Vergleichende Untersuchung gängiger Schmierstoffe durch CSEM / Neuchâtel

Im Auftrag der Fa. Steinmeyer und gefördert im Rahmen eines EUREKA-Projektes durch die schweizerische KTI wurde am Tribologielabor der CSEM (Centre Suisse d'Electronique et Microtechnique) in Neuchâtel eine vergleichende Untersuchung einiger für Kugelgewindetriebe eingesetzter Schmierstoffe gemacht. Dabei wurde Wert gelegt auf eine möglichst genaue Abbildung der spezifischen tribologischen Bedingungen, wie sie im Kugelgewindetrieb herrschen.

Der Test wurde mit einem Pin-on-Disc-Tribometer durchgeführt, wobei die Spitze des Stiftes durch eine handelsübliche Lagerkugel aus 100Cr6 ersetzt wurde, während die Scheibe, ebenfalls aus 100Cr6, mit den beim Schleifen von Kugelmuttern üblichen Verfahren angefertigt wurde. Die Scheibe bildete somit so genau wie möglich die Laufbahn einer Kugelmutter ab.

Flächenpressung und Relativgeschwindigkeiten wurden so gewählt, dass in einer Versuchsreihe ein langsam laufender Kugelgewindetrieb, in einer zweiten Reihe aber ein schnell laufender Kugelgewindetrieb simuliert wurde. Achtung: Da es sich beim Pin-on-Disc-Tribometer um eine reine Gleitbewegung handelt, wurde die Geschwindigkeit so gewählt, dass sie in etwa der Relativbewegung der Kugeloberfläche in der Laufbahn eines Kugelgewindetriebs entspricht, die sich dort durch den unvermeidlichen Zwangsschlupf ergibt. Die Testbedingungen entsprechen den tribologischen Vorgängen, wie sie bei einem Kugelgewindetrieb mittlerer Größe bei ca. 50 U/min herrschen (0,04 cm/s Relativgeschwindigkeit), bzw. bei über 1000 U/min (32cm/s).

Zusammenfassend ergab sich, daß die Reibkoeffizienten sich nicht wesentlich unterscheiden, und dass ein niedriger Reibkoeffizient keinesfalls auf einen geringen Verschleiß schließen läßt!

Die Verschleißraten zeigen, dass einige Fette durchaus als "Universalschmiermittel" gelten können, da sie bei beiden Geschwindigkeiten relativ niedrige Verschleißraten aufweisen.

Bei hoher Geschwindigkeit bildete sich bei den beiden getesteten Ölen erwartungsgemäß ein elasto-hydrodynamischer Schmierfilm aus, was aus der extrem niedrigen Verschleißrate hervorgeht.

Ein reines Mineralöl ohne verschleißmindernde Additive (Vactra 4) zeigte bei niedriger Geschwindigkeit eine extrem hohe Verschleißrate. Dies rührt daher, dass es mangels geeigneter Additive nicht in der Lage ist, bei unzureichender Geschwindigkeit einen Schmierfilm zu erhalten. Es wird durch die hohe Flächenpressung, die für Kugelgewindetriebe charakteristisch ist, aus dem Schmierspalt gedrückt.

Ein mit entsprechenden Additiven versehenes Öl, dessen Kohlenwasserstoffmoleküle chemisch oder physikalisch an die Metalloberflächen der Reibpartner gebunden werden (EP Additive), zeigt ein wesentlich besseres Verhalten im Grenzreibungsbereich.

Außer bei einem Schwerlastfett (Staburags NBU 12/300KP), dessen Schmierfilm bei hoher Geschwindigkeit erwartungsgemäß abriss, kam es bei den Fetten zu keinem Versagen der Schmierung. Allerdings konnte auch nachgewiesen werden, dass Fette keinen echten EHD-Schmierfilm ausbilden, wodurch die Verschleißrate bei höherer Geschwindigkeit immer größer ist als bei EHD-Schmierung mit Öl.