten für Spritzgießmaschinen, Extruder und ähnliche Geräte.
Lebensmittelverarbeitungsmaschinen: Komponenten wie Mischer, Förderbänder und Verpackungsmaschinen in lebensmittelverarbeitenden Anlagen, die lebensmittelechte Hygieneanforderungen erfüllen, um Kontaminationen durch Schmierstoffe zu verhindern.
Selbstschmierende Beschichtungen
1. DLC-Beschichtung
Charakterisiert durch hohe Härte, ultraniedrigen Reibungskoeffizienten, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, ermöglicht den Betrieb in ölfreien oder ölimitierten Umgebungen.
Wird hauptsächlich in Präzisionsmaschinen, Motorkomponenten, Schneidwerkzeugen und Halbleiterformen eingesetzt.
2. CrN-Beschichtung
Gekennzeichnet durch gute Zähigkeit, Anti-Welleneigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Metall-auf-Metall-Reibungsanwendungen.
Häufig in Stanzformen, Schneidwerkzeugen und Spritzgießformen verwendet.
3. AlTiN-Beschichtung
Verfügt über ultrahohe Härte, Hochtemperaturbeständigkeit und Oxidationsresistenz, was sie für Hochgeschwindigkeits-Trockenbearbeitung geeignet macht.
Weit verbreitet in Schneidwerkzeugen, Hochtemperaturformen und Luft- und Raumfahrtkomponenten.
4. MoS₂-Beschichtung
Charakterisiert durch einen niedrigen Reibungskoeffizienten und hervorragende Schmierfähigkeit, was sie besonders für Vakuumumgebungen geeignet macht, obwohl ihre Stabilität bei feuchten und heißen Bedingungen im Allgemeinen begrenzt ist.
Häufig in Luft- und Raumfahrt sowie Präzisionsübertragungssystemen verwendet.
5. Polymer-Selbstschmierende Beschichtungen
Bestehend hauptsächlich aus Materialien wie PTFE (Teflon), bieten diese Beschichtungen niedrige Reibung und chemische Korrosionsbeständigkeit, haben jedoch eine vergleichsweise geringere Tragfähigkeit und Verschleißfestigkeit.
Häufig in Dichtungen, lebensmittelverarbeitenden Maschinen und chemischen Anlagen eingesetzt.
6. Mikro-Lichtbogenoxidation (MAO) Beschichtung
Bildet eine keramische Schicht auf Leichtmetalloberflächen und bietet Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und ölhaltige Schmierfähigkeiten.
Wird häufig in Automobilteilen, Offshore-Ausrüstung und leichten Komponenten verwendet.
Zusammenfassend:
DLC- und MoS₂-Beschichtungen zeichnen sich durch geringe Reibung aus; AlTiN- und Metallmatrix-Verbundbeschichtungen werden für Hochtemperaturanwendungen bevorzugt; und Mikro-Lichtbogenoxidation (MAO)-Beschichtungen eignen sich am besten zur Oberflächenverstärkung von Leichtmetallen.
Benötigen selbstschmierende Komponenten Schmieröl?
Beim Zusammenbau selbstschmierender Komponenten kann Schmierfett in die Zwischenräume der fertigen Teile aufgetragen werden. Dies erleichtert das Einlaufen während der ersten Nutzung und verhindert Einlaufschäden. Anschließend erzeugen die Komponenten durch Reibung einen dickeren Schmierfilm, der ihre Lebensdauer verlängert.
Über Weldo machining
Bei Weldo Machining sind wir spezialisiert auf CNC-Bearbeitung, Spritzguss, Aluminium-Extrusion, und Blechbearbeitung. Mit über einem Jahrzehnt Erfahrung sind wir mit mehr als 50 Oberflächenbehandlungsverfahren bestens vertraut. Wenn Sie zusätzliche Fertigungsanforderungen haben oder Angebote vergleichen möchten, kontaktieren Sie uns gerne Kontakt uns.
