Einfluss von Transfer- und Transformationsprozessen auf die Gebrauchsdauer von feststoffgeschmierten Wälzlagern

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Kopnarski; Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423794159

Sogenannte Trocken- oder Feststoffschmierstoffe finden in einer Vielzahl von technischen Systemen Anwendung, in denen konventionelle Schmiermittel (z.B. Öle, Fette) aufgrund der Umgebungsbedingungen (z.B. Vakuum, hohe Temperaturen oder Hygienevorschriften) nicht einsetzbar sind. Ein Anwendungsfeld sind fluidfrei geschmierte Wälzlager, für deren Funktion eine ausreichende Schmierstoffversorgung über die gesamte Gebrauchsdauer unverzichtbar ist. Mit Hilfe materialspezifisch optimierter Wälzlagerkäfige, die aus einer Kunststoffmatrix mit eingelagertem Festschmierstoff bestehen, kann die Lagerlebensdauer gegenüber der konventionellen MoS2-Beschichtung von Wälzlagerringen signifikant gesteigert werden. Entscheidend für die Gebrauchsdauer der Lager ist in jedem Fall der Feststoff¬schmier¬stoff-verbrauch. Zu dessen Berechnung wurden in der Vergangenheit bereits Gebrauchsdauermodelle entwickelt wurden, die bisher allerdings bei der Auslegung eines realen trockengeschmierten Lagers an Grenzen stoßen und grundlegende Fragen offen lassen, die vor allem auch die physikalische Modellierung und systematische Beschreibung des Schmierstofftransfers betreffen. Die Verlängerung der Gebrauchsdauer durch Transferschmierung kann daher bis heute ohne spezielle und aufwendige Versuche nicht verlässlich prognostiziert werden.Das Vorhaben zielt darauf, mit einem verbesserten Gebrauchsdauermodell das Verständnis der komplexen Vorgänge in trockengeschmierten Wälzlagern zu erweitern und zum anderen den Anwender bei der Auslegung solcher Lager entscheidend zu unterstützen. Hierbei spielen die heute verfügbaren Methoden der instrumentellen Oberflächen- und Schichtanalytik, insbesondere die Elektronenmikroskopie sowie massenspektrometrische und elektronen-spektroskopische Verfahren eine zentrale Rolle. Mit ihrer Hilfe sollen genaue und vor allem quantitative Analysen der tribologisch belasteten Oberflächen des Wälzlager - Tribosystems durchgeführt werden, aus denen die bis heute noch empirisch zu ermittelnden Eingangsgrößen für das Gebrauchsdauermodell bestimmt werden. Neben den Reibwerten gehören dazu Reibenergie – Verschleiß- sowie Transfer - faktoren. Diese werden mit Hilfe der Oberflächenanalytik nunmehr elementspezifisch für unterschiedliche Drehzahlen und Lasten, mit denen ein Vier-Lager-Prüfstand im Vakuum betrieben wird, ermittelt und in dem weiterentwickelten Gebrauchsdauermodell verwendet. Dabei werden auch Mehrkörpersimulationsmodelle für die Erfassung der tribologischen Belastung im Lager benutzt. Neben dem reinen Stofftransfer werden auch Transformationsprozesse berücksichtigt, denen der Festkörperschmierstoff aufgrund tribo - chemischer Reaktionen bei der Transferfilmbildung unterworfen ist. Es werden erste Ansätze verfolgt, um den Einfluss des Belastungskollektivs auf die bisher noch rein empirisch zu ermittelnden Eingangsgrößen für das Gebrauchsdauermodell zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen