SPP 1551:  Ressourceneffiziente Konstruktionselemente

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172488437

Neben der Erhöhung der Leistungsdichte technischer Produkte und der Gewährleistung einer hohen Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit stehen in letzter Zeit vor allem Anforderungen bezüglich Nachhaltigkeit im Vordergrund. Dabei geht es hauptsächlich um einen möglichst geringen Energieverbrauch, eine lange Lebensdauer durch Verschleißminimierung und einen dadurch erreichbaren geringen Ressourceneinsatz. In technischen Produkten sind für die Erfüllung der Anforderungen im Wesentlichen die Konstruktionselemente von Bedeutung, in denen Relativbewegungen auftreten und/oder in denen Kräfte und Momente übertragen werden, wie z.B. Zahnräder, Wälz- und Gleitlager, Führungen, Kolbenring/Zylinder-Paarung und Nocken/Stößel-Paarungen.
Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, für ausgewählte Konstruktionselemente optimale, die Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllende Auslegungs- und Gestaltungsrichtlinien, Fertigungsprozesse und Einlaufbedingungen zu schaffen, um im Betrieb minimale Reibung und geringsten Verschleiß zu erzeugen. Zur Zielerreichung sollen folgende wesentliche Teilgebiete bearbeitet werden: (1) Optimieren der Gestaltung von Bauteilen und deren Kontaktbereichen (Geometrie, Topografie, Kinematik, Werkstoffe) hinsichtlich Minimierung von Materialeinsatz, Reibung und Verschleiß und hinsichtlich Recyclingfähigkeit der eingesetzten Werkstoffe; (2) Definieren und Entwickeln von tribologisch optimalen Endbearbeitungsprozessen; (3) Entwickeln einer effizienten Einlaufprozedur für Konstruktionselemente; (4) Erfassen der mechanischen, chemischen, physikalischen und werkstoffkundlichen Eigenschaften der Grenzschichten; (5) Beschreiben und Modellieren von Verhältnissen im Tribokontakt sowie von Grenzschichteigenschaften und -verhalten; (6) Beschreiben der Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Grenzschichten und dem tribologischen Verhalten.
Ziel ist das Aufstellen von Richtlinien und das Beschreiben von Verfahren zur zukünftigen Gestaltung (Beanspruchung, Geometrie, Werkstoff, Schmierstoff), zur Fertigung (Verfahren, Parameter, Werkzeug, Kühlschmiermittel) und zur Festlegung von Einlaufparametern (Beanspruchungskollektiv über Einlaufzeit) für energie- und ressourceneffiziente Konstruktionselemente.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Einfluss kinematischer Modulationen beim Schleifen auf die Oberflächenstrukturierung zur Steigerung der Ressourceneffizienz von Zahnrädern (Antragsteller Popov, Valentin L. ;  Uhlmann, Eckart )
• Einfluss triboinduzierter Schichten auf Schäden und Reibungsverhalten von Zahnrädern unter besonderer Berücksichtigung des Einlaufvorgangs - experimentelle und analytische Untersuchungen (Antragsteller Kopnarski, Michael ;  Stahl, Karsten )
• Einfluss triboinduzierter Schichten auf Schäden und Reibungsverhalten von Zahnrädern unter besonderer Berücksichtigung des Einlaufvorgangs - simulationstechnische Untersuchungen (Antragsteller Bartel, Dirk )
• Einfluss von Mikrostruktur und Einlaufprozedur auf Reibung und Verschleißintensität im Nocken-Stößel Tribosystem mit ganzheitlicher Prozess- und Oberflächenstrukturentwicklung (Antragsteller Ihlenfeldt, Steffen ;  Schwarze, Hubert )
• Einsatz von Druckkämmen zur Effizienzsteigerung von schrägverzahnten Getrieben (Antragsteller Lohrengel, Armin )
• Entwicklung effizienter Einlaufmethoden zur Steigerung der Flankentragfähigkeit von Zahnrädern - experimentelle Untersuchung (Antragsteller Höhn, Bernd-Robert )
• Erhöhte Wälzfestigkeit und Reibungsminderung bei Wälzlagern und Gleichlaufgelenken durch innovative Hartbearbeitung (Antragsteller Denkena, Berend ;  Poll, Gerhard )
• Erhöhung des Wirkungsgrads von Getrieben durch den Einsatz generativ gefertigter, konturnah gekühlter Zahnräder (Antragsteller Reinhart, Gunther )
• Hochfeste Zahnräder durch pulvermetallurgische Herstellungsverfahren (Antragsteller Broeckmann, Christoph ;  Klocke, Fritz )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Höhn, Bernd-Robert )
• Optimierung der Zahnradendbearbeitung: Steigerung der Ressourceneffizienz von Grenzschichten im Zahnflankenkontakt (Antragsteller Brecher, Christian )
• Optimierung von Tribosystemen durch gezielte Vorwegnahme des Einlaufs in der spanenden Endbearbeitung am Beispiel von Gleitlagerungen (Antragsteller Albers, Albert ;  Scherge, Matthias ;  Schulze, Volker )
• Reaktive Grenzschichten in metallischen Wälzkontakten (Antragsteller Woydt, Mathias )
• Reibungsreduzierung in EHD-Kontakten durch mikrostrukurierte Bauteiloberflächen - Auslegung, Gestaltung und umfomtechnische Herstellung (Antragstellerinnen / Antragsteller Merklein, Marion ;  Wartzack, Sandro )
• Ressourceneffiziente Kolbenring/Zylinder-Paarung II (Antragsteller Bartel, Dirk ;  Karpuschewski, Bernhard )
• Ressourceneffizienter Kugelgewindetrieb durch adaptive Schmierung (Antragsteller Fleischer, Jürgen )
• Steuerbare Reibung in geschmierten Systemen durch Multi-Skalen Strukturierung mittels Laser-Interferenz und Mikroprägen (Antragsteller Hirt, Gerhard ;  Mücklich, Frank )
• Verlustleistungsreduzierung von Steuerkettentrieben (Antragsteller Sauer, Bernd )
• Verschleißschutz im Wälzlager durch Reaktionsschichtbildung bei minimaler Additivkonzentration und mikrotexturierten Oberflächen (Antragsteller Gachot, Carsten ;  Jacobs, Georg )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Bernd-Robert Höhn
• Beteiligte Personen: Professor Dr.-Ing. Albert Albers; Professor Dr.-Ing. Dirk Bartel; Professor Dr.-Ing. Christian Brecher; Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Ludger Deters; Professor Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel; Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer; Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt; Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister; Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs; Professor Dr.-Ing. Bernhard Karpuschewski; Dr.-Ing. Hermann Kloberdanz; Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke; Professor Dr. Michael Kopnarski; Professor Dr.-Ing. Dieter Krause; Professor Dr.-Ing. Armin Lohrengel; Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein; Professor Dr.-Ing. Frank Mücklich; Professor Dr.-Ing. Gerhard Poll; Professor Dr. Valentin L. Popov; Professor Dr.-Ing. Gunther Reinhart; Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer; Professor Dr.-Ing. Matthias Scherge; Professor Dr.-Ing. Volker Schulze; Professor Dr.-Ing. Hubert Schwarze; Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl; Professor Dr.-Ing. Ralph Stelzer; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann; Professor Dr.-Ing. Thomas Vietor; Professor Dr.-Ing. Sandro Wartzack; Professor Dr.-Ing. Christian Weber; Dr.-Ing. Mathias Woydt; Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh