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Dieser Artikel behandelt den Verschleiß von nichtlebendem Material Zum medizinischen Begriff siehe Degeneration Dieser A
Verschleiß
Verschleiß bezeichnet den fortschreitenden „Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen, d. h. Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers“, also den Masseverlust (Oberflächenabtrag) einer Stoffoberfläche durch schleifende, rollende, schlagende, kratzende, chemische und thermische Beanspruchung. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird Verschleiß auch mit anderen Arten der Abnutzung gleichgesetzt. Diese Abnutzung kann sich auf verschiedene Arten zeigen und Auswirkungen haben, zum Beispiel als Abrieb, Erosion, Beschädigung oder Deformation.
Diese meist unerwünschte Veränderung der Oberfläche tritt z. B. an Lagern, Kupplungen, Getrieben, Düsen und Bremsen auf sowie als Verschleiß von Zerspanungswerkzeugen. Ebenso müssen bei Autos regelmäßig die Reifen aufgrund von Reifenverschleiß gewechselt werden.
Verschleiß ändert die Geometrie von Bauteilen, sodass diese ihre Funktion verändern. Dadurch folgt eine Bauteilschädigung und der damit verbundene Ausfall von Maschinen und Geräten. Die Verringerung von Verschleiß ist darum eine wesentliche Möglichkeit, die Lebensdauer von Maschinen und Geräten zu erhöhen und damit Kosten und Rohstoffe einzusparen. Andererseits wird versucht, den nicht zu vermeidenden Verschleiß auf einfach auszutauschende Bauteile einzugrenzen, die man unter dem Begriff Verschleißteil zusammenfasst.
Das Verschleißverhalten kann häufig vorausgesagt werden. Jedoch müssen die Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von der Obsoleszenz unterschieden werden.
Die Lehre von Reibung und Verschleiß sowie Schmierung ist die Tribologie.
Einflussgrößen
- Grundkörper (Werkstoff, Form, Oberfläche)
- Zwischenstoff (Art, Teilchengröße u. a.)
- Gegenkörper (Werkstoff, Form, Oberfläche)
- Belastung (Größe, zeitlicher Verlauf)
- Art der Bewegung (gleitend, rollend, stoßend)
- umgebende Atmosphäre (z. B. Luft, Schutzgas, Vakuum)
- Temperatur (Höhe, zeitlicher Verlauf)
Verschleiß ist immer die Eigenschaft eines Systems, nicht der beteiligten Komponenten: Es sind immer (mindestens) zwei Komponenten im Zusammenspiel, häufig noch ein Zwischenmedium (Fluid). Im Gegensatz hierzu sind Materialermüdung und chemische Alterung auch ohne Beteiligung eines zweiten Bauteils möglich.
Mechanismen
Verschleiß wird hauptsächlich durch vier unterschiedliche Verschleißmechanismen bestimmt:
Adhäsiver Verschleiß
Adhäsiver Verschleiß tritt bei mangelnder Schmierung auf. Liegen sich berührende Bauteile bei hoher Flächenpressung fest aufeinander, so haften die Berührungsflächen infolge Adhäsion (auch: Anhangskraft) aneinander. Beim Gleiten werden dann Randschichtteilchen abgeschert. So entstehen Löcher und schuppenartige Materialteilchen, die oft an der Gleitfläche des härteren Partners haften bleiben. Diesen Verschleißmechanismus nennt man adhäsiven Verschleiß oder Haftverschleiß.
Beispiel:
Schützende Oxidationsschichten werden infolge der Adhäsion durch die hohe lokale Pressung an einzelnen Oberflächenrauheitshügeln durchbrochen. Es entsteht eine lokale Mikrokaltverschweißung. Durch die Kaltverfestigung reißt der Werkstoff anschließend nicht im Bereich zwischen den beiden Schweißstellen (Fusionszone), sondern in den Nebenbereichen.
Abrasiver Verschleiß
Wenn harte Teilchen eines Schmierstoffs oder Rauheitsspitzen eines Reibungspartners in die Randschicht eindringen, so kommt es zu Ritzung und Mikrozerspanen. Man bezeichnet diesen Verschleiß als abrasiven Verschleiß (Abrasion), Furchverschleiß oder Erosionsverschleiß. Letztere kann auch durch Flüssigkeiten erfolgen, denn die in Flüssigkeiten mitgespülten Stoffe, wie z. B. Sand, erzeugen ebenfalls Verschleiß, der auch als Spülverschleiß bezeichnet wird. Den durch die Abrasion entstandenen Materialverlust nennt man Abrieb.
Zur Vermeidung von abrasivem (d. h. abschabendem) Verschleiß sollten Schmierstoffe überwacht und gegebenenfalls erneuert werden. Grundsätzlich kann schon bei der Konstruktion eines tribologischen Systems abrasivem Verschleiß vorgebeugt werden: statt metallischer Paarungen sollten Metall-Kunststoff- oder Metall-Keramik-Paarungen bevorzugt werden. Grundsätzlich gilt, dass bei metallischen Paarungen ein günstiges Verhältnis (z. B. harte Carbide in zähem Zwischenstoff) zwischen Festigkeit und Zähigkeit angestrebt werden sollte.
In Anlagen, in denen Medien mit kantigen, harten Teilchen gefördert werden, ist abrasiver Verschleiß eine wesentliche Ursache für die Verkürzung der Lebensdauer durchflossener Bauteile. Dies ist etwa der Fall in Rohrleitungen und Pumpen, durch die Wasser mit Schwebstoffen (Sand), Putz und Beton (Zuschlagstoffe) oder gefüllte Kunststoffmassen (Füllstoffe) zu fördern sind, etwa in Vergussanlagen.
Abrasiver Verschleiß kann mit einem mechanischen Prüfverfahren über den Taber-Abraser nach ISO 9352, ASTM D 1044 oder DIN EN 438 – 2.6 bestimmt werden. Hierbei werden mit Schleifpapier versehene Räder mit einem definierten Druck gegen die rotierende Oberfläche der Probekörper gepresst. Messgröße ist meist der Masseverlust des Probekörpers nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen.
Falls abrasive Feststoffe in Flüssigkeiten suspendiert sind und Verschleiß verursachen, spricht man von Hydroabrasion.
Oberflächenzerrüttung
Oberflächenzerrüttung ist ein Verschleißmechanismus, der durch wechselnde oder schwellende mechanische Spannungen hervorgerufen wird.
Folge ist eine Zerrüttung der Oberfläche, d. h., es entstehen und wachsen Mikrorisse in den oberflächennahen Werkstoffschichten. Oberflächenzerrüttung tritt z. B. in Wälzlagern durch das ständige Überrollen auf. Dieser Verschleiß, auch Wälzverschleiß genannt, lässt Grübchen oder Pittings entstehen.
Da Zugspannungen in der Oberfläche die Oberflächenzerrüttung fördern, können als Gegenmaßnahme Druckspannungen durch Nitrieren, Oxidieren oder Kugelstrahlen in die Oberfläche eingebracht werden.
Tribooxidation
Die Bildung von Zwischenschichten, z. B. Oxidschichten, infolge chemischer Reaktion und ihre mechanische Zerstörung durch Bewegung der Bauteile nennt man Tribooxidation oder Reaktionsschichtverschleiß. Er tritt fast immer zusammen mit adhäsivem Verschleiß auf. Dieser Verschleißmechanismus ist eine tribochemische Reaktion. Ein Beispiel für Tribooxidation ist Passungsrost.
Verschleiß in elektrischen und elektronischen Geräten
Verschleiß oder Alterung ist vielen Bauteilen immanent, z. B. elektronischen Bauteilen, Elektrolytkondensatoren, Akkus, Glüh- und Gasentladungslampen.
Durch Wahl problematischer Werkstoffe sowie komplexer Herstellungstechnik und deren schlechte Beherrschung treten bei Bauteilen gleicher Art gravierende Qualitätsunterschiede auf, die sich oft, jedoch nicht immer, im Preis niederschlagen.
Siehe auch
- Verschleißfestigkeit
- Bremsenverschleißanzeige
Literatur
- Tabor Bowden: Friction and Lubrication of Solids. Clarendon Press, Oxford 1950. (deutsch: Reibung und Schmierung fester Körper. Springer, Berlin, ISBN 978-3-642-92755-3)
- K.-H. Zum Gahr: Microstructure and wear of materials. Elsevier, Amsterdam 1987, ISBN 0-444-42754-6.
- Ernest Rabinowicz: Friction and Wear of Materials. Wiley-Interscience, 1995, ISBN 0-471-83084-4.
- I. Kleis, P. Kulu: Solid Particle Erosion. Springer-Verlag, London 2008, ISBN 978-1-84800-028-5.
- Horst Czichos, Karl-Heinz Habig et al.: Tribologie-Handbuch. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0017-6.
- Karl Sommer, Rudolf Heinz, Jörg Schöfer: Verschleiß metallischer Werkstoffe – Erscheinungsformen sicher beurteilen. Springer Vieweg, Wiesbaden 2012, ISBN 978-3-8348-2463-9.
- Valentin L. Popov: Kontaktmechanik und Reibung. Von der Nanotribologie bis zur Erdbebendynamik. Springer Vieweg, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-662-45974-4.
- VDI 3822 Blatt 5: Schäden durch tribologische Beanspruchungen. OCLC 928326363.
Weblinks
Einzelnachweise
- Gesellschaft für Tribologie: Arbeitsblatt 7: Tribologie – Definitionen, Begriffe, Prüfung. August 2002, abgerufen am 3. Oktober 2017.
- Spülverschleiß (Erosionsverschleiß) — UNITRACC - Underground Infrastructure Training and Competence Center. Abgerufen am 4. Januar 2023.
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Dieser Artikel behandelt den Verschleiss von nichtlebendem Material Zum medizinischen Begriff siehe Degeneration Dieser Artikel oder nachfolgende Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen beispielsweise Einzelnachweisen ausgestattet Angaben ohne ausreichenden Beleg konnten demnachst entfernt werden Bitte hilf Wikipedia indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfugst Verschleiss bezeichnet den fortschreitenden Materialverlust aus der Oberflache eines festen Korpers hervorgerufen durch mechanische Ursachen d h Kontakt und Relativbewegung eines festen flussigen oder gasformigen Gegenkorpers also den Masseverlust Oberflachenabtrag einer Stoffoberflache durch schleifende rollende schlagende kratzende chemische und thermische Beanspruchung Im allgemeinen Sprachgebrauch wird Verschleiss auch mit anderen Arten der Abnutzung gleichgesetzt Diese Abnutzung kann sich auf verschiedene Arten zeigen und Auswirkungen haben zum Beispiel als Abrieb Erosion Beschadigung oder Deformation Diese meist unerwunschte Veranderung der Oberflache tritt z B an Lagern Kupplungen Getrieben Dusen und Bremsen auf sowie als Verschleiss von Zerspanungswerkzeugen Ebenso mussen bei Autos regelmassig die Reifen aufgrund von Reifenverschleiss gewechselt werden Verschleiss andert die Geometrie von Bauteilen sodass diese ihre Funktion verandern Dadurch folgt eine Bauteilschadigung und der damit verbundene Ausfall von Maschinen und Geraten Die Verringerung von Verschleiss ist darum eine wesentliche Moglichkeit die Lebensdauer von Maschinen und Geraten zu erhohen und damit Kosten und Rohstoffe einzusparen Andererseits wird versucht den nicht zu vermeidenden Verschleiss auf einfach auszutauschende Bauteile einzugrenzen die man unter dem Begriff Verschleissteil zusammenfasst Das Verschleissverhalten kann haufig vorausgesagt werden Jedoch mussen die Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von der Obsoleszenz unterschieden werden Die Lehre von Reibung und Verschleiss sowie Schmierung ist die Tribologie Durch Kavitation verschlissenes Flugelrad einer PumpeVerschlissene Trennscheibe vorne eines Winkelschleifers nach dem Freihand Trennen von Steinplatten dahinter das eingespannte unbenutzte Werkzeug EinflussgrossenGrundkorper Werkstoff Form Oberflache Zwischenstoff Art Teilchengrosse u a Gegenkorper Werkstoff Form Oberflache Belastung Grosse zeitlicher Verlauf Art der Bewegung gleitend rollend stossend umgebende Atmosphare z B Luft Schutzgas Vakuum Temperatur Hohe zeitlicher Verlauf Verschleiss ist immer die Eigenschaft eines Systems nicht der beteiligten Komponenten Es sind immer mindestens zwei Komponenten im Zusammenspiel haufig noch ein Zwischenmedium Fluid Im Gegensatz hierzu sind Materialermudung und chemische Alterung auch ohne Beteiligung eines zweiten Bauteils moglich MechanismenVerschleiss wird hauptsachlich durch vier unterschiedliche Verschleissmechanismen bestimmt Adhasiver Verschleiss Adhasiver Verschleiss tritt bei mangelnder Schmierung auf Liegen sich beruhrende Bauteile bei hoher Flachenpressung fest aufeinander so haften die Beruhrungsflachen infolge Adhasion auch Anhangskraft aneinander Beim Gleiten werden dann Randschichtteilchen abgeschert So entstehen Locher und schuppenartige Materialteilchen die oft an der Gleitflache des harteren Partners haften bleiben Diesen Verschleissmechanismus nennt man adhasiven Verschleiss oder Haftverschleiss Beispiel Schutzende Oxidationsschichten werden infolge der Adhasion durch die hohe lokale Pressung an einzelnen Oberflachenrauheitshugeln durchbrochen Es entsteht eine lokale Mikrokaltverschweissung Durch die Kaltverfestigung reisst der Werkstoff anschliessend nicht im Bereich zwischen den beiden Schweissstellen Fusionszone sondern in den Nebenbereichen Abrasiver Verschleiss Wenn harte Teilchen eines Schmierstoffs oder Rauheitsspitzen eines Reibungspartners in die Randschicht eindringen so kommt es zu Ritzung und Mikrozerspanen Man bezeichnet diesen Verschleiss als abrasiven Verschleiss Abrasion Furchverschleiss oder Erosionsverschleiss Letztere kann auch durch Flussigkeiten erfolgen denn die in Flussigkeiten mitgespulten Stoffe wie z B Sand erzeugen ebenfalls Verschleiss der auch als Spulverschleiss bezeichnet wird Den durch die Abrasion entstandenen Materialverlust nennt man Abrieb Zur Vermeidung von abrasivem d h abschabendem Verschleiss sollten Schmierstoffe uberwacht und gegebenenfalls erneuert werden Grundsatzlich kann schon bei der Konstruktion eines tribologischen Systems abrasivem Verschleiss vorgebeugt werden statt metallischer Paarungen sollten Metall Kunststoff oder Metall Keramik Paarungen bevorzugt werden Grundsatzlich gilt dass bei metallischen Paarungen ein gunstiges Verhaltnis z B harte Carbide in zahem Zwischenstoff zwischen Festigkeit und Zahigkeit angestrebt werden sollte Erosionsverschleiss an einer ausgemusterten Niederdruck Dampfturbinenschaufel In Anlagen in denen Medien mit kantigen harten Teilchen gefordert werden ist abrasiver Verschleiss eine wesentliche Ursache fur die Verkurzung der Lebensdauer durchflossener Bauteile Dies ist etwa der Fall in Rohrleitungen und Pumpen durch die Wasser mit Schwebstoffen Sand Putz und Beton Zuschlagstoffe oder gefullte Kunststoffmassen Fullstoffe zu fordern sind etwa in Vergussanlagen Abrasiver Verschleiss kann mit einem mechanischen Prufverfahren uber den Taber Abraser nach ISO 9352 ASTM D 1044 oder DIN EN 438 2 6 bestimmt werden Hierbei werden mit Schleifpapier versehene Rader mit einem definierten Druck gegen die rotierende Oberflache der Probekorper gepresst Messgrosse ist meist der Masseverlust des Probekorpers nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen Falls abrasive Feststoffe in Flussigkeiten suspendiert sind und Verschleiss verursachen spricht man von Hydroabrasion Oberflachenzerruttung Oberflachenzerruttung ist ein Verschleissmechanismus der durch wechselnde oder schwellende mechanische Spannungen hervorgerufen wird Folge ist eine Zerruttung der Oberflache d h es entstehen und wachsen Mikrorisse in den oberflachennahen Werkstoffschichten Oberflachenzerruttung tritt z B in Walzlagern durch das standige Uberrollen auf Dieser Verschleiss auch Walzverschleiss genannt lasst Grubchen oder Pittings entstehen Da Zugspannungen in der Oberflache die Oberflachenzerruttung fordern konnen als Gegenmassnahme Druckspannungen durch Nitrieren Oxidieren oder Kugelstrahlen in die Oberflache eingebracht werden Tribooxidation Tribooxidation Passungsrost an einer Welle aus Stahl Die Bildung von Zwischenschichten z B Oxidschichten infolge chemischer Reaktion und ihre mechanische Zerstorung durch Bewegung der Bauteile nennt man Tribooxidation oder Reaktionsschichtverschleiss Er tritt fast immer zusammen mit adhasivem Verschleiss auf Dieser Verschleissmechanismus ist eine tribochemische Reaktion Ein Beispiel fur Tribooxidation ist Passungsrost Verschleiss in elektrischen und elektronischen GeratenVerschleiss oder Alterung ist vielen Bauteilen immanent z B elektronischen Bauteilen Elektrolytkondensatoren Akkus Gluh und Gasentladungslampen Durch Wahl problematischer Werkstoffe sowie komplexer Herstellungstechnik und deren schlechte Beherrschung treten bei Bauteilen gleicher Art gravierende Qualitatsunterschiede auf die sich oft jedoch nicht immer im Preis niederschlagen Siehe auchVerschleissfestigkeit BremsenverschleissanzeigeLiteraturTabor Bowden Friction and Lubrication of Solids Clarendon Press Oxford 1950 deutsch Reibung und Schmierung fester Korper Springer Berlin ISBN 978 3 642 92755 3 K H Zum Gahr Microstructure and wear of materials Elsevier Amsterdam 1987 ISBN 0 444 42754 6 Ernest Rabinowicz Friction and Wear of Materials Wiley Interscience 1995 ISBN 0 471 83084 4 I Kleis P Kulu Solid Particle Erosion Springer Verlag London 2008 ISBN 978 1 84800 028 5 Horst Czichos Karl Heinz Habig et al Tribologie Handbuch Vieweg Teubner Wiesbaden 2010 ISBN 978 3 8348 0017 6 Karl Sommer Rudolf Heinz Jorg Schofer Verschleiss metallischer Werkstoffe Erscheinungsformen sicher beurteilen Springer Vieweg Wiesbaden 2012 ISBN 978 3 8348 2463 9 Valentin L Popov Kontaktmechanik und Reibung Von der Nanotribologie bis zur Erdbebendynamik Springer Vieweg Wiesbaden 2016 ISBN 978 3 662 45974 4 VDI 3822 Blatt 5 Schaden durch tribologische Beanspruchungen OCLC 928326363 WeblinksWiktionary Verschleiss Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Commons Verschleiss Album mit Bildern Videos und AudiodateienEinzelnachweiseGesellschaft fur Tribologie Arbeitsblatt 7 Tribologie Definitionen Begriffe Prufung August 2002 abgerufen am 3 Oktober 2017 Spulverschleiss Erosionsverschleiss UNITRACC Underground Infrastructure Training and Competence Center Abgerufen am 4 Januar 2023 Normdaten Sachbegriff GND 4063153 9 GND Explorer lobid OGND AKS