Wer sich mit großen oder kleinen Maschinen beschäftigt, wird früher oder später dem Begriff „Tribologie“ begegnen. Welche Wissenschaft sich genau dahinter verbirgt und wie tribologische Ansätze den Alltag in Industrie und Maschinenbau beeinflussen, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Was heißt „tribologisch“? – Eine Definition
Bei der Tribologie handelt es sich um die Reibungslehre – die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit Reibung und damit einhergehenden Phänomenen wie Verschleiß oder Schmierung von Lagern, Führungen, Getrieben, Motoren und anderen Maschinenelementen. Tribologisch ist gemäß dieser Definition also alles, was im Rahmen dieser Lehre betrachtet wird. Die Tribologie wird dabei interdisziplinär von den Fachbereichen Physik, Chemie, Maschinenbau und Werkstoffwissenschaft untersucht. Da die äußere Reibung zwischen zwei Körpern nie von einem Gegenstand alleine erzeugt werden kann, spricht man auch von „tribologischen Systemen“.
Beispiele für tribologische Reibung
Neben eher theoretischen Versuchen und Untersuchungen spielt Reibung im Sinne der Tribologie auch im „echten Leben“ eine große Rolle – oftmals unbemerkt vom Nutzer der entsprechenden Teile. Ob große Maschinen in der Industrie und Fabriken oder Bauteile für den alltäglichen Gebrauch: Tribologische Fragestellungen lassen sich in vielen praktischen Anwendungsbereichen finden.
Beispiel 1: Reibung zwischen Bauteilen
Bremsbeläge und Kupplungsbeläge in Fahrzeugen wie Autos sind permanent mechanischer Reibung ausgesetzt – denn nur so können sie ihre Aufgaben erfüllen. Hier hilft die Tribologie dabei, einen Kompromiss zwischen maximaler Bremswirkung und minimalem Verschleiß zu finden. Spezielle Materialien wie beispielsweise Metallsulfide sorgen dafür, dass hohe Temperaturen bei Belastung vermieden und Verschleißerscheinungen so gering wie möglich gehalten werden. Auch die Vermeidung von unerwünschten Vibrationen und Geräuschen, die durch die Reibung entstehen können, lässt sich mithilfe tribologischer Erkenntnisse angehen.
Beispiel 2: Reibung zwischen Werkzeug und Span
Reibung im tribologischen Sinne ist ebenfalls nicht wegzudenken, wenn es um die Bearbeitung von Werkstücken geht. Gerade wenn besonders feste Materialien bearbeitet werden müssen, spielt der Verschleiß der Werkzeuge eine nicht zu unterschätzende Rolle. Dabei geht es vor allem um die spanenden Fertigungsverfahren, die innerhalb eines tribologischen Systems stattfinden, wie beispielsweise:
- Drehen
- Bohren
- Fräsen
- Hobeln
- Sägen
- Feilen
- Schleifen
Hier werden oftmals nicht nur am Werkstück gewünschte Teile abgetragen. Auch die Werkzeuge verlieren laufend an Substanz durch die entstehende Reibung, der dadurch auftretenden Schleifpartikel. Der Abrasionsgrad hängt von der Härte des Werkmaterials ab.
Beispiel 3: Biotribologie
Einen anderen Schwerpunkt legt die sogenannte Biotribologie. Sie befasst sich insbesondere mit Reibungsphänomenen in einem biologischen, natürlichen System – zum Beispiel im menschlichen Körper. So sucht die Biotribologie unter anderem nach Möglichkeiten, künstliche Gelenke komfortabler zu machen. Bei Hüftgelenken wird beispielsweise oftmals auf Titan zurückgegriffen, das als besonders verträglich für den menschlichen Körper gilt. Die Reibung, die zwischen Hüftpfanne und Hüftkopf entsteht, muss dabei möglichst minimiert werden, um einen hohen Tragekomfort zu gewährleisten. Hier kommt die Biotribologie ins Spiel, die passende Schmiermittel, Beschichtungen und ähnliches untersucht, um die beste Lösung zu finden.
Tribologie und Nachhaltigkeit
Gerade bei der Reibung im klassischen Maschinenbau und in der Industrie allgemein entdecken Wissenschaftler und Ingenieure immer mehr Potenzial. Denn durch die richtigen Rückschlüsse wie den Einsatz passender Schmierstoffe lassen sich nicht nur Qualität und Lebensdauer der verschiedenen Bauteile steigern. Werden Reibung und Verschleiß optimiert, profitiert auch die Umwelt davon. In einer Studie aus dem Jahr 2017 wurden erhebliche Effekte der Tribologie auf den weltweiten Energieverbrauch festgestellt. Demnach sind knapp 23 % des globalen Energieverbrauchs auf tribologische Kontakte zurückzuführen. Mit den richtigen tribologischen Technologien könnte der Energieverlust durch Reibung und Verschleiß langfristig um bis zu 40 % reduziert werden – besonders in den Bereichen Transport und Energiegewinnung.
Wer intensiv in die Materie der Tribologie eintaucht, kann also nicht nur Geld sparen und für zufriedenere Kunden sorgen, sondern auch einen echten Effekt auf unsere Zukunft erzielen.
Tribologie: Ein oftmals unterschätztes Fachgebiet
Am Ende ist jede mechanische Reibung tribologisch per Definition. Die Auseinandersetzung mit der Tribologie birgt jedoch viele Möglichkeiten. Wer sich mit den Phänomenen rund um die Reibung auskennt, kann bessere Materialentscheidungen oder Kaufentscheidungen treffen, bei der Produktentwicklung bisher ungenutzte Potenziale ausschöpfen und sogar seinen Beitrag für ein nachhaltiges Miteinander leisten.
