Schmierung

Dieser Artikel liefert unter anderem Antworten auf die folgenden Fragen:

  • Weshalb werden Zahnräder aus Stahl häufig randschichtgehärtet?
  • Welche Arten von Schmierstoffen werden häufig verwendet?
  • Weshalb müssen Schmierstoffe regelmäßig erneuert werden?
  • Auf welche Weise kann eine permanente Schmierwirkung erzielt werden?

Einleitung

Zahnräder von Getrieben unterliegen aufgrund von Gleitvorgängen an den Flanken dem Verschleiß. Deshalb müssen die Zähne im Allgemeinen eine harte und damit verschleißfeste Oberfläche aufweisen. Hierzu muss die Oberfläche unter Umständen gezielt beeinflusst werden. Bei Zahnräder aus Stahl kann eine harte und verschleißfeste Zahnflanke zum Beispiel durch Oberflächenhärten (Randschichthärten) mittels Induktionshärten oder Einsatzhärten erzielt werden.

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Abbildung: Randschichtgehärtetes Zahnrad

Eine weitere Möglichkeit zur Reduktion des Verschleißes ist das Aufdampfen spezieller Schichten auf die Oberfläche des Zahnrades. So können bestimmte Stähle (Nitrierstähle) zum Beispiel durch das Behandeln mit Stickstoff eine harte und verschleißfeste Nitridschicht an der Oberfläche bilden (Nitrierhärten genannt). Häufig sind Schnecken eines Schneckengetriebes aus Nitrierstahl gefertigt.

Solche Oberflächenbehandlungen sind allerdings nicht für jeden Zahnradwerkstoff geeignet (z.B. Zahnräder aus Kunststoff) bzw. wirtschaftlich sinnvoll oder sie reichen alleine nicht aus, um den Verschleiß auf das gewünschte Maß zu reduzieren. In der Regel müssen Zahnradgetriebe deshalb zusätzlich geschmiert werden, um die Verschleißerscheinungen an den Zähnen so gering wie möglich zu halten. Die nachfolgend vorgestellten Maßnahmen zur Minderung des Verschleißes nehmen in ihrer Wirkung jeweils zu.

Arten von Schmierstoffen

Bei der sogenannten Trockenschmierung werden nicht-flüssige Schmierstoffe wie zum Beispiel Graphit verwendet. Die Minderung des Verschleißes ist im Allgemeinen effektiver als die bloße Oberflächenbehandlung.

Bei der Trockenschmierung berühren sich die kraftübertragenden Elemente über reibungsmindernde Feststoffe!

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Abbildung: Trockenschmierung mittels Graphit

Im Vergleich zur Trockenschmierung kann durch Verwendung von flüssigen Schmierstoffen (Schmieröle) oder pastenartige Schmiermittel (Schmierfette) der Verschleiß an den Zahnflanken nochmals deutlich reduziert werden (Flüssigkeitsschmierung).

Bei der Flüssigkeitsschmierung berühren sich die kraftübertragenden Elemente über einen reibungsmindernden Flüssigkeitsfilm!

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Abbildung: Flüssigkeitsschmierung mittels Öl

Lässt der Flüssigkeitsfilm dabei keinerlei Berührpunkte zwischen den Festkörpern zu, so liegt eine reine Flüssigkeitsreibung vor. Voraussetzung hierfür ist, dass das Schmiermittel unter hohem Druck steht, um die nötigen Kräfte für das Auseinanderhalten der Festkörper aufbringen zu können. Der Verschleiß für eine reine Flüssigkeitsreibung ist praktisch null. In der Regel haben die Zahnflanken allerdings noch direkten Kontakt miteinander. Man spricht dann von einer Mischreibung zwischen Flüssigkeitsreibung und Festkörperreibung.

Wartung

Die bei einer Flüssigkeitsschmierung verwendeten Schmieröle bzw. Schmierfette unterliegen im Allgemeinen Alterungserscheinungen. Schmutzpartikel oder Abrieb von den reibenden Kontaktstellen werden über die Zeit in die Öle oder Fette eingetragen. Aus diesem Grund müssen Schmieröle und Schmierfette regelmäßig erneuert bzw. nachgefüllt werden. Dies ist auch Anlass für den regelmäßigen Ölwechsel bei Autos.

Schmierstoffe unterliegen Alterungserscheinungen und müssen regelmäßig überprüft und ggf. erneuert werden!

Gewährleistung der Schmierwirkung

Während Schmierfette aufgrund ihres zähflüssigen Verhaltens an den zu schmierenden Bauteilen haften, werden sich die flüssigen Schmieröle allerdings mit der Zeit von den Zahnrädern absetzen. Um dennoch eine permanente Schmierung zu gewährleisten genügt es bspw. wenn eines der Zahnräder in ein Ölbad eintaucht und durch Planscheffekte das Schmieröl im gesamten Getrieberaum verteilt. Durch den Widerstand beim Eintauchen in die Ölwanne entstehen allerdings zusätzlich Wirkungsgradverluste.

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Abbildung: Getriebegehäuse mit Ölwanne

Dieses Prinzip des Eintauchens kann allerdings nur in geschlossenen Getrieben zur Anwendung kommen, bei denen das Gehäuse entsprechend abgedichtet ist. Bei technischen Geräten, die in unterschiedlichen Positionen genutzt werden (wie bspw. ein Abbruchhammer), muss zusätzlich sichergestellt sein, dass die Schmierung in jeder erdenklichen Position gewährleistet ist und mindestens ein Zahnrad entsprechend in das Ölbad eintaucht.

Zudem sollte bei der Konstruktion von geschlossenen Getrieben darauf geachtet werden, dass ein späterer Ölwechsel bzw. das Befüllen von neuem Öl problemlos möglich ist, ohne das Getriebe komplett zerlegen zu müssen. Aus diesem Grund ist bei solchen Getrieben häufig eine Ölablassschraube angebracht, die einen unkomplizierten Ölwechsel ermöglicht, ohne dabei das Getriebegehäuse auseinander bauen zu müssen.

Zudem muss beachtet werden, dass sich das Getriebe im Betrieb erwärmt. Dies führt zu einem Überdruck im abgedichteten Gehäuse. Ein zu starker Druck kann unter Umständen dazu führen, dass des Getriebeöl trotz Dichtungen aus dem Gehäuse gedrückt wird. Aus diesem Grund werden Getriebe, die einer starken Erwärmung ausgesetzt sind, mit einem Entlüftungsventil ausgestattet, über das der Überdruck abgebaut werden kann.

Um sicherzustellen, dass immer genügend Öl im Getriebegehäuse vorhanden ist, ist dieses häufig mit einer Füllstandsanzeige versehen. Diese muss in regelmäßigen Abständen kontrolliert und gegebenenfalls Öl nachgefüllt werden. Die untere Abbildung zeigt die Ölstandanzeige eines Abbruchhammers. In diesem Fall dient die Ölanzeige gleichzeitig als Ölablassschraube über die auch das Öl direkt nachgefüllt wird.

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Abbildung: Ölstandanzeige eines Abbruchhammers