Trockenschmierung und Transferschmierung von Wälzkontakten durch selbstregenerative Molybdänoxidschichtsysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kai Möhwald; Professor Dr.-Ing. Gerhard Poll
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524080913

Die Forschungsarbeiten in dem geplanten Projekt eröffnen die Möglichkeiten einer betriebssicheren Feststoffschmierung wälzbeanspruchter tribologischer Kontakte über Mo-basierte Beschichtungen. Es wurde ein stabiler Beschichtungsprozess entwickelt, der sich auf unterschiedliche Anlagen übertragen lässt. Mit Hilfe von Nanoverschleißtests konnte das Verschleißverhalten der einzelnen Schichtkomponenten charakterisiert und modelliert werden. In den Wälzlagerversuchen mit Axialzylinderrollenlagern am FE8-Prüfstand mit Hertzschen Pressungen von bis zu 1 GPa konnte für die trockengeschmierten Lager eine deutliche Verlängerung der Gebrauchsdauer im Vergleich zu ungeschmierten Standardlagern nachgewiesen werden; die Ergebnisse waren sogar besser als die mittels WC/C beschichteten Lagern. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Kombination aus Mo und MoO3 eine neue Art von Trockenschmierstoff darstellt. Im Wälzkontakt wird das MoO3 feindispers als Schmierstoff zur Verfügung gestellt und bildet sich kontinuierlich durch Tribooxidation aus dem Mo-Reservoir. Zudem konnte bei einem hybriden Lager eine Transferschmierung nachgewiesen werden. Dabei fand in der Transferphase ein Einlaufprozess statt, welcher anschließend zu einem stabilen Betriebszustand führte. Der Schwerpunkt in der beantragten Förderung soll nun darin liegen, die Ergebnisse auf komplexere Lagergeometrien und größere Lager zu skalieren, die Schmierungsmechanismen tiefer zu verstehen und besser zu beherrschen und somit das Betriebsverhalten der Bauteile berechenbar zu machen. Die umfangreichen Erfahrungen des IMKT in der Analyse von Triboschichten sollen für die weitere Erforschung der MoO3-Transferschmierung genutzt werden. Zentrales Forschungsziel ist dabei, den Wirkmechanismus der Transferschmierung durch MoO3 detaillierter aufzuklären und den Einfluss auf die Randzonen des Gefüges vertiefend zu erforschen. Die Beschreibung der Transferfilmbildung wird durch ein erweitertes Verschleißmodell realisiert, welches den Schichtaufbau durch einen „negativen“ Verschleiß und anschließend der steady state Phase bis zum Schichtabbau beschreibt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Florian Pape