Eigenschaften und Vorteile der MoS2-Schmierung

Die zunehmende Bedeutung der Hochdruckschmierung ist durch die gesteigerten Ansprüche, die auf allen Gebieten des Maschinenbaues gestellt werden, gegeben. Im Bereich der Misch- und der Grenzreibung ist auf Festschmierstoffe, und insbesondere auf Molybdändisulfid (MoS2) auch heute nicht zu verzichten.

Das Molybdändisulfid gehört in die Gruppe der festen Schmierstoffe, die auf Grund ihres kristallischen Aufbaues solche Eigenschaften in sich vereinen, die sie dazu befähigt, ohne Veränderungen der metallischen Oberfläche eine Schmierwirkung zu entfalten.

Wirkungsweise der chemisch, wirkenden Zusätze

Die Wirkungsweise der chemisch wirkenden Hochdruckschmiermittel beruht im allgemeinen darauf, dass durch chemische Umsetzung an der Oberflächen Grenzschichten nicht - metallischer Zwischenfilme hergestellt werden, die den direkten Metall- an Metall- Kontakt und dadurch das Verschweißen und Festfressen verhindern. Diese Zwischenfilme werden durch chemische Umsetzung erzeugt, indem den Schmiermitteln solche Stoffe zugesetzt werden, die mit dem Oberflächenmaterial chemisch reagieren. Solche Stoffe werden als Hochdruckadditive und die so hergestellten Schmiermittel als Hochdruck - Schmiermittel (EP - Extrem Pressure Lubricants) bezeichnet.

Diese chemische Umwandlungsüberzüge sind durch einen Eingriff in die äußerste Metalloberfläche entstanden, der durch aktive Molekülgruppen bedingt ist. Je nach der Natur der verwendeten Additive entstehen so Chlorid, Sulfid-, Phosphat- bzw. andere Metallsalzschichten. Die chemische Hochzüchtung der Öle findet ihre natürliche Begrenzung in der korrosiven Wirkung dieser Zusätze, denn der nicht - metallische Zwischenfilm wird durch die chemische aktive Komponente des Schmiermittels (Additive) dauernd nachgebildet. Es ist aus der Praxis bekannt, dass frisch bearbeitete, also reine Oberflächen schon bei relativ niedrigen Lagerdrücken zum Fressen und Verschweißen neigen und es ist weiterhin bekannt, dass sich bei allen Metallen durch einen Oxidfilm die Neigung zur Legierungsbildung wesentlich herabsetzt. Bei den vorgenannten chemischen Hochdrucksätzen werden analoge Zwischenschichten durch chemische Umwandlung an den Oberflächen durch Ankorrodieren gebildet. Die Aussage, dass eine Hochdruck- oder Teilschmierung ohne Beteiligung fester Schmierfilme nicht möglich ist, scheint berechtigt.

Wirkungsweise der MoS2-Schmierung

Die Schmiereigenschaften des Molybdändisulfides beruht - ähnlich der des Grafits - darauf, dass diese Stoffe auf Grund ihres Kristallgefüges befähigt sind, ohne Veränderung der metallischen Oberfläche Schmierwirkung zu entfalten. Das MoS2 gehört in die Gruppe der Schichtgitterkristalle, d. h. die Atome oder Ionen sind in Schichten angeordnet, vorwiegend in der Weise, dass die einzelnen Schichten nur aus Atomen oder Ionen gleicher Art und gleicher Ladung bestehen. Stoffe mit Schichtgitterstruktur sind gewöhnlich in einer Ebene wesentlich leichter spaltbar. Das MoS2 ist als hexagonales Schichtgitter so ausgebildet, dass einzelne Schichten nur aus Molybdänatomen und andere nur aus Schwefelatomen bestehen. Die Schwefel- an Molybdän - Bindung ist sehr stark, während die Schwefel- an Schwefel - Bindung im Vergleich dazu sehr schwach ist. Die Lamellen gleiten so übereinander wie z.B. ein Stapel Papierblätter, die übereinander gelegt sind. Diese innere Gleitfähigkeit des Materials ist von wesentlicher Bedeutung für die Schmierfähigkeit.

Gegenüber dem Grafit als Schmiermittel ist das bessere Haftvermögen des Molybdändisulfides an Metallflächen hervorzuheben. Dies ist bedingt durch die Nebenvalenzen des Schwefels, wobei hier jedoch besonders daraufhin zuweisen ist, dass es sich hierbei keineswegs etwa um freien Schwefel mit seinen bekannten unangenehmen Nebenerscheinungen handelt. Der Schwefel ist im Molybdändisulfid - Molekül so fest gebunden, dass er unter keinen Umständen frei wird, es sei denn bei der Zersetzungstemperatur, die bei vollem Luftzutritt etwa bei 450° C liegt. Ein weiterer Unterschied gegenüber dem Grafit liegt darin, dass der Grafit bei hohen Temperaturen sowie im Vakuum schmierwirksam wird. Dies ist dadurch zu erklären, dass die Bindung des Grafits auf metallischen Flächen absorptiv mit Flüssigkeitsfilmen erfolgt. Es konnte nachgewiesen werden, dass "vollkommen entgastem Grafit keine Schmierwirkung mehr zukommt. Sein Reibungskoeffizienten von etwa 0,1 steigt dann auf Werte, wie sei den Metallen eigen sind".

Temperaturbeständigkeit des MoS2

Des Molybdändisulfides ist bei vollem Luftzutritt im Bereich von -180° bis +450°C gegeben. Bei nur teilweisem Luftzutritt, wie z. B. an Schraubenverbindungen und sonstigen Bauelementen hat es sich gezeigt, dass noch bei 620°C eine ausreichende Schmierwirkung gewährleistet war. Im Vakuum liegt die Zersetzungstemperatur bei etwa 1100°C, in inerter Umgebung bei etwa 1500°C. Diese Zahlen haben Bedeutung bei der Anwendung des Molybdändisulfides in der Pulvermetallurgie.

Der Reibungskoeffizient

Von Molybdändisulfid nimmt unter Einfluss gleitender Belastung ab. Dies hängt mit dem lamellaren Aufbau der Kristalle zusammen. Es kommt in zunehmendem Maße bei steigender Druckbelastung zu einer Orientierung planparallel zur Metalloberfläche.

Eine vergleichende Betrachtung der Reibungskoeffizienten verschiedener bekannter Schmiermittel hat ergeben, dass das Molybdändisulfid den niedrigsten Reibungskoeffizienten aufweist. Der für das Trockenpulver ausgewiesener Reibungswert von 0,069 sinkt bei Drücken von 1400 kg/cm2 auf 0,03, und Untersuchungen bei ca. 3000 kg/vm2 ergaben einen Reibungswert von 0,02. Röntgenspektroskopische Untersuchungen haben bewiesen, dass der Prozentsatz der planparallel orientierten Lamellen unter gleitendem Druck zunimmt.

Wesentliche Kriterien zur Beurteilung von molybdändisulfidhaltigen Schmiermitteln sind vor allem der Reinheitsgrad, wobei auch die Art der Verunreinigungen, bedingt durch die Fundstätte, von Bedeutung ist. Je reiner die Produkte, desto geeigneter sind sie für die Zwecke der Hochdruckschmierung. Neben der Reinheit ist die Teilchengröße, und hier wieder die Art der Zerteilung, von entscheidender Bedeutung. Die Elementar -Lamellen dürfen beim Vermahlungsprozess nicht zertrümmert, sondern müssen in sich parallel zur Spaltfläche aufgestapelt werden. Die erforderliche bzw. günstigste Teilchengröße ist abhängig von der Oberflächengüte der zu behandelnden Werkstoffe. Dass Reinheitsgrad und Teilchengröße für die praktische Anwendung von entscheidender Bedeutung sind, konnte z. B. durch Untersuchungen, im Drahtzug, bewiesen werden. So wurden unter Anwendung eines nicht besonders gereinigten Handelsgrades 8 bis 10 einwandfreie Züge ohne Nachschmierung erreicht, während die Verwendung eines hochgradig gereinigten Produktes unter den gleichen Bedingungen 16 einwandfreie Züge ergab.

Die Anwendung von MoS2 - haltigen Schmiermitteln in der Praxis

Die Herstellung geeigneter MoS2-Schmierfilme kann auf verschiedenen Arten erfolgen:

Auf der vorgeschriebenen Wirkungsweise der MoS2-Schmierung ergibt sich für die praktische Anwendung die Folgerung: Je intensiver ein Molybdändisulfidfilm aufgebracht ist werden kann, desto wirksamer ist er auch.

Sind die auftretenden Beanspruchung zufolge gleitender oder rollender Reibung solcher Art, dass sich die Molybdändisulfid - Blättchen in sich selbst weiter spalten und in zunehmendem Maße planparallel zur Metallfläche orientierten können, dann liegen ideale Bedingungen in Bezug auf die Filmbildung vor und die Druckbeständigkeit solcher Filme ist praktisch unbegrenzt. Sie liegt jenseits der Fließgrenze der bekannten Werkstoffe.

Solche Bedingungen liegen z. B. im Drahtzug vor, bei der Kaltverformung, bei der Aufpressfertigung bzw. Presssitzpassung. Auch während der Einlaufperiode sind solche idealen Verhältnisse gegeben, welche die Orientierung der Blättchen weitgehend unterstützen. Diese verankern sich im besonderen an jenen Stellen, die zufolge der noch vorhandenen Unebenheiten abgeschert werden. Es bildet sich eine Zwischenschicht, die den Metall/Metall - Kontakt, also ein Fressen verhindert. Der so gebildete Film hat hier auch die Funktion , in Phasen, in denen z. B. folge einer längeren Stillstandsperiode der Ölfilm abgerissen oder weggedrückt ist, die Notlaufeigenschaften zu übernehmen.

Praktische Erprobung einer Werkzeugmaschinenfabrik haben bestätigt, dass der Kraftaufwand beim Übergang von der Ruhe in die Bewegung nach Anwendung von MoS2-Paste halb so groß war wie bei der Verwendung der üblichen vorgeschriebene Öle. Die gleichen Ergebnisse wurden bei Versuchsserien erzielt, bei denen Teller den als Hilfsmittel zur Klärung von Grenzflächenvorgängen Verwendung fanden.

Überall dort jedoch, wo während der Beanspruchung nicht solche idealen Bedingungen bezüglich der Filmbildung herrschen, muss der Film vorher durch geeignete Methoden hergestellt werden.

Mechanische Auftragung

Vor dem Aufbringen der Pulver müssen die Werkstückoberflächen sauber, fettfrei und trocken sein. Vorheriges Phosphatieren erhöht die Haftung und damit die Gebrauchsdauer der Trockenschmierfilme. In vielen Fällen, z.B. im Großmaschinenbau, genügt einfaches Einreiben der Pulver mit einem Lappen oder einem Pinsel. Dabei ist intensives Einreiben in mehreren Richtungen wesentlich wirkungsvoller als bloßes Aufstreuen, welches zu Plattierungen führen kann. Je intensiver das Einreiben erfolgt, um so besser haftet der Festschmierstoffe an der Oberfläche, gleichzeitig dringt er besser in die Rauhigkeitstäler ein.

Trommeln

Bei Kleinteilen hat sich eine Abwandlung des bekannten Trommelverfahrens gut bewährt, um einen Trockenschmierfilm auf der Oberfläche solcher Teile herzustellen. So werden z. B. in der feinmechanischen, optischen und Präzisions- - Industrie Getriebeteile, Verschlusslamellen, Zapfen und Wellen, Schrauben, Muttern, Scharnierteile, Zahnräder, Achsen, Buchsen oder Kunststoffteile in dieser Weise behandelt. Das Verfahren ist äußerst wirtschaftlich und einfach.

Die Werkstücke werden zusammen mit Trägerkörpern in einer Trommel kontinuierlich bewegt. Die Trägerkörper wurden zuvor mit dem Pulver vorgetrommelt, wobei die gesamte zugefügte Pulvermenge auf die Oberfläche der Trommelkörper übergegangen sein sollte. Dann erfolgt das eigentliche Trommeln der Werkstücke mit den Trommelkörpern, wobei sich ein etwa 1 m dicker Film auf den Werkstücken bilden sollte.

Schwabbeln

Größere Teile können durch Schwabbeln mit einem Festschmierstoff-Film versehen werden. Eine zuvor mit Pulver behandelte Schwabbelscheibe wird auf dem Werkstück mechanisch gedreht. Ggf. kann Pulver kontinuierlich nachgeführt werden.

Kathodenzerstäubung im Vakuum

Wälzlager und feinmechanische Bauteile werden sehr verschleißfest durch Kothodenzerstäubung von MoS2 im Vakuum beschichtet. Der entstehende Film ist sehr gut verankert und dadurch höchstverschleißfest. Allerdings ist das Verfahren recht aufwendig.

Auftragung mittels Sprühdose

MoS2 Pulver kann auch mittels Sprühdose aufgetragen werden.

Auftragung mittels Träger (Öle und Fette)

Unter den Trägerstoffen, deren man sich bedient, um MoS2-Filme aufzubringen, kommt dem Mineralöl eine große Bedeutung zu, vor allem deshalb, weil die meisten Maschinenteile im praktischen Betrieb ölig sind. Es ist nicht ohne weiteres möglich, Abmischungen von Molybdändisulfid in beliebigen Ölen herzustellen. Infolge des hohen spezifischen Gewichtes ist die Verwendung von Stabilisatoren erforderlich. Solche stabile pastenförmige Körper werden in die Oberflächen, die vorher gesäubert wurden, intensiv nach mehreren Richtungen eingerieben. Eine darauf folgende Einlaufphase unterstützt die Filmbildung. Alle bekannten Verfahren der Oberflächenfeinbearbeitung wie Schwabbeln, Läppen, Prägepolieren oder Hartglattwalzen sind für die Herstellung fest haftender Filme geeignet.

Eine Herstellung stabiler MoS2-Suspensionen ist möglich und derartige Öl - Molybdändisulfid - Suspensionen finden in der Praxis als Zusatz zu den üblichen Ölen Verwendung, um deren Druckaufnahmevermögen zu erhöhen. Unter Grenzreibungsbedingungen bildet sich dann eine Schicht MoS2 aus der Suspension auf der Oberfläche, die einen direkten metallischen Kontakt der Reibpartner verhindert.

In allen jenen Fällen, wo die Ölbasis unerwünscht ist, z.B.: bei der Schmierung von Kunststoffen, verwendet man synthetische Produkte als Träger, wie z.B. Glykole u.ä. solche Sondertypen werden zur Schmierung hochtemperaturbeanspruchter Aggregate wie u.a. Ofenketten verwendet. Auch Molybdändisulfid - Silikon-Kombinationen finden für solche Zwecke Verwendung.

MoS2-Fette sind für die Praxis von großer Bedeutung. In erster Linie haben sich Lithiumfette als geeignete Träger erwiesen. Der Hauptanwendungsbereich liegt auf dem Gebiet der Schmierung hochbeanspruchte Wälzlager. Das MoS2 bildet an den Oberflächen der Lager entsprechender Einlaufzeit einen festen, unzerstörbaren und druckbeständigen Film.

Der Einbau von MoS2 in die Werkstoffe

Bei Sintermetallen, im besonderen bei Sinterbronze, liegen recht positive Erfahrungen vor, wonach durch einen Zusatz etwa 4% MoS2-Pulver wesentliche Verbesserungen des Reibwertes und somit der Belastbarkeit erzielt wurden. Fertige Bauteile wie Sinterlager können in Suspensionen von kolloidalem Molybdändisulfid getränkt werden. Die Einlaufbedingungen werden durch ein zusätzliches Einstreichen der Laufflächen mit MoS2 - Pasten verbessert. Solche Sinterlager haben sich z.B. an Waschmaschinen sehr gut bewährt.

Das Einarbeiten von MoS2 in Kunststoffe

erschließt neue Möglichkeiten für deren Anwendung. Bereits ein geringer Prozentsatz setzt den Reibwert etwa auf die Hälfte herab, und zwar von 0,1 auf 0,05 und darunter. Die Beimischung ist vor allem in jenen Fällen ratsam, wo es auf den geringsten Reibungskoeffizienten ankommt. Beimischungen von Molybdändisulfid setzen vor allem den Reibungskoeffizienten der Ruhe herab, so dass der Kraftaufwand beim Anlauf - der sonst Kunststofflagern höher als man nach dem Reibungskoeffizienten der Bewegung annehmen dürfte - herabgesetzt wird. Eine Geräuschbildung bei kleinen hin- und hergehenden Bewegungen, die ebenfalls leicht bei Kunststoffen auftritt, wird durch die Beimischung von Molybdändisulfid gleichermaßen vermieden.

Kunststoffe haben bei Öl- und Wasserschmierung einen verhältnismäßig sehr niedrigen Reibungskoeffizienten und werden deshalb für Lager- und Gleitflächen benutzt. Bei trockener Reibung dagegen ist der Reibungskoeffizient von Kunststoffen außer bei Polyamiden relativ hoch. Durch Beimischung von Grafit kann man den Reibungskoeffizienten zwar herabsetzen, was jedoch einen so wesentlichen Anteil von Grafit bedingt, dass andere Eigenschaften des Kunststoffes verändert bzw. Verschlechtert werden. Setzt man dagegen Molybdändisulfid zu, so genügen geringe Mengen, um die notwendigen Gleiteigenschaften zu erzielen, ohne das Materialgefüge und die übrigen Kunststoffeigenschaften zu beeinflussen.

Exakte Versuche über den Einfluss von Gleitmittelzusätzen haben z. B. gezeigt, dass Molybdändisulfid - Zusätze erst das Gleiten auf einer glatten Stahlwelle unter gewissen Bedingungen ermöglichen. Grafit als Werkstoffzusatz wirkt sich unter den gleichen Versuchsbedingungen nicht günstig aus.

Beimischung von Molybdändisulfid setzen außerdem den Reibungskoeffizienten der Ruhe herab, so dass der Kraftbedarf beim Anlaufen, der sonst bei Kunststofflagern höher ist als man den Reibungskoeffizienten der Bewegung erwarten dürfte, herabgesetzt wird. Eine Geräuschbildung (ein leichtes Knacken) bei kleinen hin- und hergehenden Bewegung, die ebenfalls leicht bei Kunststoff eintreten, wird bei Verwendung von Polyamiden, die MoS2 inkorporiert enthalten, ebenfalls vermeiden.

Bei den Schichtkunststoffen ist die direkte Beimischung von MoS2 zum Kunststoff mit Schwierigkeiten verbunden, da sie die Spaltfestigkeit herabsetzt. Eine einwandfreie Bindung zwischen den Schichten ist in diesem Fall nicht zu erzielen. Hier ist es zweckmäßiger, die Gleitflächen mit - Pulver bzw. - Paste einzureiben, um so die gewünschten Gleiteigenschaften zu erreichen. Sehr gute Ergebnisse mit MoS2- Beimischung erhält man dagegen bei regellosen und homogenen Kunststoffen wie Typ 74 und Polyamiden.

Die Praxis hat gezeigt, dass z. B. bei Polyamiden, die sich durch hohe Abriebfestigkeit und Zähigkeit auszeichnen, der Reibungswert gegenüber Stahl durch die Beimischung von MoS2 bei Trockenlauf auf die Hälfte reduziert werden kann. Werte von 0,05 sind einwandfrei nachgewiesen. Ein solches Material hat außerordentlich gute Notlaufeigenschaften, die es ermöglichen, aufeinander gleitende Teile in gewissen Grenzen völlig trocken laufen zu lassen. In welchem Umfang dies möglich ist, hängt von der Art des Materials und den jeweiligen den Betriebsbedingungen ab. Einleuchtend ist jedoch, dass bei einem niedrigeren Reibungswert auch entsprechend weniger Reibungswärme erzeugt wird und das ist das Wesentlichste bei Trockenlauf, denn die Grenze der Anwendungsmöglichkeit von Polyamid - Lagerungen ist nicht, wie bei Metalllagern durch entsprechend hohe Abriebfestigkeit, sondern durch die Temperatur gegeben. Bei der begrenzten Wärmestandfestigkeit und dem schlechten Wärmeleitvermögen der Polyamide ist das von großer Bedeutung.

Bei einem Dauerversuch waren Schieber für die Bremssteuerung von Luftdruckbremsen mit Polyamiden unter Zusatz geringer Mengen Molybdändisulfid flammgespritzt worden. Im Vergleich zu bis dahin vorgenommener Ölschmierung wurde wesentlich verlängerte Haltbarkeit und geringere Verschmutzung ermittelt.

Von besonderem Interesse dürften auch in den USA vorliegende Erfahrungen mit Nylon - Material, in welches Molybdändisulfid bei höheren Temperaturen eingearbeitet wurde, sein. Zum Beispiel zeigt Nylon mit Molybdändisulfid als Füllstoff ausgezeichnete Reibungseigenschaften, wenn es in Kombination mit leitfähigen Materialien, wie z. B. mit Ein Nylonlager, welches gegen Aluminiumguss mit Aluminium verwendet wird. Ein Nylonlager, welches gegen Aluminiumguss mit einer Gleitgeschwindigkeit von 20 f/min. bei einer Flächenpressung von 80 psi lief, zeigte nach einem Lauf von 6 Meilen vernachlässigbaren Antrieb. Der Lauf war ruhig und das Drehmoment beim Ende des Laufes, das zur Bewegung des Lagers nötig war, war nur geringfügig höher als zu Beginn des Laufes.

Grundsätzlich kann man die Aussage machen, dass Kunststoffe mit Molybdändisulfid überall da vorteilhaft werden können, wo es auf geringen Reibungskoeffizienten; hohe Verschleißfestigkeit; großes Schwingungsdämpfungsvermögen und gegebenenfalls Schmierungsfreien Betrieb ankommt:

Trockenlauf ist überall dort erwünscht, wo geringe Öl- oder Fettspuren zu einer Verschmutzung der auf den jeweiligen Maschinen verarbeiteten Produkte führen würden. Dies trifft hauptsächlich auf Maschinen der Nahrungsmittel-, Textil-, Verpackungs- und Waschmaschinenindustrie zu. Bei der Lebensmittelindustrie wird vielfach zur Bedingung gemacht, dass die gleitenden Teile, welche mit den jeweiligen Nahrungsmittel unmittelbar in Berührung kommen (wie bei Teigmaschinen, Schokoladenmischern und dgl.) schmierungsfrei laufen, um eine Qualitätsminderung der Lebensmittel durch Geschmackbeeinflussung zu verhindern. Bei Textilmaschinen und Waschmaschinen können ölgeschmierte Lager zur Verschmutzung der Ware führen. In der Feinmechanik verschaffen sich Kunststoffe mit Molybdändisulfid Eingang in den Kamerabau, für kleinere Führungen usw., für bestimmte Teile im Automobilbau (Türschließteile), für medizinische Instrumente, für Ventilatoren und Klappen bei Kompressoren u. a.; für die Herstellung von Ringläufern, Flyernüsschen und Fadenführers sind als geradezu prädestiniert. Die große Zähigkeit und Formbeständigkeit gestatten den Einsatz in vielen Gebieten der Elektrotechnik, vor allem Teile für den Betätigungsmechanismus im Schalterbau und im Radiobau, sowie Telefonteile herzustellen.

Ein bewährtes Anwendungsgebiet sind Zahnräder mit allen gebräuchlichen Verzahnungsarten. Die Fähigkeit, mechanische Schwingungen im hörbaren Bereich zu dämpfen, eine hohe Schlagfestigkeit und ein geringer Reibungskoeffizient lassen Polyamide mit eingearbeitetem MoS2 als Zahnradbaustoff besonders geeignet erschienen. Da man auch kleinste Zahnräder mit recht hoher Genauigkeit spritzen kann, sind diese Kunststoffe der gegebenen Baustoffe für Zahnradgetriebe in Film- und Tonwiedergabegeräten, bei Haushalt- und Büromaschinen und ähnlichen Anwendungsgebieten, wo hohe Geräuschlosigkeit gefordert wird, wo große Stückzahlen vorliegen und mit niedrigem Preis berechnet werden muss. Die Tatsache jedoch, dass es überhaupt möglich ist, Zahnräder ohne Schmierung mit gutem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer laufen zu lassen, ist für verschiedene Anwendungsgebiete, wo Schmierung der Zahnräder schwierig oder für die Fabrikation nachteilig ist, von nicht zu unterschätzender Bedeutung. Staubige Atmosphäre hat auf die Lebensdauer dieser Zahnräder im Gegensatz zu Metallzahnrädern kaum Einfluss. Weiterhin gibt es bei komplizierten Maschinen Stellen, bei denen eine zugängliche Schmierung manchmal nicht angebracht werden kann, oder wo teuere Schmierpumpen mit hinderlichen Leistungen verwendet werden müssen, um die gleitenden Teile mit dem notwendigen Schmiermittel zu versorgen. Schließlich ist eine Schmierung oftmals auch dann unerwünscht, wann die gleitenden Teile starker Verschmutzung ausgesetzt sind und die Schmierung dazu führt, dass aggressiver Staub durch das Schmiermittel gebunden wird und einen schnellen Verschleiß hervorruft.

Aber bei geschmierten Gleitstellen ist der durch die MoS2-Beimischung erzielte Reibungswert und die damit verbundene gute Notlaufeigenschaften des Kunststoffes sehr erwünscht. Hier ist besonders auf solche Gleitstellen hinzuweisen, wo bei hoher Flächen- und auch Kantenpressung die Geschwindigkeit der gleitenden Teile nur sehr gering ist und sich kein dauerhafter Schmierfilm bilden kann. Ebenso bei der Lagerung von Schwinghebeln, wo durch den ständigen Wechsel von Ruhe und Bewegung der Schmierfilm ständig abreißt und bei der bisher üblichen Lagerung in Metall schnell Reibungskorrosion eintritt. Auch bei Gleitbahnen aller Art und bei Stangenführungen wird das Schmiermittel rasch abgestreift und muss ständig neu zugeführt werden, um einen vorzeitigen Verschleiß zu verhindern, während sich bei solchen Teilen aus Kunststoff mit Molybdändisulfid ein hauchdünner Film verhältnismäßig lange hält, so dass mit ganz geringen Mengen an Schmiermittel auszukommen ist, wenn nicht ganz darauf verzichtet werden kann.

Wie günstig sich die Notlaufeigenschaften solcher Kunststoffe auswirken, zeigt sich besonders bei Lagerungen von Schwingtischen und ähnlichen Einrichtungen, an denen nur Mikrobewegungen, jedoch mit hoher Frequenz auftreten, und wo die bisherigen Lagerungen und Schmiermethoden versagten. Nicht angebracht sind Polyamidlager in jenen Fällen, wo hohe Präzision verlangt wird und der Werkstoff auf Grund seiner Elastizität hierfür nicht geeignet erscheint. Dagegen haben sich Polyamidlager an solchen Stellen, wo starke Stöße auftreten (bei der Lagerung von Tragrollen für Gleitketten, im Bagger- und Kranbau, im Fahrzeugbau) in der Praxis gut bewährt. So sind z. B. die Lager für die Balancen der Tragrollen einer Seilbahn, wobei MoS2 in das Polyamid eingearbeitet wurde, bereits seit länger als 2 Jahren im Betrieb, ohne dass sich irgend welche Schwierigkeiten ergeben hätten.

Die vorstehende Ausführung sollen nur einen Teilausschnitt aus den großen Anwendungsgebiet der mit Molybdändisulfid inkorporierten Kunststoffe zeigen und es lassen die bisherigen guten Ergebnisse erwarten, dass sich diese Produkte in Zukunft noch weitere interessante Anwendungsgebiete erschließen werden. Auf die vielseitigen in der Praxis erprobten und bewährten sonstigen Anwendungen von MoS2 in Verbindung mit anderen Kunststoffen, synthetischen und natürlichem Gummi, Materialien für Dichtungen und Packungen, Kunstharzlacken usw. soll im Rahmen einer weiteren Abhandlung in Fühlungnahme mit den Herstellerfirmen besonders eingegangen werden. Bei Konstruktion und Betrieb muss auf vielerlei Dinge Rücksicht genommen werden, auf die im Rahmen dieses Beitrages nicht eingegangen werden kann. Es erscheint deshalb als unbedingt ratsam, sich bei der Verwendung von Lagern und Verschleißteilen aus Kunststoffen mit MoS2 von den einschlägigen Fachfirmen beraten zu lassen, um Fehlschläge zu vermeiden.

Auch in natürlichem und synthetischem Gummi

kann Molybdändisulfid nach besonderen Verfahren eingearbeitet werden. Für Dichtungen und Packungen, die hohe Beanspruchung ausgesetzt sind, hat sich Molybdändisulfid bei der Herstellung sehr bewährt.

Feste Molybdändisulfid - Schmierfilme auf Kunstharz- bzw. Lackbasis

finden in verschiedenen Industriezweigen praktische Anwendung, vor allem in der Flugzeugindustrie, wobei gleitende Teile, Ventile, Gelenke, Schrauben und Bolzen mit solchen Kunstharzverbindungen überzogen werden, um den Antrieb und die Verschleißwerte herabzusetzen. Die Auswahl des richtigen Gleitlackes, ist je nach der Art der Beanspruchung auch hier von entscheidender Bedeutung. Die Widerstandsfähigkeit des MoS2-Filmes wird durch Einbrennen wesentlich erhöht.

Hinweise für die industrielle Anwendung von MoS2

Die Haupteinsatzgebiete dieser MoS2-haltigen Schmiermittel sind somit dort gegeben, wo extreme Lagerdrücke auftreten, ferner wo extrem hohe und extrem niedrige Temperaturen, bei welchen die üblichen Schmiermittel versagen, herrschen, so z.B. an Schraubverbindungen, Bolzen und anderen Teilen von Verbrennungsmotoren, Dampf- und Gasturbinen, Ofenketten, Kühlmaschinen und sonstigen Aggregaten. Staubige und nasse Umgebungen sowie das Auftreten aggressiver Chemikalien bedingen oft den Einsatz solcher Schmiermittel.

Auch bei Startreibung (Reibung in der Ruhe) hat sich der MoS2-Zwischenfilme bewährt, da er als feste Zwischenschicht die belasteten Spitzen der Oberflächen auch in der Ruhe voneinander trennt und auf Grund des niedrigen Wertes seines statischen Reibungskoeffizienten - der sich vom kinetischen wesentlich unterscheidet den schädlichen Abtrieb verhindert. Vor allem haben sich diese Schmiermittel auch dort bewährt, wo eine Dauerschmierung, in manchen Fällen für die Lebensdauer von Geräten, erforderlich ist.

MoS2-Schmierpasten bei der Montage

Die Verwendung von MoS2 Schmiermitteln beim Zusammenbau mit Presssitz hat sowohl das Fressen als die Bildung von Passungsrost wie das Verziehen praktisch beseitigt. Der niedrige und konstante Reibungskoeffizient dieser Schmiermittel erweist sich in manchen Anwendungsfällen als vorteilhaft. Wo er von Nachteil sein sollte, lässt sich die Haltekraft leicht nach einem vereinfachten Verfahren berechnen. Die von den MoS2 Schmiermitteln dargebotenen Vorteile gestatten die Verwendung von Presssitzen an Stellen der kostspieligeren Passungsarten, wie z.B. von Schrumpfsitzen, kegeligen Passungen, Keilnuten usw. Wo jedoch andere Passungsarten erwünscht sind, erleichtert der Gebrauch dieser Schmiermittel sowohl Montage wie Demontage der betreffenden Maschinenteile.

Der Zusammenbau von Maschinenteilen mit Presssitzung unter Verwendung hochgereinigter Molybdändisulfid - Schmiermittel stellt zweifelsohne eine der eindrucksvolleren Anwendungsformen dieses neuartigen Schmiermittels für Hochdrücke dar. Der Bedienungsmann der Aufziehpresse dürfte überrascht sein durch den völlig ruhigen und weichen Arbeitsgang. Bemerkenswerterweise fehlen die Bildung von Passungsrost, Fressen und das Ablösen von Metallteilchen. Kennzeichnenderweise sind die Aufpressdrücke um 30 - 50 % niedriger als man sonst erwarten würde.

Molybdändisulfid (MoS2) - ein lamellar - disperses System - ist im Grunde genommen ein festes Schmier- bzw. Gleitmittel, welches dem Aussehen und dem Griff nach dem Grafit ähnlich ist. Es hat eine immer mehr zunehmende Verwendung an zahlreichen Stellen gefunden, wo die Eigenschaften der üblichen Schmier- bzw. Gleitmittel den auftretenden Höchstdrücken, Höchsttemperaturen oder der Verwendung solcher Metalle wie zum Beispiel rostfreien Stahls nicht mehr gewachsen waren. Beim Zusammenbau geschliffener Oberflächen durch Presssitz ist ein MoS2-Pulver zu verwenden, wobei dessen Auftragen durch Einreiben oder Behandeln in Scheuertrommeln erfolgt. Für geringere Oberflächengüten erweist sich eine Paste mit hohem Gehalt an MoS2 als geeignet. Diese Paste hat sich hierbei bestens bewährt, und man hat dabei die Gewähr, dass eine genügende Menge an MoS2 die Unebenheiten bzw. Vertiefungen einer rauen Oberfläche ausfüllt.

Einbauen bzw. Aufpressen von Zahn- und Kettenrädern

Die Haltekraft von Presssitzen genügt in vielen Fällen zur Befestigung von Zahn- und Kettenrädern, Kupplungen, Schwungrädern usw. Im Allgemeinen gelangen jedoch kostspieligere Befestigungsmethoden (Keilnuten usw.) zur Anwendung, weil die übliche Bildung von Passungsrost und das Fressen beim Einbau mit Presssitzpassung den gelegentlichen Ausbau erschweren oder gar verunmöglichen. Bei Gebrauch von MoS2-Pasten für das Aufpressen lässt sich diese Gefahr der Bildung von Passungsrost umgehen.

Bei Verwendung der maximal zulässigen Bohrungen in normalen ungehärteten Zahnrädern und bei einem Mindestübermaß von 0,001" (0,0254mm) je Zoll (25,4mm) Ø halten nahezu alle üblichen Zahnräder bis zu 6" (152,44 mm) Teilkreisdurchmesser ihre maximale zulässige Laufbelastung, bevor die Passung zum Schlüpfen kommt. Das verfügbare Widerstandsmoment kann entweder durch eine Formel festgestellt oder aus dem Aufpressdruck errechnet werden. Das Maß von 0,001" (0,0254 mm) je Zoll als Mindestübermaß mag hoch erscheinen, aber selbst der wiederholte Zusammenbau mit sehr viel schweren Passungen zeitigte mit MoS2-Schmiermittel zufrieden stellende Resultate. Bei schwer vorzunehmenden Einbauten - oft mit Hilfe großer Pressen - hat sich die Schmierung mit MoS2 als nützlich erwiesen, und zwar nicht nur für die Herabsetzung des anfänglichen Aufpressdruckes, sondern auch zur Verhinderung der großen Belastungszunahme, wie man sie gewöhnlich antrifft, wenn die Passung später wieder auseinander genommen werden muss. Ein Fabrikant von großen Zerkleinerungsmaschinen, bei welchen die Kurbelwellen häufig bei Aufpressdrücken von etwa 400 t (362872 kg) auszuwechseln sind, hat für diese Arbeit MoS2 Schmiermittel mit zufrieden stellenden Ergebnissen verwendet. Andere haben Presssitze mit MoS2-Schmierung Temperaturen bis zu 480°C ausgesetzt, ohne beim Ausbau auf Schwierigkeiten zu stoßen. Die Erfahrungen mit Gewindeverbindungen lassen vermuten, dass sich diese Grenze bis über 600°C hinausschieben lässt.

MoS2 für Gleitlager

Werden Gleitlagerbüchsen mit den üblichen Gleitmitteln in ihre Gehäuse eingepresst, dann unterliegen sie häufig einem Verzug, und zwar infolge der Ablösung winziger, während des Einbaus losgerissener Metallteilchen. Obwohl ein derartiges Ablösen von Metallteilchen sich bei einem späteren Ausbau lediglich in winzige Riefen auf der Oberfläche bemerkbar machen wird, kann doch die Wirkung hiervon bei Präzisionslagern sehr beträchtlich sein. Manchmal erweist es sich dann als erforderlich, derartige Lager nach dem Einbau unter erheblichen Kosten einer Nachbearbeitung unterziehen zu müssen.

Ein illustratives Beispiel stellt dich beim Einbau von Lagern mit Silberüberzug und 4" (101,6 mm) Bohrung in den größten Rütteltisch der Welt (Fig.1). Die Betriebsdrehzahl belief sich auf n= 3600 bei einer Belastung von 25000 Ibs. (11340 kg) je Lager, was eine vollkommene hydrodynamische Schmierung erforderlich macht. Das Einpressen dieses dünnwandigen Lagers in sein Gehäuse zeitigte ein Verziehen um 0,0007" (0,0178 mm). Dies geschah trotz des verhältnismäßig niedrigen errechneten Druckes von 975 psi (68,54 kg/cm2) innerhalb des Presssitzes. Die Lager wurden alsdann ausgebaut, gereinigt und wieder montiert, wobei trockenes MoS2 auf den Presssitzflächen durch Einreiben zur Verteilung gelangt; das Verziehen ließ sich durch auf die Bearbeitungstoleranz von 0,0002" (0,00508 mm) reduzieren. Ein Presssitz hat in erster Linie zu verhindern, dass eine Lagerbüchse von dem zugehörigem Lagerzapfen mit in Umdrehung versetzt wird. Es stellt sich nun die Frage, ob der Gebrauch von MoS2 Schmiermitteln die Neigung zu einer solchen Mitnahme erhöhen wird oder nicht. In Anbetracht des niedrigen Reibungskoeffizienten ist dies zu bejahen und kann ein größeres Presssitz - Übermaß erforderlich machen.

MoS2 für Wälzlager

Viele amerikanische Fabrikanten von Wälzlagern empfehlen ihren Kunden zum Einbau der Lager in Maschinenteile MoS2 Schmier - bzw. Gleitmittel zu verwenden, und zwar um dem Verformen bzw. Verziehen der Lager entgegenzuwirken, Ein- und Ausbau zu erleichtern sowie den Abrieb auf ein Mindestmaß zu bringen. Das Problem präsentiert sich hier anders als bei Gleitlagern. Das Mitnehmen bei der Drehung der Lagerzapfen kann in diesem Falle vernachlässigt werden, es sei denn, es komme zum Bruch, wobei die MoS2 Schmiermittel die Beschädigung der Gehäuse usw. herabsetzen werden. Ein niedriger Aufpressdruck beim Einbau von Wälzlagern mit Presssitz beeinträchtigt keineswegs die Hauptfunktion der Presspassung, nämlich die Beseitigung des Wanderns (Kriechens) der Laufringe auf einer Welle bzw. in einem Gehäuse.

Das Spiel zwischen dem inneren Laufring des Lagers und der Welle ist in dieser Figur vergrößert dargestellt. Bei einem Spiel von 0,001" (0,0254 mm) beläuft sich das Kriechen zwischen Welle und innerem Laufring auf 0,0031" (0,07874 mm) je Umdrehung, d.h. auf je 3000 Umdrehungen der Welle macht der innere Laufring nur 2999 Umdrehungen. Diese relative Drehung zueinander hat Abtrieb sowie Verschleiß zur Folge. Der Hauptzweck des Presssitzes ist nun die Beseitigung des Spieles.

Erwähnt sei noch, dass MoS2 Schmier - bzw. Gleitmittel mit Erfolg dazu verwendet worden sind, mit weitem Laufsitz zusammengebaute Laufringe und Wellen zu schützen, und zwar in Fällen, wo ein Aufpressung mit Presssitz ungangbar war. In einem Stahlwalzwerk ruhten periodisch in 40 - 45 Tagen auszuwechselnde Wellen in Lagern von 25" (635 mm) Bohrung. Obwohl die dauernde Zufuhr eines Schmiermittels den Schäden infolge des Abscheuerns zwischen dem inneren Laufring des Lagers und dem Walzenzapfen steuern wird, erweisen sich die Kosten des Bohrens der notwendigen Langlöcher in Walzen von derart begrenzter Lebensdauer doch als zu hoch. Im erwähnten Fall belief sich das Radialspiel am Walzenzapfen auf 0,006" (0,1524 mm).Da zwischen den Walzenwechseln kein Schmieröl zugeführt werden konnte, nahm die Korrosion infolge Abscheuerns rasch zu, das Spiel vergrößerte sich, und die aus dem Abtrieb herrührenden Metallteilchen erschwerten den Ausbau. Mit einer Paste mit hohem MoS2-Gehalt lässt sich dieses Problem vollkommen lösen; ein nochmaliges Auftragen zwischen den Walzenwechseln ist nicht notwendig.

Beim Aufpressen von Wälzlagern mit kegeliger Bohrung auf konische Wellenenden erfolgt der Auftrieb der Lager um den genau richtigen Innensitzes. Ein ruckweises Aufziehen kann sehr lästig wirken, da irgendeine einzelne Schlupfbewegung den Laufring des Lagers bereits über die Toleranzzone hinausführen kann. Da nun aber MoS2-Produkte diese ruckartigen Bewegungen beseitigen, kann das Aufziehen an dem gewünschten Punkt abgestoppt werden.

Zusammenfassung

Bei den Molybdändisulfid - Produkten handelt es sich um eine Sondergruppe von Schmiermitteln, die vor allem in Grenzfällen der Schmierung zum Einsatz kommt. In jedem Falle ist die Auswahl der richtigen Type sowie die Art der Anwendungen, d.h. die Herstellung der Überzugsfilme, von entscheidender Bedeutung für den Erfolg. Es Handelt sich bei diesen Schmiermitteln nicht um "Allheilmittel" sondern um Produkte, die in vielen Grenzfällen bedeutende Verbesserungen gebracht haben.