Tribologische Prüfmethoden. Unterstützung für die Materialauswahl und Anwendungsoptimierung.

Die Ergebnisse tribologischer Prüfungen tragen dazu bei, die Materialauswahl zu optimieren, die Produktqualität und -lebensdauer zu verbessern, Kosten zu reduzieren und klare Wettbewerbsvorteile zu entwickeln. Die gewonnenen praxisnahen Daten versetzen Konstrukteure in die Lage, fundierte Entscheidungen zu treffen und ihren Kunden leistungsfähige, zuverlässige Produkte anzubieten. Welche tribologischen Prüfmethoden dabei zum Einsatz kommen, warum Big Data viel, aber eben doch nicht alles bedeutet, welche Vorteile für kunststoffverarbeitende Unternehmen daraus resultieren und vor allem welche Rolle der Materialentwickler beziehungsweise Compoundeur dabei selbst spielt – davon handelt dieser Blogartikel:

Die wichtigsten tribologischen Prüfmethoden auf einen Blick:

Oft sind die Verschleißerscheinungen – wie Abrasion, Adhäsion, Ermüdung oder auch Oxidation –, die während der tribologischen Prüfung auftreten, so gering, dass sie mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Messdaten und -Ergebnisse sind dann die Parameter, um die tribologischen Eigenschaften der Materialien zu bewerten. Zur Gewinnung dieser Daten werden dabei unter anderem folgende Prüfmethoden beziehungsweise Tribometer eingesetzt:

• Das Block-on-Ring-Tribometer: Das tribologische Prüfverfahren mit dem „Block-on-Ring-Tribometer" dient zur Untersuchung von Reibung und Verschleiß zwischen zwei Oberflächen. Dabei wird – unter vorab definierten Kontaktbedingungen – ein Blockmaterial gegen einen Ring aus einem anderen Material gerieben. Zur Anwendung kommen zum Beispiel Metalle, Polymere, Keramiken oder auch Verbundwerkstoffe.
  Die charakteristischen Merkmale sind:
  • Reibungskoeffizient,
  • Verschleißrate,
  • Schmierverhalten und
  • Temperaturanstieg.
  Das Block-on-Ring-Tribometer ermöglicht dabei auch die Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren – wie zum Beispiel Temperatur, Feuchtigkeit, Belastungszustände und Oberflächenrauheit – auf das tribologische Verhalten. Zusätzlich können die Prüfungen auch in bestimmten „Medien” – wie zum Beispiel Wasser – durchgeführt werden.
  
  
• Das SRV-Tribometer: Das Schwingungs-Reibungs-Verschleiß-Tribometer" besteht aus einer Plattform (auf die das zu prüfende Material gespannt wird) und einer Oszillationseinheit (meist mit einer Kugel aus Stahl). Die Prüfkörper werden üblicherweise parallel zueinander positioniert und unter bestimmten Belastungsparametern – Kraft, Druck und Geschwindigkeit – untersucht. Dabei werden Reibungskoeffizienten, Verschleißraten sowie Schwingungsamplituden und -frequenzen erfasst.

• Das Kugel-Prisma-Tribometer: Das Kugel-Prisma-Tribometer funktioniert durch die Erzeugung eines Kugel-Prisma-Kontakts, bei dem die Kugel – durch einen Antrieb kontrolliert – auf dem Prisma rotiert. Dabei übt das Prisma eine Gegenkraft auf die rotierende Kugel aus.

• Das Stift-auf-Scheibe-Tribometer: Hierbei wird ein Stift gegen eine rotierende Scheibe gedrückt, wodurch ein definierter Kontakt zwischen den beiden Oberflächen hergestellt wird. Durch Veränderung der Kontaktkraft werden dabei unterschiedliche Belastungsbedingungen und durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit unterschiedliche Reibungsbedingungen simuliert.

• Das Stift-auf-Platte-Tribometer: Hierbei wird ein Stift in einer bestimmten, kontrollierten Art und Weise über eine feste Platte geschoben. Die Bewegung wird entweder in einer geraden Linie oder kreisförmig ausgeführt.

• Das Thrust-Washer (Druckscheiben)-Tribometer: Bei dieser Prüfmethode wird eine Druckscheibe gegenüber einer rotierenden Oberfläche platziert und axial belastet. Mit dieser Methode werden speziell die Belastungsbedingungen im Axiallager simuliert.

Ein Kunststoffmaterialentwickler, der alle Prüfmethoden kennt und anbietet, hat den Vorteil, umfassende, belastbare Daten zu erhalten, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Kunststoffmaterialien beziehungsweise Compounds in verschiedenen Anwendungen besser zu beurteilen und vor allem zu optimieren.

Tribologische Prüfmethoden und Big Data sind gut. Präzise Dateninterpretation ist besser.

Vor allem die Erfahrung des Materialentwicklers trägt dazu bei, die tribologischen Prüfungen effizient und effektiv durchzuführen, Ergebnisse optimal zu interpretieren und sie in den relevanten Kontext einzuordnen. Durch die Kombination von Fachwissen und praktischer Erfahrung trägt er mit seiner Expertise maßgeblich dazu bei, hochwertige Compounds mit optimierten tribologischen Eigenschaften zu entwickeln. Von entscheidender Bedeutung ist dabei vor allem die Dateninterpretation. Sie erfordert ein tiefes Verständnis der tribologischen Mechanismen und Zusammenhänge. Nur so lassen sich sinnvolle Schlussfolgerungen ziehen.

Auch von Vorteil für kunststoffverarbeitende Unternehmen: Die Erfahrung des Materialentwicklers in puncto Prüfmethode.

Zu den weiteren Aspekten – auf die sich gerade die Erfahrung des Materialentwicklers in hohem Maße auswirkt – zählen:

• Die Auswahl der Prüfmethode: Ein erfahrener Materialentwickler kann die am besten geeignete tribologische Prüfmethode für spezifische Anwendungen und Ziele auswählen. Die Wahl der richtigen Methode ist entscheidend, um aussagekräftige und relevante Ergebnisse zu erzielen.
• Die Ausgestaltung der Prüfbedingungen: Die Erfahrung hilft dabei, die optimalen Prüfbedingungen in puncto Lasten, Geschwindigkeiten, Temperaturen und Umgebungsbedingungen festzulegen. Dies ermöglicht realistische Simulationen der tatsächlichen Anwendungsbedingungen.
• Die Vorbereitung der Proben: Die Vorbereitung der Proben für die tribologische Prüfung erfordert ein hohes Maß an Sorgfalt und Erfahrung, um sicherzustellen, dass die Proben repräsentativ und gut vorbereitet sind.
• Die Vermeidung von Fehlern: Erfahrene Materialentwickler haben bereits eine Vielzahl von Herausforderungen und möglichen Fehlerquellen bei tribologischen Prüfmethoden erlebt. Dadurch können sie etwaige Fehler vermeiden und die Prüfungen effizienter durchführen.
• Der Umgang mit Problemen: Gerade wenn unerwartete Ergebnisse auftreten oder Schwierigkeiten bei der Prüfung auftreten, kann ein erfahrener Materialentwickler kreativ und effektiv Lösungen finden und so Testverfahren und Materialien optimieren.
• Das Betrachten in Zusammenhängen. Die Erfahrung versetzt den Materialentwickler in die Lage, tribologische Ergebnisse in den größeren Kontext der Anwendung und der Kundenanforderung zu stellen. Dies trägt entscheidend dazu bei, das Ergebnisse praktisch anwendbar und relevant sind.
• Das Freisetzen von Innovationspotential: Erfahrene Materialentwickler können ihre Expertise nutzen, um innovative Ansätze zu entwickeln und neue tribologische Lösungen zu erforschen.

Fazit: Tribologische Prüfmethoden und feinfühlige Materialentwicklung sind wie Ying und Jang.

Aus der engen Verzahnung/dem synergetischen Zusammenspiel von Prüfmethode und Materialentwicklung eröffnen sich für ein kunststoffverarbeitendes Unternehmen zahlreiche Optimierungspotentiale. Diese finden sich in den unterschiedlichsten Themenbereiche wie zum Beispiel: a) Optimierung von Materialien und Schmiermitteln, b) Verbesserung der Produktlebensdauer, c) Kostenreduktion, d) Qualitätssicherung oder auch der Schaffung von eindeutigen Wettbewerbsvorteilen. Die Voraussetzung dafür ist ein Materialentwickler, der Materialprüfung und Materialentwicklung als sich ergänzende Elemente unter einem Dach vereint. Kurz: Ein Materialentwickler wie LEHVOSS.

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