Mechanik, Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik

Forschung

Verschleiß

Bei Reibkontakten kommt es häufig zu einer sukzessiven Verformung oder Abtragung der Kontaktflächen. Verschleiß ist der Hauptgrund für Maschinenwartung und hat eine große wirtschaftliche Bedeutung. Eine Vielzahl physikalischer oder chemischer Prozesse kann für die Abtragung von Oberflächenmaterial verantwortlich sein, die manchmal sogar erwünscht ist. In der Fertigung können diese Prozesse eingesetzt werden, um Oberflächen mit den gewünschten Oberflächeneigenschaften, beispielsweise speziellen Rauheitswerten, zu erhalten.

Bedeutung

Verschleiß ist in der praktischen Anwendung eines der wichtigsten tribologischen Phänomene, da er die Funktion und Lebensdauer vieler mechanischer Systeme beeinträchtigt. Der Verschleiß ist ein entscheidender Faktor für die technische Sicherheit und bestimmt maßgeblich die Wartungskosten vieler mechanisch beweglicher Bauteile. Verschleiß tritt nicht nur bei Maschinenteilen auf, sondern auch in der Medizin. Beispielsweise müssen künstliche Gelenke aufgrund von Verschleiß nach etwa zehn Jahren ausgetauscht werden.

Wenn er kontrolliert wird, ist Verschleiß ein wesentlicher Bestandteil vieler Herstellungs- und Materialverarbeitungsmethoden wie Schleifen, Polieren oder Sandstrahlen. Viele Bereiche der Technik und Medizin sind an kontrolliertem Verschleiß interessiert, um ihn je nach Anwendung zu erhöhen oder zu verringern. Trotz seiner Bedeutung ist Verschleiß noch immer eines der am wenigsten wissenschaftlich verstandenen tribologischen Phänomene. Dies ist zum Teil auf die Komplexität der Prozesse zurückzuführen, die den Verschleiß beeinflussen. Hierzu gehören Kontakt, Plastizität, Rissentstehung und -ausbreitung, chemische Reaktionen, Materialvermischung und -übertragung zwischen Kontaktpartnern und Schmiermitteln sowie die Bildung von Oberflächenschichten. Für die meisten Aspekte der  Reibung ist Verschleiß nicht nur eine Folge, sondern auch ein wichtiger Einflussfaktor für den Reibvorgang. Bei Verschleißberechnungen wird meist die simple Annahme getroffen, dass das Verschleißvolumen proportional zur Normalkraft und zum Gleitweg ist. Als empirische Annahme wurde dieses Gesetz bereits 1860 von Reye vorgeschlagen. Es dauerte jedoch fast ein Jahrhundert, bis die Verschleißgesetze auf experimentell bestätigten Modellen beruhten, welche die speziellen Reibbedingungen miteinbezogen. Bei dieser Art der Berechnung gibt es eine Konstante, den Verschleißkoeffizienten. Im Falle des abrasiven Verschleißes ist er relativ gut definiert und liegt zwischen 10-3 und  10-2. Im Falle des adhäsiven Verschleißes gibt es keine eindeutige physikalische Interpretation des Verschleißkoeffizienten. Es ist jedoch bekannt, dass die empirisch gemessenen Werte des adhäsiven Verschleißkoeffizienten um fünf dezimale Größenordnungen voneinander abweichen und auch von der Art der Materialien abhängen.

Aktivitäten unseres Lehrstuhls

Unsere Expertise umfasst experimentelle, theoretische und numerische Verschleißtests und -vorhersagen.

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