Laserstrukturieren senkt Reibung hoch belasteter Serienteile

Die physikalischen Mechanismen, die die Verringerung von Reibungseffekten hervorrufen und somit Verschleißreduzierung ermöglichen, sind vielfältig und werden je nach Belastungskonstellation mehr oder weniger stark durch gezielte Strukturierung adressiert. Nachfolgend werden die wesentlichen Mechanismen aufgezeigt:

• Die Verringerung von abrasivem Verschleiß kann durch Verringerung des Traganteils der beanspruchten Fläche erreicht werden. Hintergrund dieser Annahme ist eine Theorie, nach der die Bildung einer verschleißarmen Schicht auf der Oberfläche hoch beanspruchter Bauteile von der Kombination der Beanspruchungsparameter bestimmt wird.

• Die Kinetik der umgebenden Medien lässt sich so beeinflussen, dass durch das Medium applizierte Lasten optimiert auf der beanspruchten Oberfläche verteilt werden. Dieser Effekt kommt verstärkt in Systemen mit flüssigen Medien zum Tragen, zum Beispiel bei Hydraulikapparaten und geschmierten Motorkomponenten.

• Es hat sich bei einigen Anwendungen gezeigt, dass Mikrostrukturen als sogenannte „debris trap“ fungieren können. Fragmente, die durch Verschleiß entstehen, können unter dem hohen Druck während des Betriebs die belastete Oberfläche (etwa Lagerfläche) schädigen. Dies führt gerade bei zeitlich starker Beanspruchung zu hohem Verschleiß. Mikrostrukturen sind in der Lage, diese Fragmente aufzunehmen und so aus dem tribologischen System zu entfernen. Dieser Effekt führt in geschmierten Systemen zu enormen Verbesserungen.

Entsprechend den einzelnen Modellen beeinflusst die Mikrostrukturauslegung die Veränderung des tribologischen Verhaltens einer Kontaktfläche. Positive wie auch negative Beeinflussung sind möglich. Daher müssen tribologisch wirksame Strukturen gemäß dem jeweiligen Anforderungsprofil ausgelegt werden. Der Vorteil des Laserverfahrens ist vor allem die sehr hohe Flexibilität. Im Gegensatz zu alternativen Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen bietet das Laserstrukturieren die Möglichkeit, komplexe Strukturen wiederholbar zu fertigen.

Entsprechende Anlagentechnik verbunden mit geeigneter Softwareumgebung ermöglicht, die Vorteile der Laserstrukturierung auf dreidimensionale Freiformoberflächen zu übertragen. In vielen Anwendungsfällen ist eine wirtschaftlich vertretbare Verfahrensintegration in bestehende Fertigungsprozesse möglich. Dies wird vor allem aufgrund der stetigen Weiterentwicklung der Lasersysteme und der notwendigen optischen Komponenten gewährleistet.