Geleitwort. Prof. Dr.-Ing. Theo Mang

Transkript

1 Geleitwort Das Buch widmet sich dem sehr komplexen und interdisziplinären Gebiet der Tribologie. Aus einem Guss werden Reibung, Schmierung und Verschleiß dargestellt. Man erkennt bei der Darstellung der verschiedenen miteinander verzahnten Themen die Hand eines erfahrenen Autors, der seinen tribologischen Fundus und seine Lebenserfahrung mit dieser Materie einbringt. Dabei sind die komplexen Themen gut verständlich für eine breite Leserschaft aufbereitet. Das Buch enthält eine kompakte, übersichtliche Darstellung des Themas, das in acht Kapitel gegliedert wird: Im Kapitel 1 werden die Grundlagen der Tribologie mit Reibung, Verschleiß und Schmierung behandelt. Kapitel 2 widmet sich dem Schmierfilmaufbau mit Hydrodynamik sowie spezifischen hydrodynamischen und elastohydrodynamischen Lösungen. Im Kapitel 3 geht es um Grundöle und Additive für Schmierstoffe, Kapitel 4 setzt den Schwerpunkt auf Auslegung und Schmierung von Maschinenelementen. In den Kapiteln 5, 6, und 7 ist die Schmierung der verschiedenen Maschinen einschließlich der Kühlschmierung bei der Zerspanung und der Schmierung bei der Umformung behandelt. Das letzte Kapitel 8 geht auf Schäden von geschmierten Maschinenelementen ein und gibt Hinweise zu Schadensstatistik, Schadensursachen, Schadensaufklärung und Systematik der Schäden an Maschinenelementen. Das Buch schließt mit einer Auflistung der wichtigsten Bücher zur weiterführenden Vertiefung der behandelten Themen. Immer noch wenn auch in den letzen zwei Jahrzehnten deutlich verbessert klafft eine Wissenslücke zwischen den einzelnen Disziplinen. Dies ist besonders zwischen den Konstrukteuren des Maschinenbaus und den Schmierstoffchemikern deutlich zu spüren. Während manchem Schmierstoffentwickler die Maschinenkonstruktion schwer zugänglich ist, stellen für viele Ingenieure die Schmierstoffeigenschaften und die chemischen und chemischphysikalischen Vorgänge, die für den Schmiervorgang von Bedeutung sind, ein Buch mit sieben Siegeln dar. Dieses Buch legt den Schwerpunkt gerade auf den notwendigen Brückenschlag zwischen den Disziplinen. Das fördert die Kenntnis auf beiden Seiten und trägt dazu bei, dass Reibung, Schmierung und Verschleiß nicht mehr isoliert betrachtet werden. Es wird damit helfen, dem Funktionselement Schmierstoff bei den Ingenieuren schon im frühen Stadium der Konstruktion die Bedeutung eines Maschinenelements zukommen zu lassen. Damit werden spätere Schäden vermieden und die Kosten für Werkstoffe, Investitionen und Energieverbrauch vermindert. Dies passt sehr gut in eine moderne Auslegung von Maschinen und Geräten; dabei geht es nicht mehr nur um die Einhaltung einer störungsfreien Funktion während der Garantiezeit, sondern um eine Minimierung von Kosten und

2 Geleitwort schädlichen Umwelteinflüssen während der gesamten Lebensdauer. Für die Schmierstoffentwicklung kann durch die im Buch gebotene ausführliche Darstellung und Analyse der Kriterien der Schmierstoffanwendung gezielter eine Formulierung mit Ölen und Additiven konzipiert werden. Auch können die chemischen und physikalischen Laborprüfungen sowie auch mechanisch-dynamische Prüfungen praxisorientierter durchgeführt werden. Das erspart Fehlentwicklungen und vermindert Entwicklungskosten. Mit der umfassenden aber dennoch kompakten und übersichtlichen Darstellung schließt der in Fachkreisen weltbekannte Autor eine Lücke in der tribologischen Literatur und bringt das Arbeitsgebiet Angehörigen der verschiedenen Disziplinen näher. Prof. Dr.-Ing. Theo Mang

3 Der Konstrukteur von Maschinen und Maschinenanlagen muss bereits bei der Auslegung, Berechnung und Konstruktion eine langzeitige Betriebssicherheit anstreben. Voraussetzung dafür ist fachgerechte Wartung aller tribologischer Systeme sowie der Einsatz geeigneter Schmierstoffe bei allen relativ zueinander bewegten Maschinenteilen. Kaum eine Maschinenanlage kann ohne Maßnahmen zum Optimieren von Reibung und Verschleiß betrieben werden. Dies gilt nicht nur für konventionelle Einsatzgebiete, sondern auch für Reibstellen in Einrichtungen für den Weltraum oder bei der Metallbearbeitung. Aus Unkenntnis oder wegen der noch nicht eindeutig geklärten Zusammenhänge zwischen Reibung, Verschleiß und Schmierung wird der Schmierstoff häufig erst nach vollendeter Konstruktion oder gar erst nach dem Bau der Maschine ausgewählt. Eine optimale Abstimmung auf die vorgegebenen Betriebsverhältnisse ist dann wegen der auch beim Maschinenelement Schmierstoff begrenzten Einsatzmöglichkeiten und Gebrauchseigenschaften häufig nicht mehr möglich. Der Schmierstoff wird dann zum reinen Betriebsstoff degradiert, und seine vielfältigen Möglichkeiten als Funktions- oder Konstruktionselement werden nicht genutzt. Deshalb müssen für einen langzeitigen störungsfreien Betrieb bewegter Maschinenelemente nicht nur alle am Bewegungsvorgang beteiligten Elemente, sondern auch die unbeweglichen und tragenden Teile aufeinander abgestimmt und unter Berücksichtigung der Grenzwerte ihrer Eigenschaften den vorgegebenen oder erwarteten Betriebsbedingungen angepasst werden. Der Schmierstoff übernimmt damit die Optimierung von Reibung und Verschleiß und wird so zum Funktionselement zur Gewährleistung der folgenden Aufgaben-Komplexe: Übertragung von Kräften durch hydrodynamische Druckfilme und/oder durch physikalische und chemische Reaktionsfilme Dispergieren und Detergieren von Verunreinigungen bei der Schmierung von Verbrennungskraftmaschinen Spänetransport und Wärmeabfuhr bei der Metallbearbeitung Korrosionsschutz. Eine weitere Funktion des Schmierstoffs besteht darin, ihn als Parameter in die Berechnung und Konstruktion bewegter Maschinenelemente wie etwa Gleitlager, Wälzlager und Zahnradpaarungen einzubeziehen, ihn also als Konstruktionselement aufzufassen. Dieses Buch soll dabei helfen, die genannten Zusammenhänge zu erläutern. Wie der Titel bereits ausdrückt, handelt es sich um eine Einführung in die gesamte Problematik.

4 In Kapitel 1 werden daher die Grundlagen der Tribologie dargestellt mit der Beschreibung des tribologischen Systems, der Erläuterung von Reibung und Verschleiß, der Topografie der Oberflächen sowie des Einflusses des Schmierstoffs auf Reibung und Verschleiß. Eine kurze Darstellung der Werkstoffe unter tribologischer Betrachtung schließt dieses Kapitel ab. Kapitel 2 behandelt die hydrodynamische Druckentwicklung. Die Voraussetzungen hierfür und die zur Anwendung nötigen Gleichungssysteme werden beschrieben. Die hydrodynamische und elastohydrodynamische Lösung des Gleichungssystems werden aufgezeigt. In Kapitel 3 werden die Schmierstoffe und Additive behandelt. Nach der Beschreibung der Aufgaben und Eigenschaften der Schmierstoffe und der daraus folgenden Notwendigkeit, zahlreiche unterschiedliche Schmierstofftypen zu formulieren, wird der Weg vom Rohöl zum Grundöl am Beispiel der Mineralöle erläutert. Daran schließt sich eine Erläuterung der wichtigsten synthetischen Grundöle an. Ein Schwerpunkt ist die Darstellung des Zusammenhangs zwischen Eigenschaften und Anwendungen. Auch die biologisch schnell abbaubaren Schmieröle kommen in diesem Kapitel zur Sprache. Nach der Beschreibung der wichtigsten Additivtypen und Festschmierstoffe wird die Definition, Messung und Klassifikation der Viskosität besonders eingehend beschrieben. Die Erläuterung der chemischen, physikalischen und technologischen Eigenschaften der Schmieröle und Schmierfette sowie die Hinweise zur anwendungstechnischen Bedeutung dieser Eigenschaften runden dieses Kapitel ab. Auch auf die Bedeutung der Gebrauchtschmierstoffanalyse wird eingegangen. Das Kapitel 4 beinhaltet Hinweise zur Auslegung und Schmierung von Maschinenelementen. Auf der Grundlage der Kraftübertragung durch Lagerungen werden die Gleitlagertechnik für stationäre Gleitlager sowie die Wälzlagertechnik behandelt. Zielsetzung ist die Verwendung des Schmierstoffs als Konstruktionselement, das in die Berechnung und Auslegung dieser Lager einzubeziehen ist. Vor allem am Beispiel der Stirnradverzahnungen wird gezeigt, wie die Tragfähigkeit des Schmierstoffs in die Zahnradberechnung einbezogen werden kann. Kapitel 5 befasst sich mit der Schmierung von Maschinen. Dazu werden in erster Linie die Schmierstoffe behandelt. Für die Industriegetriebe werden der Aufbau und die Normung der Schmierstoffe sowie deren Anwendung erörtert. Auch die für die Schmierung von Kraftfahrzeug-Getrieben notwendigen Schmierstoffe werden beschrieben, wobei neben den Schalt- und Achsgetrieben auch die Automatgetriebe und hier die CVT-Getriebe mit ihren speziellen Anforderungen an den Schmierstoff zur Sprache kommen. Eine Besonderheit stellen die Aggregate in den Windenergieanlagen dar. Hierbei handelt es sich um verschiedene Getriebe mit Zahnrad- und Lagerschmierung, aber auch um Hydraulikanlagen. Sowohl Öle als auch Schmierfette werden eingesetzt. Zum Verständnis der Motorenschmierung werden zunächst einige tribologische Aspekte des Motors erläutert, welche Grundlage der Beanspruchung des Motorenöles sind. Das Betriebsverhalten der Motorenöle ist Grundlage ihrer Formulierung, bei der Umweltaspek-

5 te steigende Bedeutung haben. Wichtig sind auch die verschiedenen Klassifikationen für Viskosität und Leistungsverhalten der Motorenöle. Auch die Schmierung von Gasmotoren gehört in diesen Abschnitt. Die Kompressorenschmierung sowie die Hydrauliköle runden dieses Kapitel ab. Kapitel 6 stellt die Metallbearbeitung dar, unterteilt in Zerspanung und Umformung, sowie die dazu verwendeten Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe. Es wird gezeigt, wie die verwendeten Werkstoffe die Formulierung der Schmierstoffe beeinflussen. Kapitel 7 befasst sich mit Schmierstofftypen. Im Rahmen dieses einführenden Buches wird nur die Drahtseilschmierung kurz behandelt. Kapitel 8 ist der Schadensanalyse gewidmet. Nach einer kurzen Einführung in die Schadensanalyse erfolgt die Gegenüberstellung von Schadensbild und Schadensursache. Der Einfluss des Schmierstoffs auf Schäden an Maschinenelementen wird erläutert. Zur Vorgehensweise bei der Schadensaufklärung ist eine systematische Einordnung der Schäden an Gleitlagern, Wälzlager und Zahnrädern notwendig. Kapitel 9 enthält eine Liste weiterführender Literatur. Dieses Buch wendet sich an Studenten und Neueinsteiger in das Fachgebiet der Tribologie. Aber auch Betriebsingenieure, Konstrukteure, Mitarbeiter in schmierstoffherstellenden und -vertreibenden Betrieben werden diese Einführung in das Fachgebiet zu schätzen wissen. Gleiches gilt für Fachleute der Gleitlager-, Wälzlager- und Getriebetechnik sowie des Motorenbaus. Ingenieure in der Instandsetzung und der Schadensaufklärung erhalten ebenfalls wichtige Hinweise zur Behandlung von Schäden an Maschinenelementen. Mein Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. Johannes Wippler für die sehr gewissenhafte Text- und Bildredaktion. Denkendorf, im März 2010 Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Wilfried J. Bartz