Tribometer hilft, bessere Werkstoffe zu wählen

Für viele Schweizer Maschinenbauer sind die höheren Lohnkosten und die anhaltende Frankenstärke ein erhebliches Problem. Wettbewerbsmaschinen aus dem Ausland, vor allem aus Billiglohn- und Schwellenländern, sind günstiger in der Herstellung, und nicht selten werden Qualitätseinbussen beim Endprodukt aufgrund der geringeren Investitionskosten in Kauf genommen. Der Wettbewerbsdruck nimmt zu.
Damit Schweizer Hersteller ihre Qualitätsvorteile nutzen sowie Marktanteile halten und ausbauen können, sind sie gezwungen, den Vorsprung im internationalen Wettbewerb
sicherzustellen. Konkret stand ein Lieferant der Kunststoffindustrie vor der Herausforderung, neue Maschinen so auszulegen, dass sie länger halten und vor allem geringere Unterhaltskosten verursachen.
Praxisnahe Verschleissprüfungen
Im Kundenauftrag wurden Maschinenteile einer vergleichenden Simulationsprüfung unterzogen, das heisst, der Verschleissprozess wurde in einem Zeitraffer nachgestellt. Daraus gewonnene Daten sowie die optisch sichtbaren Phänomene wie Abrasion, Adhäsion und Oxydation infolge von Temperaturspitzen wurden dokumentiert und analysiert. In der Folge konnten die Verschleissbilder aus der Praxis und aus den Simulationsprüfungen angenähert und die Verschleissparameter für weitere Versuche gewonnen werden. Für diese Versuche kam das Zweischeibentribometer zum Einsatz, das von der Hochschule Konstanz zusammen mit dem WITg und der Firma Walter+Bai (Löhningen) entwickelt worden war. Die Prüfeinrichtung mit einer eigens entwickelten Regelung und Steuerung ist seit vielen Jahren im Einsatz. Sie ist auch geeignet, um Verschleiss- und Reibungszustände aus Getriebeverzahnungen zu simulieren. Die Prüfanlage erscheint auf den ersten Blick unspektakulär, doch sie bietet vor allem für praxisbezogene Prüfungs- und Forschungsvorhaben wichtige Vorteile. So sind die Versuchsparameter wie Umfangsgeschwindigkeit, Drehmoment und Anpresskraft praxisnah einstell- und regelbar. Zudem können Versuchsabläufe unterbrochen werden, sobald sich ein Parameter ausserhalb einer vorgegebenen Toleranzgrenze bewegt. Die Ursachen solcher Abweichungen können dokumentiert und später im Vergleich bewertet werden. Das ist insofern bedeutend, als die Ursachen dieser Parameterveränderungen respektive der Verschleiss am Ende des Prüfvorgangs nicht mehr festgestellt werden können. Von Versuchen zum KTI-Projekt
Wichtigste Vorgabe für den vorliegenden Fall war es, aus Versuchen diejenigen Materialkombinationen zu finden, die doppelt bis dreimal so lange halten wie bestehende Konzepte. Darüber hinaus sollten kosten- und zeitsparend verschiedene Konzepte in Versuch gebracht werden. Die Zusammenarbeit zwischen der Kundin und dem WITg erstreckte sich insgesamt über zwei Jahre.
Während des Kennenlernens präsentierte das Werkstoffinstitut seine spezialisierte tribologische Prüfeinrichtung. Vorversuche zeigten, dass das Zweischeibentribometer geeignet ist. Das Interesse der Kundin veranlasste zu einer grossen Versuchsmatrix, wobei neue Werkstoffe und Werkstoffkombinationen geprüft wurden. Die darauffolgend erstellte Projektskizze führte schliesslich zu einem vom Bund geförderten KTI-Forschungsprojekt, das über 18 Monate dauerte.