Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Beeinflussung der tribologischen Eigenschaften hydrodynamischer Gleitlager durch Mikrostrukturen und deren Fertigungsverfahren

Ein wesentliches Ziel bei der Entwicklung von Maschinen und Anlagen besteht darin, die Systemeffizienz und die Lebensdauer zu erhöhen. Insbesondere bei häufig an- und auslaufenden Systemen wie beispielsweise bei Gleitlagern in Verbrennungsmotoren, bei Dosierschneckenantrieben oder Fräsmaschinen treten regelmäßig Mischreibungszustände auf. Der damit verbundene erhöhte Verschleiß führt im System zu höheren Verlusten verbunden mit einer reduzierten Lebensdauer bzw. zu einer geringeren Belastbarkeit.

Ziel des Vorhabens ist durch eine gezielte Einbringung von Mikrostrukturen die tribologischen Eigenschaften hydrodynamischer Gleitlager positiv zu beeinflussen. Der Technologieentwicklung werden Simulationen mit einem validierten CFD-Modell vorangestellt.

Die Zielstellung soll durch die folgenden Handlungsfelder erreicht werden

- Aufbau eines validierten Simulationsmodells - Gestaltungsleitfaden

- Anpassung bzw. Optierung der Fertigungsparameter (Rollieren und Ultraschalldrehen) zur

Applikation der simulierten Strukturen - Fertigungsleitfaden

- Versuche im hydrodynamischen- und Mischreibungs-Betrieb (Start-Stopp, Partikel)

- Prüfleitfaden

Im Gestaltungsleitfaden sind Informationen zur Form, Verteilung und Tiefe der Mikrostruktur in Abhängig-keit der gewählten Betriebsparameter enthalten. Der Fertigungsleitfaden ermöglicht eine schnelle Integra-tion der Verfahren in bestehende Prozessketten. Durch die im Prüfleitfaden beschriebenen Abläufe kann bei Bedarf eine Strukturvalidierung erfolgen. Gerade kleine und mittelständische Unternehmen profitie-ren von den einfach anwendbaren Ergebnissen in Form von Leitfäden im besonderen Maße. Damit ist eine direkte Übertragbarkeit aller Ergebnisse in die Praxis nach Abschluss des Vorhabens gewährleistet.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Projekt erarbeitete Literaturzusammenfassung ermöglicht die Einschätzung und Bewertung des aktuellen Stands zu Berechnungsmethoden, der Wirksamkeit der Oberflächenstrukturierung von Radialgleitlagern sowie die Identifizierung von potenziellen Anwendungsbereichen. Darüber hinaus wurde im Rahmen des simulativen Teils eindeutig gezeigt, welche Ansätze und Effekte bei der Berechnung von mikrostrukturierten Systemen zu berücksichtigen sind. Auch wurde dokumentiert, wie entsprechend komplexe Modelle aufgebaut werden können. Von den Erkenntnissen dieses Projekts profitieren Berechnungsingenieure daher unmittelbar. Darüber hinaus wurde ein vereinfachtes Modell des „unendlich breiten Lagers“ entwickelt und erprobt, das es Unternehmen ermöglicht, mit überschaubaren Kapazitäten Strukturgeometrien und -anordnungen zu optimieren.

Es wurden zwei effiziente Fertigungsverfahren für die Strukturierung von Bohrungsmantelflächen untersucht. Für das Strukturrollieren sowie das ultraschallunterstützte Drehen wurden die Werkzeug- und Prozessentwicklung im Projekt durchgeführt und im Ergebnis übertragbare bzw. anpassbare Werkzeugkonzepte abgeleitet. Durch die einfache Adaption der Verfahren auf Standardmaschinen, besteht eine gute Integrierbarkeit in bestehende Prozessketten. Die einfach gehaltene Methodik zur Prozessauslegung für beide Verfahren führt dazu, dass der jeweilige Prozess durch geschultes Bedienpersonal eingesetzt werden kann. Die finanziellen Eingangshürden für den Einsatz der Verfahren ist gering.

Im Rahmen der tribologischen Bewertung wurden alle Versuche an praxisnahen Gleitlagern durchgeführt. Damit sind die Ergebnisse direkt auf reale Anwendungen übertragbar. Die identifizierten Veränderungen zeigen, in welchen Änderungsbereichen und Betriebspunkten eine Strukturierung Potenziale aufweist. Durch eine Reduzierung des Verschleißes im Mischreibungsgebiet könnten Wartungsintervalle verlängert und die Lebensdauer von bestehenden Anlagen erhöht werden.