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Projekt
Fluidfreie Schmierstoffschichten für den hochbelasteten und unsynchronisierten Betrieb von trockenlaufenden Schraubenmaschinen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Andreas Brümmer; Dr. Jörg Debus; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
Fachliche Zuordnung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407710554
Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, Reib- und Verschleißmechanismen von maßgeschneiderten MoSx(:X)-Festschmierstoffen in realen Kontaktsituationen von trockenlaufenden, unsynchronisierten Schraubenrotoren makro- und mikroskopisch zu verstehen und Strategien zur Erhöhung der Lebensdauer des Festschmierstoffs zu entwickeln.Ein eigens konzipierter Prüfstand bildet die Bedingungen des realen Schraubenrotorkontakts über eine flexibel einstellbare Flächenpressung (100 bis 1000 MPa), Temperatur (bis 150°C), Belastungsdauer und Umgebungsatmosphäre ab und erlaubt, eine Bandbreite an distinkten Parameterkonstellationen für den Wälzkontakt zu generieren. Außerdem werden die Kontaktbedingungen durch eine Konditionierung von HiPIMS gesputterten MoSx(:X)-Dünnschichten variiert. Es wird der Einfluss der komplexen Geometrie des Schraubenrotors im Hinblick auf Abschattungseffekte und auf Schichtbildungsmechanismen evaluiert. Eine Variation der Schichtdicke in Relation zu dem Rauheitsprofil des Schraubenrotors, eine Modifizierung der MoSx-Schichten mit Silber, Wolfram oder Kohlenstoff (X = Ag, W, C) sowie eine Applikation von Schichten der reinen Modifizierungselemente auf den Nebenrotor sollen die Wälzkontaktbedingungen steuern.In Abhängigkeit dieser Kontaktparameter wird geklärt, welche chemischen, physikalischen und strukturellen Oberflächeneigenschaften die Funktionalität der MoSx(:X)-Festschmierstoffe prägen und auf mikroskopischer Ebene eine Vorhersage des Materialabtrags sowie Materialversagens erlauben. Die Funktionalität wird durch die Wirkung und Wechselwirkung unterschiedlicher Elementarprozesse beschrieben, zu denen Oxidation, Materialabtrag, Umlagerung von Oberflächenspannungen, Phasenumwandlungen und Materialmischung gehören. Die Elementarprozesse werden über In-situ- und Operando-Methoden an dem Prüfstand, die Licht- und Lasermikroskopie wie auch Raman-Streuung mit Laserablationsmöglichkeit umfassen, und Ex-situ-Methoden charakterisiert. Letztere gewähren spektral und räumlich hochauflösende Einblicke in strukturelle und chemisch-physikalische Merkmale beschichteter und unbeschichteter Schraubenrotoroberflächen. Die Messtechnik an dem Prüfstand untersucht dynamisch die tribologischen Elementarprozesse an Haupt- und Nebenrotor eines Schraubenrotor-Paares.Das Verständnis über die strukturellen und chemisch-physikalischen Oberflächeneigenschaften erlaubt, die Parameter der Kontaktsituation anzupassen, um die Elementarprozesse zur Erhöhung der Lebensdauer des Festschmierstoffs und zur Reduzierung des Energieeintrags bei minimierter Reibung gezielt zu steuern. Die Verknüpfung der experimentellen Analysen mit einer mechanischen Simulation des Materialabtrags und der Reibspannung in Abhängigkeit der Belastungsdauer wird klären, wie und in welchen Betriebszuständen des Schraubenrotors sich eine schützende tribologische Schicht bildet. Erkenntnisse sollen auf feststoffgeschmierte alternative Bauteile transferiert werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
