Analyse der Transferschichtbildung in initialgeschmierten, beschichteten Antriebsketten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450064527

In mobilitäts- sowie industriellen- Anwendungen werden Antriebe vielfach durch Kettentriebe umgesetzt. Transportaufgaben werden mit Kettentrieben vor allem als Förderketten in Landwirtschaftsmaschinen, in der industriellen Fertigung und in der Lebensmittelindustrie erfüllt. Maßgeblichen Einfluss auf die Beanspruchung von Kettentrieben haben die zu übertragenden Kräfte, die Umgebungsbedingungen, die Betriebsart (kontinuierlich, intermittierend) sowie die eingesetzten Schmierungen. Antriebsketten und Förderketten werden häufig mit Initialschmierungen betrieben und nur bei Bedarf erneut mit Schmierstoff versorgt. Von entscheidender Bedeutung für das Reibungs- und Verschleißverhalten von Ketten ist der tribologische Kontakt zwischen Kettengelenkbolzen und Kettenhülse. In initialgeschmierten Ketten steht in diesem Kontakt nur ein begrenztes Schmierstoffvolumen zur Verfügung, da keine kontinuierliche Schmiermittelzufuhr besteht. Hieraus ergeben sich erhöhte tribologische Beanspruchungen. In industriellen Anwendungen werden bereits beschichtete Kettengelenkbolzen eingesetzt, um Verschleiß zu reduzieren und die Lebensdauern der Ketten zu erhöhen. Als Beschichtungen werden nitridische Hartstoffschichten, die mittels Physical Vapour Deposition (PVD) hergestellt werden, eingesetzt. Somit kann die Kettenlängung, die auf den Verschleiß von Kettengelenkbolzen und Kettenhülse zurückzuführen ist, reduziert werden. Untersuchungen im Kettenverschleißprüfstand zeigen jedoch, dass auch beim Einsatz beschichteter Kettengelenkbolzen hohe Anfangslängungen in den ersten Betriebsstunden der Ketten auftreten. Mit Blick auf Steigerung der Verschleißbeständigkeit und Effizienz von Ketten besteht daher die Notwendigkeit den Verschleiß der Kettenhülsen zu reduzieren und gleichzeitig Reibungsreduktionen zu ermöglichen. Eine besondere Herausforderung ergibt sich jedoch daraus, dass die Innenseiten der Kettenhülsen für eine direkte Beschichtung mit PVD-Hartstoffschichten nicht zugänglich sind. Zielführend könnten somit Lösungskonzepte sein, die eine Transferschichtbildung auf den Gegenkörpern (Kettenhülsen) im tribologischen System ermöglichen. Zwei vielversprechende Ansätze stellen triboaktive (Cr,Al,X)N-PVD-Beschichtungen (X = Mo, Cu) sowie amorphe Kohlenstoffbeschichtungen dar. Triboaktive Beschichtungen können infolge tribochemischer Wechselwirkungen mit Schmierstoffen die Bildung tribochemischer Reaktionsschichten und damit die Transferschichtbildung ermöglichen. Bei amorphen Kohlenstoffbeschichtungen kann unter tribologischer Beanspruchung eine graphitische Transferschicht auf die Gegenkörper übertragen werden. Im Rahmen des Vorhabens wird daher zusammen von IOT und MEGT ein ganzheitlicher Forschungsansatz verfolgt, der die grundlegende Untersuchung des tribologischen Systems Kette ermöglicht, mit dem Ziel Verschleiß und Reibung zu reduzieren. Im Fokus der Untersuchungen stehen hierbei initialgeschmierte Antriebsketten, da hier der größte Forschungsbedarf besteht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen