Abriebbelastungen

Abriebbelastungen bezeichnet man in der Tribologie als Verschleiß, der durch abrasive Partikel oder raue Oberflächen bei Gleit- oder Rollbewegungen verursacht wird. Dabei werden Materialanteile durch Mikro- oder Makro-Mechanismen aus der Oberfläche gelöst oder verschoben, was zu Volumenverlust und Leistungsabnahme führen kann.

Es lassen sich zwei Hauptformen des Abriebs unterscheiden: Zwei-Körper-Abrieb, bei dem eine Oberfläche direkt gegen einen harten Gegenkörper gleitet, und Drei-Körper-Abrieb, bei dem abrasive Partikel zwischen den Oberflächen auftreten. Drei-Körper-Abrieb entsteht typischerweise, wenn Partikel in der Schmier- oder Luftphase eingeschlossen sind und materialabtragende Wirkung entfalten.

Wichtige Einflussfaktoren sind Normalbelastung, Gleitrate, Härte der beteiligten Materialien, Härte und Geometrie der Abrasive, Partikelgröße und -winkel, Oberflächenrauheit sowie Temperatur und Schmierbedingungen. In trockenem Kontakt ist der Abrieb oft stark, während eine geeignete Schmierung und Filtration von Partikeln das Verschleißverhalten deutlich beeinflussen können. Materialpaarungen mit einem hohen Härteunterschied oder scharfkantige Partikel begünstigen aggressiven Abrieb.

Die Verschleißrate wird häufig als Volumen- oder Massenverlust pro Weg- oder Zeitabschnitt angegeben. Eine verbreitete Modellerklärung ist das Archard-Gesetz: V = k · (L · s) / H, wobei V das Verschleißvolumen, L die Normalbelastung, s die zurückgelegte Gleistrecke, H die Härte des weicheren Materials und k ein materialabhängiger Verschleißkoeffizient ist. Der Koeffizient k hängt stark von Schmierung, Oberflächenzustand und Partikeldomänen ab.

Zur Vermeidung von Abriebbelastungen dienen harte, verschleißfeste Werkstoffe, Oberflächenhärtung, geeignete Beschichtungen, gute Schmierung, Partikelfiltration und konstruktive Reduktion von Kontaktbelastung sowie Verweilzeiten. Typische Anwendungsfelder sind Gleitlager, Kolbenringe, Hydraulikkomponenten und andere tribologisch beanspruchte Bauteile. Standardisierte Prüfverfahren wie Pin-on-Disc dienen der Bewertung der Abriebfestigkeit unter kontrollierten Bedingungen.