Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Betriebspunktabhängige Qualifizierung und Auswahl von Gleitlagerwerkstoffen

Ein Aspekt der Auslegung von Gleitlagern ist die Werkstoffwahl. Festigkeiten des Werkstoffes, dessen thermischen, elektrischen sowie systemischen Eigenschaften sind von Bedeutung. Eine Richtlinie für eine nachvollziehbare Auswahl auf Basis quantifizierbarer Eigenschaften existiert nicht. Das wirtschaftliche Optimum aus Erfüllung der Anforderungen bei niedrigen Kosten kann nicht nachvollziehbar ausgewählt werden. Es fehlen Qualifizierungs-, Bewertungs- und Auswahlrichtlinien.

Die Zielstellung ist wie folgt gegliedert.

Das primäre Ziel ist die Erstellung einer Qualifizierungsrichtlinie von Werkstoffen. Diese umfasst die Bestimmung der notwendigen Parameter als Entscheidungsgrundlage sowie die Dokumentation der Prüfmethoden. Des Weiteren wird ein Bewertungsmaßstab erarbeitet, mit welchem die Eignung des Werkstoffes auf Basis der Parameterwerte eingeschätzt werden kann.

Die zu Grunde liegende Arbeitshypothese ist, dass es anwendungsspezifische Anforderungen gibt, welche in Zahlenwerte ausgedrückt werden können. Neben den bereits heute bestimmbaren Kennwerten wird postuliert, dass eine Quantifizierung von „soft facts“ möglich ist.

Das sekundäre Ziel ist die Erstellung einer Richtlinie zur Quantifizierung des Systemkennwertes der Notlaufeigenschaften. Dies zeigt beispielhaft die Möglichkeit der Quantifizierung von „soft facts“.

Die Arbeitshypothese ist: Eine Definition der Notlaufeigenschaften mit Bezug auf das Gleitlagersystem schafft die Grundlage zur Quantifizierung dieser. Die Betrachtung des Gleitlagersystems in umfassenden Untersuchungen mit Variation von Systemparametern bietet die Möglichkeit, diese Systemeigenschaft in einen energetischen Kennwert zu überführen.

Der Nutzen für KMU besteht in den entstehenden Richtlinien als Bezugsgrundlage in (inter-)nationalen Verträgen, in der Aufdeckung von Kosteneinsparpotential durch nachvollziehbare Auswahl alternativer Gleitschichtwerkstoffe sowie in der Prüfung von Werkstoffen als neue Geschäftsfelder.

Ergebniszusammenfassung:

Ein Aspekt der Auslegung von Gleitlagern ist die Wahl eines geeigneten Gleitschichtwerkstoffes. Einen Leitfaden oder eine Richtlinie für eine Auswahl des Werkstoffes auf Basis quantifizierbarer Eigenschaften existierte zu Beginn des Vorhabens nicht. Im Vorhaben wurden deshalb zunächst die relevanten Eigenschaften von Gleitlagerwerkstoffen identifiziert.

Insbesondere für die Bindungsfestigkeit wurden dabei Defizite aufgedeckt, da der vorhandene Chalmersversuch die Belastung der Schicht nicht realitätsgetreu abbildet. Deshalb wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem die Bindungsfestigkeit wie im realen Gleitlager auf Scherung geprüft werden kann. Auf Systemebene wurde eine Testprozedur zur Ermittlung und Quantifizierung der Notlaufeigenschaften entwickelt. Dabei konnte zwischen Ausfällen mit Wellen- und Lagerbeschädigung, Ausfällen nur mit Lagerbeschädigung sowie Durchläufern ohne Beschädigung unterschieden werden. Als Grenze für Ausfälle wurde eine Energiegrenze in Abhängigkeit von Pressung und Gleitgeschwindigkeit identifiziert, bei deren Unterschreitung kein Ausfall auftrat. Bei Überschreitung der Grenze zeigte sich ein Unterschied zwischen Bronze und Weißmetalllagern, da bei Bronzelagern mit Ausfall in fast allen Fällen auch eine Wellenbeschädigung auftrat. Bei den getesteten Weißmetalllagern trat keine Wellenbeschädigung auf.

Im Forschungsvorhaben konnte somit das Verständnis in Hinblick auf die Werkstoffauswahl für Gleitlager, insbesondere unter Berücksichtigung der Bindungsfestigkeit und der Notlaufeigenschaften, gesteigert werden.

Weitere Forschungsarbeiten werden vor allem im Hinblick auf weiterführende Untersuchung zusätzlicher Bewertungsgrößen zur Qualifizierung von Gleitlagerwerkstoffen wie beispielsweise Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit empfohlen.

Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.