SPP1551: Reibungsreduzierung in geschmierten tribologischen Kontakten durch mikrotexturierte Bauteiloberflächen

Im Hinblick auf die immer knapper werdenden Ressourcen sowie die Herausforderungen des Klimawandels, gewinnen Umweltbewusstsein und Energieeffizienz bei der Entwicklung technischer Systeme zunehmend an Bedeutung. In vielen Anwendungen sind die auftretenden Reibungsverluste entscheidend für die Effizienz des gesamten Systems. Eine Möglichkeit, diese Verluste zu reduzieren, besteht in einer gezielten Oberflächenbehandlung der im Kontakt stehenden Bauteile. So kann beispielsweise eine tribologisch wirksame amorphe Kohlenstoffschicht eingesetzt werden, um den Wirkungsgrad von Maschinenelementen zu erhöhen und dabei gleichzeitig Verschleiß zu reduzieren. Eine weitere vielversprechende Möglichkeit besteht im Aufbringen diskreter Mikrotexturen auf der Bauteiloberfläche. Positive Effekte konnten hier vor allem für tribologische Kontakte mit hohem Gleitanteil festgestellt werden.

Im Rahmen des Erkenntnistransfers zum DFG Schwerpunktprogramm 1551 „Ressourceneffiziente Konstruktionselemente“ sollen die bisherigen Erkenntnisse genutzt werden, um das Potential von Mikrotexturen in der industriellen Anwendung weiter zu erforschen.  Zu diesem Zweck wird der elastohydrodynamische Nocken-Stößel Kontakt untersucht, wie er beispielsweise im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren Anwendung findet. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg sowie den Industriepartnern Schaeffler, I. Penkert und Bruderer sollen zunächst die Prozessgrenzen für die Fertigung von Mikrotexturen bestimmt und die möglichen Fertigungsprozesse analysiert werden. Da Texturanordnung und Geometrie für das tribologische Verhalten entscheidend sind, eine optimale Texturgestaltung jedoch einen erheblichen experimentellen Aufwand mit sich bringt, wird ein Simulationsmodell für die Kontaktbeschreibung entwickelt, mit dem die Texturierung numerisch optimiert werden kann. Die Simulationen werden zusätzlich durch Versuche validiert. Abschließend wird das Einsatzverhalten der texturierten und beschichteten Tassenstößel an einem Modellprüfstand untersucht, und mit den Simulationen abgeglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen zudem genutzt werden, um das Potential einer Mikrotexturierung in weiteren Anwendungen abzuschätzen.

(Ansprechpartner: Christian Orgeldinger)