Door wrijving en slijtage gaat in elk lager zowel energie als materiaal verloren. De lagers van Cerobear hebben betere wrijvingseigenschappen gekregen nadat het oppervlak bij het Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) met behulp van plasmatechniek werd gemodificeerd. De wrijving van de gecoate lagers is tot 50% gereduceerd. Bovendien hebben ze minder last van corrosie en zijn ze beter te reinigen.
Als in machines of apparaten twee componenten ten opzichte van elkaar bewegen, is een lager nodig. In een kogellager zorgen de kogels als rollende delen tussen de binnen- en buitenring er voor dat beide delen ten opzichte van elkaar kunnen draaien. Om wrijving en slijtage in de lagers zo klein mogelijk te houden, worden ze met olie of vet gesmeerd. Toch wordt nog een deel van de bewegingsenergie van het lager in warmte omgezet en gaat verloren. Bovendien zorgt slijtage en corrosie voor een afname van het materiaaloppervlak.
In het gemeenschappelijk project Nanodyn heeft Fraunhofer-IGB samen met partners uit industrie en onderzoek een plasma oppervlaktecoating ontwikkeld die door micro-en nanostructuren van de oppervlakken het aanhechingsgedrag van oppervlakken voor smeermiddelen, water en reinigingsmiddelen gericht verandert en daarmee de wrijving, slijtage en corrosie aanzienlijk vermindert.
Nanostructuren dankzij plasma
De onderzoekers modificeerden hybride high performancelagers van metalen en keramische onderdelen van Cerobear in een plasmareactor. Door het aanleggen van een hoogfrequente elektrische spanning worden moleculen van een plasmagas aangestoten en gefragmenteerd. De sterk reactieve brokstukken van de gasmoleculen worden nu gekoppeld aan de oppervlakte van de rollagers en er vormt zich een laag.
Door optimalisering van de soort en hoeveelheid plasmagas, de temperatuur, druk en bewerkingstijd konden de onderzoekers een enkele nanometers dunne laag verkrijgen, die de aanhechtingseigenschappen van de lageroppervlakken op de gewenste manier beïnvloeden.
Gecoate rollagers
Op deze manier konden de onderzoekers een coating verkrijgen, die de tribologische eigenschappen van de hybride rollagers gesmeerd door perfluorpolyether (PFPE) beduidend verbeterde. Door de plasma oppervlaktecoating konden ze de wrijving met maximaal 50% reduceren.
Voor rollagers die in vochtige systemen moeten werken, konden de onderzoekers de wrijving beduidend verminderen met maximaal 40%. Dergelijke rollagers zijn geschikt voor vulinstallaties in de levensmiddelenindustrie waar met sap of melk wordt gewerkt. Hier telt ook dat de aangepaste hechting van de verschillende oppervlakten ook de reiniging van het lager verbetert. Aldus wordt aan de ene kant het gevaar van kiemvorming tijdens het vullen gereduceerd, aan de andere kant kan het aantal reinigingscycli worden verminderd.
Door de oppervlaktecoating hebben de lagers ook een langere levensduur. De coating beschermt tevens tegen corrosie door luchtvochtigheid. Door de vermindering van de wrijving kan tijdens bedrijf ook energie worden bespaard. Het energieverlies van een flessenvulinstallatie met ongeveer 200 rollagers zal van circa 5 kW terugvallen tot 1,5 à 2 kW. Gecoate rollagers verbeteren zo het rendement en besparen op bronnen.
