Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zu den Ausfallmechanismen von schmierfettgeschmierten Wälzlagern - Bedeutung der Alterung unterschiedlicher Verdickersysteme

Stetige Weiterentwicklungen in der Anwendungstechnik mit dem Ziel der höheren Wirtschaftlichkeit und Leistungsdichte stellen immer größere Anforderungen an mechanische Komponenten und Konstruktionselemente und somit auch an die zum Einsatz kommenden Schmierfette. Dies gilt insbesondere im Bereich von Wälzlagern, in denen Schmierfette zum Teil bei hoher mechanischer Beanspruchung und in weiten Temperaturbereichen eingesetzt werden. Ein aktuelles Beispiel sind die Wälzlager in den Aggregaten von Hybridfahrzeugen, die aufgrund Motor-Downsizing, hohen Drehzahlen und der Strahlungswärme des Verbrennungsmotors thermisch und mechanisch extrem belastet werden.

Im Vorgängerprojekt DGMK 788 konnte aufgezeigt werden, dass die Lebensdauer der Wälzlager bei kritischen Umgebungsbedingungen (z.B. hohe Temperaturen) von der Fettgebrauchsdauer limitiert wird und nicht von der Ermüdungsfestigkeit der Lager. Die Lager versagen somit schon deutlich vor der erwarteten Lebensdauer durch einen Ausfall der Schmierung, was häufig mit hohen Folgekosten und langen Ausfallzeiten verbunden ist.

Um die Eignung eines Schmierstoffs zu ermitteln und die Fettgebrauchsdauer in der jeweiligen Anwendung abzuschätzen, werden in der Entwicklung verschiedene Laboralterungsverfahren und Dauerläufe in Wälzlagerprüfständen eingesetzt. Diese Tests sind sehr zeit- und kostenintensiv, sodass die Industrie permanent nach neuen, innovativen und aussagefähigen Screening-Tools sucht.

In diesem Folgeprojekt soll der Fokus auf der Veränderung der Verdickerstruktur in Folge mechanischer, thermischer, oxidativer und katalytischer Beanspruchung liegen. Ein besseres Verständnis dieser Zusammenhänge, der Einflussfaktoren und des Einflusses auf die Schmierung hilft insbesondere KMU mit Ihren individuellen und hochspeziellen Produkten, Entwicklungskosten zu senken, Entwicklungszeiten zu reduzieren und leistungsfähige Produkte auch für Nischenmärkte entwickeln zu können.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel dieses Kooperationsprojektes war es, erstmals wissenschaftlich gesicherte Erkenntnisse zu erhalten, wie sich die Verdickerstruktur eines Schmierfettes während der Alterung und der mechanischen Belastung verändert, wie dies nachgewiesen werden kann und welchen Einfluss dies auf die Schmierung und damit auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Wälzlagers hat. Dieses Projektziel konnte erreicht werden, auch wenn noch viele Fragen offen sind und nur ein kleiner Teil der auf dem Markt erhältlichen Fettformulierungen untersucht werden konnte. Wichtig ist aber, dass nun eine Prüfstrategie beschrieben ist, mit der die Schmierstoffentwickler weitere individuelle Untersuchungen zielgerichtet durchführen können.

Im Rahmen des Projektes wurden am OWI und KTM zahlreiche chemische Messungen, Alterungstests sowie rheologische und tribologische Untersuchungen durchgeführt. Unterstützt wurden diese Messungen durch hochauflösende Mikroskopie und bildgebende Analytik mittels REM und AFM. Es zeigte sich, dass quasi jedes Fettmuster individuelle Eigenschaften und Performance zeigt und es somit leider nicht möglich ist, eindeutige allgemeingültige Aussagen zu treffen, obwohl aufwendige statistische Methoden eingesetzt wurden, um Effekte und Wechselwirkungen objektiv bewerten zu können.

Die Kombination der rheologischen Strukturaufklärung mit der neu entwickelten RapidOxy-Testmethode (mDIN 51830-2) und der Methode der Ofenalterung erlaubt aber erste praktische Ansätze zur Lebensdauervorhersage und ggf. sogar zur Vorhersage der Rest-Fettgebrauchsdauer. Hierzu laufen aktuell erste vielversprechende Laborstudien mit Partnern aus der Industrie und der Wissenschaft im Normungsarbeitskreis AA 652.