Reibungsreduzierung in geschmierten tribologischen Kontakten durch mikrotexturierte Bauteiloberflächen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein; Professor Dr.-Ing. Stephan Tremmel
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426217784

Durch die Modifikation von Bauteiloberflächen in geschmierten tribologischen Systemen lässt sich das Einsatzverhalten verbessern und Reibungsverluste reduzieren. Dies kann durch tribologische Schichten oder auch durch auf die Bauteiloberfläche aufgebrachte, diskrete Mikrotexturen erreicht werden. Solche Mikrotexturen sind im Hinblick auf größere Stückzahlen durch umformende Verfahren, wie das Mikroprägen, zu realisieren, die zudem in konventionelle Fertigungsverfahren integrieren werden können. Bislang fehlt das grundlegende Wissen, um zum einen die fertigungstechnischen Herausforderungen in kombinierten Umformprozessen bei der Bauteilherstellung zu verstehen und zum anderen ein Verständnis für die Wirkungsweise sowie die für den Anwendungsfall maßgeschneiderte Gestaltung von Oberflächenmikrotexturen in geschmierten tribologischen Kontakten zu schaffen.Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch eine systematische Herangehensweise grundlagenwissenschaftliche Erkenntnisse im Hinblick auf die Wirkungsweise von Oberflächenmikrotexturen in EHD-Kontakten, sowie deren umformtechnische Herstellbarkeit zu generieren und in Zusammenarbeit mit Industriepartnern die Basis für den Wissenstransfer in industrielle Anwendungen zu schaffen. Die realitätsnähere Bestimmung der Auswirkungen von Mikrotexturen in Wälz-Gleit-Kontakten erfolgt durch Erweiterung eines TEHD-Simulationsmodells um die Einflüsse dünner Schichten, Rauheit und Festkörperkontakt sowie dynamischer Kontaktbedingungen. Exemplarisch für den Nocken/Stößel-Kontakt werden über die Tassenoberfläche hinweg lokal optimierte Mikrotexturen unter Berücksichtigung der Fertigungsrestriktionen abgeleitet. Die Fertigungsgrenzen bei der Herstellung texturierter Bauteile werden für einen Fließpress-Mikroprägeprozess untersucht, bei dem durch eine inverse Texturoptimierung eine homogenere und genauere Texturausformung im Bauteil angestrebt wird. Des Weiteren wird ein Tiefzieh-Abstreckgleitzieh-Mikroprägeprozess, der im Vergleich zum Fließpressprozess einen geringeren Werkstofffluss im Prägebereich aufweist, gegenübergestellt. Ziel ist die Identifikation von prozessspezifischen Einflussgrößen auf die Texturausformung. Darüber hinaus wird das Verschleißverhalten der Prägestempel mit Hilfe eines Verschleißprüfstands untersucht. Übergeordnetes Ziel der Untersuchung ist es, auf Basis numerischer Modelle und vereinfachter Prüfstandsversuche eine Aussage über die erzielbare Genauigkeit der Texturgeometrie sowie das Einsatzverhalten der Werkzeuge zu treffen. Die Untersuchung des Einsatzverhaltens der Bauteile in Hinblick auf Reibung und Verschleiß in einer vollständigen Prüfkette vom Modell- über Komponenten- bis hin zu Aggregatsprüfständen dient der Validierung der numerischen Auslegung. Die gewonnenen Erkenntnisse über geeignete und gleichzeitig fertigungstechnisch realisierbare Mikrotexturen werden letztendlich für verschiedene Anwendungsfälle experimentell validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Bruderer GmbH; I. Penkert Metallbearbeitungs GmbH; Schaeffler Technologies AG & Co. KG