Reibung führt zu unerwünschter Erwärmung von Bauteilen, erhöhtem Energiebedarf sowie zu Verschleiß bis hin zum Versagen. Auch im Weltraum beeinträchtigt dies die Funktionstauglichkeit und -sicherheit von beweglichen Bauteilen, für die herkömmliche, im Vakuum verdampfende Schmierstoffe nicht geeignet sind. Deswegen wurde die reibungsreduzierende Beschichtung DICRONITE® DL-5 entwickelt. Dabei handelt es sich um eine universell einsetzbare, fest mit der Oberfläche verbundene Gleitbeschichtung mit bisher unerreicht niedrigem Reibungskoeffizienten von µ = 0,03 ­ weniger als halb so groß wie der von Graphit (µ = 0,073). Beschichtet wurden z. B. Titanschrauben für Satelliten, Kugellager und Führungen in Raumfahrzeugen oder Planetengewindespindeln für den Bau der Internationalen Raumstation.

Der mit dem DICRONITE®Verfahren erzeugte Trockenschmierfilm ist gleichmäßig etwa 0,5 µm dick und kann auf allen metallischen Untergründen aufgebracht werden. Er verhindert den direkten Kontakt metallischer Oberflächen und wirkt wie ein Ölfilm. Beim Beschichtungsprozess wird die vorbehandelte Oberfläche mit einem speziell modifizierten Wolfram-Disulfid beschossen, das damit in die Gitterstruktur implantiert wird. Dabei kommt es zu molekularen Bindungen, aus denen die hohe Haftung in der Oberfläche resultiert. Die Beschichtung wird Teil der Bauteiloberfläche und kann nur zusammen mit Teilen des Trägermaterials wieder entfernt werden.

Nicht nur für Raumfahrtanwendungen sind die reibungsarme Kraftübertragung, die Kontaminationsfreiheit und der weite Einsatztemperaturbereich der Trockenschmierschicht von -188°C bis +538°C interessant. Auch die besten Teams in der Formel 1 und einige der Verfolger setzen auf den geringen Reibungskoeffizienten von DICRONITE® DL-5, um Höchstleistungsaggregate vor zu großem Verschleiß zu schützen. Die Kunststoffverarbeitung profitiert in Form von reduzierten Zykluszeiten und verbesserter Qualität. In feinwerktechnischen Anwendungen können Antriebskräfte minimiert und selbst bei reibkritischen Materialien wie Edelstahl, Titan oder Aluminium Kaltverschweißung und Fressen verhindert werden. Bewegte Teile in der Vakuumtechnik können leichter laufen, ohne dass eine zusätzliche Kontamination stattfindet.

Konkrete Beispiele für einen erfolgreichen Technologietransfer hinsichtlich einzelner beschichteter Komponenten sind Lager eines WindkanalModellträgers, Schrauben eines im Vakuum eingesetzten Monochromators oder Antriebsritzel für Fördersysteme in der Automobilfertigung.

Lagerschmierung im Windkanal

Die in Köln ansässige ETW European Transonic Windtunnel GmbH hat einen beweglichen Modellträger für Windkanalversuche entwickelt. Zwei dieser Stahlkonstruktionen sind verfügbar, wodurch parallel zum Test eines Flugzeugmodells ein weiteres nebst Test-Instrumentierung schon präpariert werden kann. Zylinderrollenlager mit 30 und 40 cm Außendurchmesser ermöglichen den Transport des samt Modell knapp 20 Tonnen schweren Modellträgers zwischen den verschiedenen Sektionen innerhalb des Testgebäudes. Diese sehr teuren Lager mussten bisher etwa jährlich ausgebaut und nach Japan geschickt werden, wo sie mit Trockenschmierstoff beschichtet wurden, da für Temperaturen im Windkanal von bis herab zu -150°C eine Fettschmierung nicht mehr in Frage kommt. Aufwand und Kosten der regelmäßigen Neubeschichtung konnten durch den Einsatz des DICRONITE®-Verfahrens beträchtlich reduziert werden. Zusätzlich wird erwartet, dass die Wartungsintervalle der Lager verlängert werden können.

Schrauben und Spindeln im Synchrotron

Da die Trockenschmierschicht Ultra-Hoch-Vakuum-tauglich ist, können damit beschichtete mechanische Teile wie Gewindespindeln oder Schrauben auch im Berliner Elektronenspeicherring für Synchrotronstrahlung BESSY eingesetzt werden. Die Schrauben und Spindeln finden z. B. Verwendung in einem Monochromator der Firma FMB Feinwerk- und Meßtechnik GmbH. Dabei handelt es sich um ein optisches Gerät zum Herausfiltern einzelner für das jeweilige Experiment gewünschter Wellenlängen aus der die gesamte Bandbreite vom Infrarot bis zur harten Röntgenstrahlung umfassenden Synchrotronstrahlung. Die DICRONITE®-Beschichtung der Komponenten ist deshalb wichtig, weil es andernfalls bei Reibung oder Druckkontakt im Ultra-Hoch-Vakuum zu Kaltverschweißungen und Oberflächenschäden durch sog. Fressen kommen würde. Außerdem können die Schrauben inzwischen auch mehrfach verwendet werden, was mit der bisherigen Silberbeschichtung nicht möglich war.

Abb.: Blick in die Testsektion im Windkanal. Die Modelle werden an einer schweren Stahlkonstruktion befestigt, die von Zylinderrollenlagern gestützt und von Kegelrollenlagern geführt wird.

Neue Maßstäbe bei der Planung und im Bau von Sondermaschinen für die Automobilindustrie zu setzen, darum geht es der AuE Automationsund Einstelltechnik Kassel GmbH, deren traditionelles Geschäftsfeld die Verkettung ist. Verkettungstechnik wird benötigt, um in der Fertigung einen geregelten Materialfluss zu den Bearbeitungsmaschinen durch Zuordnung von speziellen Bereitstellungssystemen wie Förderbänder, Förderfahrzeuge oder Linearportale sicherzustellen.

In einer Bearbeitungslinie für Kurbelwellen werden die Werkstücke aus einem zentralen Regal geholt, zu den Bearbeitungsmaschinen gebracht, dort wieder entnommen und den weiteren Fertigungsschritten zugeführt. Das Herzstück der Bearbeitungslinie ist das Linearportal, das für den Transport der Werkstücke zuständig ist. Teil des Linearportals wiederum ist der Laufwagen mit Hubsäulen und Greifern. Die Werkstücke werden von einem Greifer unterhalb einer Hubsäule aufgenommen und zum nächsten Ablageort transportiert. Der Laufwagen kann horizontal in zwei Richtungen und die Hubsäule von oben nach unten entlang von Zahnstangen verfahren werden. Die Zahnräder (Ritzel) aller Antriebe sind mit DICRONITE® beschichtet. Dies ersetzt eine Fettschmierung, was die Wartung vereinfacht, die Betriebskosten reduziert und nicht zuletzt auch der Umwelt bzw. dem Arbeitsumfeld zugute kommt.