Erhöhung von Leistungsdichte und Lebensdauer hochbelasteter Funktionsflächen durch spanende Oberflächenkonditionierung

Tribotechnische Systeme, die früher unter hydrodynamischen oder elastohydrodynamischen Bedingungen betrieben wurden, werden zunehmend unter reibungs- und verschleißintensiveren Misch- und Grenzreibungsbedingungen eingesetzt.

Die heutigen Wettbewerbsbedingungen und politischen Vorgaben fordern ein ständig höheres technisches Niveau von Produkten bei stetig steigenden Beanspruchungen und erhöhter Verfügbarkeit. Dieses führt dazu, dass tribotechnische Systeme, die früher unter hydrodynamischen oder elastohydrodynamischen Bedingungen betrieben wurden, zunehmend unter reibungs- und verschleißintensiveren Misch- und Grenzreibungsbedingungen eingesetzt werden. Dies gilt u.A. für Motorkomponenten im Ventiltrieb, Windkraftgetriebe und Hartgewebeimplantate bei Verschleißraten unterhalb von 3 nm/h im Bereich des sog. (ultra-mild wear). Die niedrige Verschleißrate hängt dabei im Wesentlichen von der Ausbildung einer stabilen oberflächigen Grenzschicht – dem sog. Tribomaterial – ab, das strukturell und chemisch gegenüber dem Grundwerkstoff verändert ist. Tribomaterial wird in der Einlaufphase erzeugt. Dabei treten Verschleißraten auf, die drei bis sechs Größenordnungen größer sind als in der daran anschließenden stationären Phase, in der sich das Tribomaterial aufgrund seiner nanoskaligen Struktur ständig regeneriert. In diesem Projekt geht es darum, den Einlauf zu verkürzen oder ganz zu unterdrücken und eine durch eine gezielte spanende Endbearbeitung entsprechend bzgl. Topographie und Tribomaterial optimierte Oberfläche vorliegen zu haben. Das stabile Tribomaterial ergäbe sich damit nicht mehr zufällig im Einsatz sondern würde gezielt werkstoff- und belastungsabhängig in der Endfertigung erzeugt. Die genauen Wechselwirkungen aller beteiligten Elemente sind bis heute nicht geklärt. Deshalb soll wissenschaftlich untersucht werden, welche Parameter für die Induktion (hier: spanende Endfertigung) und welche Mechanismen für die Regeneration (hier: Gleitverschleiß unter „ultra-mild wear“ Bedingungen) der Grenzschichten an drei ausgewählten metallischen Werkstoffen (Perlit, Martensit, Austenit) aus den Bereichen Automobil-, Energie- und Medizintechnik maßgeblich sind.

Antragssteller

Universität Duisburg-Essen: Prof. Dr.-Ing. Alfons Fischer (Institut für Produkt Engineering);
Technische Universität Dortmund: Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann (Institut für Spanende Fertigung);
Ruhr-Universität Bochum: Prof. Dr.-Ing. Werner Theisen (Institut für Werkstoffe)

Förderlinie: Projektförderung
Fördersumme: 270.000 Euro
Laufzeit: 01.01.2012 – 01.01.2013

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Alfons Fischer
Universität Duisburg-Essen
Institut für Produkt Engineering
Werkstofftechnik
Lotharstraße 1
47057 Duisburg

Telefon: 0203-3794373
Alfons.Fischer@uni-due.de