Reibung ist Segen und Fluch zugleich – sie sorgt einerseits für den nötigen Halt zwischen zwei Kontaktflächen, ist andererseits aber auch verantwortlich für Verschleiß, Energieverluste und Temperaturentwicklung in Maschinen. In der Technik ist es daher entscheidend, Werkstoffpaarungen gezielt auszuwählen, um die Gleitreibung in einem gewünschten Bereich zu halten.
Gleitpaarungen – also sich gegeneinander bewegende Werkstoffkontakte ohne Wälzkörper – finden sich in zahlreichen Anwendungen des Maschinen- und Anlagenbaus. Sie finden sich in Gelenken, Gleitlagern, Führungen aber auch Pumpenteilen. Die richtige Wahl der Werkstoffpaarung beeinflusst maßgeblich die Lebensdauer, die Wärmeentwicklung und die Resistenz gegenüber Verschleiß oder Fressen, aber auch die benötigte Kraft zum Gleiten.
Generell wirken auf Gleitpaarungen Kräfte und Umweltbedingungen, die zu unterschiedlichen Formen von Verschleiß führen können:
- Adhäsiver Verschleiß (Neigung zum Verbinden gleichartiger Materialien, Fressen, Kaltverschweißen)
- Abrasiver Verschleiß (Mikroschneiden durch raue Gegenflächen oder kleinere Partikel)
- Oberflächenermüdung (durch dynamische oder statische Belastung an der Festigkeitsgrenze)
- Korrosionsverschleiß (durch Kontakt mit korrosiven Medien)
- Reibungsbedingte Erwärmung
Wird keine geeignete Materialkombination gewählt, kann es zu Materialverlust, Ausfall durch Blockieren oder Überhitzung kommen. Vor allem Paarungen aus gleichartigen Materialien, z.B. gleiche Metalle neigen unter Last und in direktem Kontakt zu Fressen und Kaltverschweißung.
Solche Paarungen sind meist nur dann betriebssicher, wenn eine konstante Schmierung sichergestellt oder eine gezielte Oberflächenbeschichtung erfolgt ist.
Typische metallische Gleitwerkstoffe im Maschinenbau
Kupferlegierungen wie Bronzen, Messing und Aluminiumbronzen (z. B. CuAl10Fe5Ni5) zählen zu den am häufigsten eingesetzten Gleitwerkstoffen im Maschinenbau als Reibpartner zu Stahl.
| Werkstoff | Eigenschaften |
| Zinnbronzen (CuSn) | Gute Verschleißfestigkeit, gute Dämpfung |
| Bleibronzen (CuPb) | Gute Notlaufeigenschaften, weniger tragfähig |
| Messing (CuZn) | Kostengünstig, begrenzte mechanische Belastbarkeit |
| Aluminiumbronze (CuAl) | Hohe mechanische Belastbarkeit, geringe Fressneigung, sehr gute Korrosionsbeständigkeit |
| Berylliumbronze (CuBe) | Sehr hohe Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit, für Hochleistungsanwendungen |
Viele der genannten Gleitlagerwerkstoffe enthalten Blei in Gehalten >0,1%, um die Notlaufeigenschaften zu verbessern, den Verschleiß zu reduzieren und das Einlaufverhalten zu optimieren. Allerdings steht der Einsatz bleihaltiger Legierungen zunehmend in der Kritik, da Blei ein giftiges Schwermetall ist, das sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit schädlich wirkt. Insbesondere bei Anwendungen mit direktem Kontakt zu Trinkwasser, Lebensmitteln oder in offenen Schmierkreisläufen besteht die Gefahr, dass Bleipartikel oder -ionen freigesetzt werden. Verschärfte gesetzliche Vorgaben – etwa durch die europäische REACH-Verordnung, die Trinkwasserverordnung oder RoHS – setzen enge Grenzwerte und fördern den Umstieg auf bleifreie Alternativen. Dadurch lassen sich Umweltbelastungen minimieren, Recyclingprozesse vereinfachen und die Arbeitssicherheit erhöhen, ohne die Funktionsfähigkeit moderner Gleitlager zu beeinträchtigen.
Die ALBROMET GmbH hat sich auf den Vertrieb von Hartbronzen und hochfesten Kupferlegierungen spezialisiert und löst damit besondere Anforderungen an Gleit- und Führungselemente im Maschinenbau. Alle Legierungen aus dem Produktportfolio sind bleifrei oder haben einen Bleigehalt <0,1%. Das Unternehmen bietet Halbzeuge ab Lager in verschiedensten Formen und Abmessungen zugeschnitten auf jede gewünschte Abmessung. Aber auch fertige Bauteile, wie Gleitlager, Führungen und Gleitplatten werden nach Kundenzeichnungen aus allen Legierungen gefertigt.
Die Vorteile von Aluminiumbronzen kurz zusammengefasst:
- Hohe Festigkeit und Härte
- Sehr gutes Gleitverhalten
- Gute Notlaufeigenschaften
- Geringe Tendenz zum Fressen gegenüber Stahl und Edelstahl
- Sehr gute Korrosions- und Meerwasserbeständigkeit
- Hitzebeständigkeit bis ca. 300 °C
Aluminiumbronze gegen Stahl: Eine bewährte Paarung
Die Werkstoffkombination Aluminiumbronze (CuAl10Fe5Ni5 oder ähnliche Legierungen) gegen Stahl (z. B. C45 oder gehärteter Wälzlagerstahl 100Cr6) hat sich in zahlreichen industriellen Anwendungen bewährt – insbesondere dort, wo hohe mechanische Belastungen, Korrosionsanforderungen und Verschleißfestigkeit gefragt sind. Doch warum funktioniert diese Paarung so gut?
Unterschiedliche Härten – aber mit Bedacht
Aluminiumbronze ist weicher als gehärteter Stahl und auch noch etwas weicher als Edelstahl. In dieser Reibpaarung nutzt sich der weichere Werkstoff (also hier die Aluminiumbronze) ab und schont damit das Stahlgegenstück. Diese gezielte „Opferstrategie“ verlängert die Lebensdauer des Stahls und erhält die Funktion der Baugruppe. Aus diesem Grund wählt man für das einfachere Bauteil bzw. das Teil, dass man leicht austauschen kann, den weicheren Werkstoff.
Geringe Kaltverschweißungsneigung
Bei ähnlichen Werkstoffen (z. B. Stahl gegen Stahl) können unter Druck und Reibung die Bauteile förmlich zusammenkleben – Neigung zur Kaltverschweißung. Bei der Paarung Aluminiumbronze gegen Stahl senkt die unterschiedliche chemische Zusammensetzung die Tendenz zur adhäsiven Reibung.
Reibungskoeffizient µ unter Kontrolle
Je nach Oberflächenrauheit und Schmierung liegt der Gleitreibungskoeffizient µ dieser Paarung typischerweise zwischen 0,15 und 0,25 im geschmierten Zustand – ein günstiger Bereich für viele technische Anwendungen. Ohne Schmierung steigt der Reibwert, bleibt aber oft noch im beherrschbaren Bereich (ca. 0,4–0,6), was der Paarung eine gewisse Notlaufeigenschaft zuschreibt.
Korrosions- und Temperaturbeständigkeit
Aluminiumbronze bietet eine exzellente Korrosionsbeständigkeit – ein klarer Vorteil gegenüber anderen Kupferlegierungen und Stählen. Erst bei erhöhten Temperaturen über 300 °C, verschlechtert sich das Reibungsverhalten. Auch in Wasser ist die Aluminiumbronze stabil und neigt nicht zum Entzinken, wie das bei Messing der Fall sein kann.
Verträglichkeit mit Schmierstoffen oder Eignung für Trockenlauf
Aluminiumbronze ist mit vielen handelsüblichen Schmierstoffen sehr gut verträglich. Durch seinen geringen Reibwert in der Paarung mit Stahl hat es auch gute Notlaufeigenschaften, wenn die Schmierung kurzzeitig ausbleibt oder eine Erwärmung stattfindet.
Auch in Wälzlagern kann man mitunter Aluminiumbronze in besonders anspruchsvollen Anwendungen wie Seewasserpumpen, Maschinenlager mit hoher Drehzahl oder Lager in der Lebensmittel- und Chemieindustrie, wo Korrosion kritisch ist, finden. Hier ist sie dann als Reibpartner für die gehärteten Stahlkugeln oder Walzen als Material für den Lagerkäfig oder als Anlaufring in Hybridlagern.
Typische Werkstoffpaarungen in der Praxis
| Komponente A | Komponente B | Bewertung |
| Edelstahl, Stahl | Aluminiumbronze | Sehr gute Gleitpaarung, geringe Fressneigung, hohe Belastungen möglich |
| Edelstahl, Stahl | Zinnbronze | Gut bei moderaten Belastungen |
| Edelstahl, Stahl | Kunststoffe (z. B. PEEK, PTFE) | Für trockenlaufende, niedrigere Belastungen |
| Edelstahl, Stahl | Edelstahl, Stahl | Nur bedingt geeignet – Risiko von Fressen, Beschichtung oder dauerhafte Schmierung notwendig |
| Gehärteter Stahl | Aluminiumbronze | Hochbelastbar, gute Lebensdauer |
Fazit
Für langlebige, verschleißarme Gleitpaarungen ist die richtige Kombination von Werkstoffen entscheidend. Während gleichartige Metalle problematisch sein können, bieten Kupferlegierungen – insbesondere Aluminiumbronzen – eine bewährte Lösung als Gegengleitpartner zu Stahl oder Edelstahl. Ihre guten tribologischen Eigenschaften, kombiniert mit hoher Korrosions- und Temperaturbeständigkeit, machen sie zu einer universell einsetzbaren Werkstoffgruppe in anspruchsvollen Anwendungen. Durch ihre chemische Zusammensetzung ist eine Zertifizierung für den Einsatz im direkten Kontakt mit Lebensmitteln ab einem pH-Wert größer 4,5 vorhanden. Damit können die Aluminiumbronzen auch in Lebensmittelmaschinen und Verpackungsmaschinen problemlos eingesetzt werden. Gleichzeitig sind sie frei von Blei und anderen Stoffen der SVHC-Liste und damit RoHS und REACH konform.
Der Fachbeitrag ist am 02.10.2025 im Industrieanzeiger erschienen, hier zum Artikel.
