Tribologisch maßgeschneiderte Zylinderlaufbuchsen durch spanend gefertigte Mikrostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr. Friedrich Dinkelacker; Professor Dr.-Ing. Adrian Rienäcker
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276357669

In der DFG-Forschergruppe Mikrostrukturierung thermomechanisch hoch beanspruchter Oberflächen (2006 - 2012) wurden wesentliche Grundlagenerkenntnisse zur Auslegung, Herstellung und Wirkungsweise reibungsminimierender Mikroschmiertaschen erarbeitet. Untersuchungen an einem Forschungsmotor zeigten, dass insbesondere spanend in die Zylinderlaufbahn eingebrachte Mikroschmiertaschen ein beträchtliches Potential zur Reduzierung der Reibung und des Ölverbrauchs versprechen, wenn sie entsprechend maßgeschneidert angeordnet sind. Je nach Motorbauart Betriebspunkt entfallen zwischen 40 und 60 % [KES99, GOL01, BAS05, SCH13, HAN14] der gesamten Reibungsverluste auf die Kolbengruppe, bestehend aus Kolben, Kolbenringen und der Zylinderlaufbuchse. Daher geht mit einer Reduzierung der Kolbengruppenreibung eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und folglich der Emissionen von CO2 und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HCs) einher. Mit dem Einzug dieser Technologie in die motorische Anwendung kann daher ein wichtiger Beitrag zum Schutz des Klimas geleistet werden. Maßgeschneiderte Zylinderlaufbahnen können potentiell neben der Reibungsverminderung auch die Ölfilmbildung optimieren und damit den Verschleiß und den Ölverbrauch senken. Wesentliches Merkmal sind die variierenden tribologischen Beanspruchungen entlang der Zylinderlauffläche. Daher ist es erforderlich, die Mikroschmiertaschen belastungsorientiert, d. h. entlang der Laufbahn lokal unterschiedlich - und damit entsprechend der tribologischen Randbedingungen maßgeschneidert - einzubringen. Das Ziel des Transferprojektes ist die Entwicklung von maßgeschneiderten Zylinderlaufbuchsen zur Reduzierung von Reibung, Verschleiß und Ölverbrauch und deren Erprobung unter realen Randbedingungen, so dass diese Technologie in die industrielle Praxis transferiert werden kann.Im geplanten Transferprojekt sind drei Universitätsinstitute und ein industrieller Partner beteiligt. Die Motorenversuchstechnik wird am Institut für Technische Verbrennung (ITV, Hannover), die tribologische Auslegung am Institut für Antriebs- und Fahrzeugtechnik (IAF, Kassel) und die angepasste spanende Fertigung am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW, Hannover) durchgeführt. Als Transferpartner steht die MTU Friedrichshafen GmbH (unter dem Dach der Rolls-Royce Power Systems AG) als einem der weltweit führenden Hersteller von schnelllaufenden Industriedieselmotoren zur Seite.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: MTU Friedrichshafen GmbH