Dr. Andreas Kailer

In den Bereichen Chemie- und Anlagentechnik (Kraftwerke, Industrie, Gebäude) werden verbreitet Pumpen eingesetzt. Für die dort benötigten mediengeschmierten Gleitlager wird nach Lösungen gesucht, die standardmäßig wolfram-, nickel- und cobalthaltigen Hartmetall­komponenten und -schichten zu ersetzen. In einer vom Land Baden-Württemberg geförderten Zusammenarbeit des Fraunhofer IWM mit dem Institut für Fertigungstechnik keramischer Bauteile IFKB der Universität Stuttgart sowie dem Kompetenzzentrum für Spanende Fertigung KSF der Hochschule Furtwangen wurden keramische Schichten entwickelt, mit denen die heute üblichen wolfram-, nickel- und cobalthaltigen Hartmetalle substituiert werden können.

Am IFKB wurde mit dem Hochgeschwindigkeits-Suspensionsflammspritzen ein Verfahren entwickelt, mit dem keramische Schichten mit hoher Qualität auf metallische Grundkörper aufgebracht werden können (vgl. Abbildung). Damit ist es möglich, Lagerhülsen mit verschiedenen, mehrphasigen Keramiken zu beschichten. Eine weitere fertigungstechnische Herausforderung war die geforderte hohe Maßhaltigkeit der Keramikschichten sowie die gute Oberflächenqualität. Hierzu wurden am KSF für die verschiedenen keramischen Schichtsysteme Bearbeitungsverfahren entwickelt.

Mit tribologischen Bauteilprüfungen wurde gezeigt, dass die keramischen Lagerhülsen hinsichtlich Reibung und Verschleiß mit Hartmetallen vergleichbar oder sogar besser sind. Hierbei zeigte sich gerade im vollständig keramischen System mit einer Gleitpaarung aus einer beschichteten Wellenhülse und einer vollkeramischen Lagerbuchse das vorteilhafte Verhalten im Vergleich zum Referenzzustand: Da die keramischen Oberflächen (im Gegensatz zu Hartmetall) im Gleitkontakt in wässrigen Medien eingeglättet werden, wird ein vorteilhaftes Verhalten mit insgesamt geringem Verschleiß und geringer Reibung erreicht. Auch im Dauerversuch, in einer vom Industriebegleiter HERMETIC-Pumpen GmbH zur Verfügung gestellten Pumpe, erwiesen sich die keramikbeschichteten Lagerhülsen als sehr stabil: Selbst nach jeweils 2.000 An- und Abfahrzyklen, bei denen in der Pumpe die größten tribologischen Beanspruchungen auftreten, wurden auf den Wellenhülsen keinerlei kritische Veränderungen der Beschichtungen festgestellt. Damit ist der Funktionsnachweis dieser Schichten erbracht und es wurde gezeigt, dass diese Schichten tatsächlich Hartmetallschichten ersetzen können.

Gemeinsam mit den Industriebegleitern wurden Möglichkeiten für einen Transfer in Pumpenanwendungen diskutiert. Bei einem solchen Transfer entscheiden neben technischen Vorteilen auch die wirtschaftlichen Aspekte. Vielversprechende Ansatzpunkte hierzu sind jedoch vorhanden.

Die geförderten Partner bedanken sich beim Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg für die finanzielle Unterstützung und interessierte Betreuung des Projekts, sowie bei den Vertretern der Firmen obz innovation gmbh, Voith Turbo, Voith Hydro GmbH & Co. KG, HERMETIC-Pumpen GmbH und ELBE Schleiftechnik GmbH für die intensive Begleitung und Unterstützung des Projekts.

nach oben