Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer robusten Dünnschichtsensorik zur Messung der Temperatur in

mischreibungsbeanspruchten thermo-elastohydrodynamischen Kontakten

Mit dem Projekt wird die Entwicklung einer robusten Dünnschichtsensorik zur Messung der Temperatur in mischreibungsbeanspruchten Tribokontakten vorangetrieben. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch Optimierungen des Dünnschichtsystems die Haft- und Verschleißfestigkeit von Dünnschichtsensoren, die auf die Oberfläche von tribologisch beanspruchten Bauteilen aufgebracht werden, zu verbessern. In einem ersten Schritt, der in diesem Forschungsvorhaben vollzogen werden soll, soll die Messung der Temperatur, perspektivisch aber auch Drücke und Schmierspalthöhen, ermöglicht werden. Dazu werden Prüfscheiben mit einer derartigen Sensorik beschichtet und strukturiert. In Versuchen werden die Haltbarkeit überprüft sowie Ansatzpunkte für weitere Optimierungsschritte abgeleitet. Gleichzeitig werden die Versuche durch leistungsfähige TEHD-Simulationsrechnungen nachgerechnet, mit denen es möglich ist, u. a. die Druck- und Temperaturverteilungen im Kontakt ortsaufgelöst zu berechnen. Durch die Messergebnisse soll eine Validierung der Berechnungsmodelle erfolgen und bei Abweichungen die Gründe dafür analysiert sowie ggf. Modellverbesserungen vorgenommen werden. Im Ergebnis des Forschungsvorhabens sollen eine robuste Dünnschichtsensorik sowie ein validiertes TEHD-Simulationsmodell zu Verfügung stehen. Durch die Kenntnis der Kontaktbedingungen sowie der Auswirkung von unterschiedlichen Einflussgrößen auf die Kontaktbedingungen ist es möglich, weit verbreitete Maschinenelemente wie Verzahnungen, Wälzlager uvm. zu optimieren. Hierdurch wird die betriebssichere Auslegung von Produkten verbessert und die Qualität insbesondere im Bereich der für KMU typischen Kleinserien erhöht. Ein weiterer Nutzen für kleine und mittlere Unternehmen ist die Überprüfung genormter Berechnungsverfahren und die Verfügbarkeit validierter 3D TEHD-Simulationsmodelle, um im Rahmen der virtuellen Produktentwicklung kostenintensive Prototypenversuche reduzieren zu können.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Forschungsvorhaben konnte eine verschleißfeste Dünnschichtsensorik zur langzeitstabilen Messung von Temperaturen in mischreibungsbeanspruchten Wälzkontakten entwickelt werden sowie ein leistungsfähiges 3D TEHD-Simulationsmodell validiert und weiterentwickelt werden. Hierzu erfolgte ein Abgleich von Temperaturmessungen in einem Zwei-Scheiben-Kontakt mit TEHD-Berechnungsergebnissen bei Flüssigkeits- und Mischreibung. Weiterhin wurde auch die Funktionsfähigkeit des Sensors in ersten Zahnradversuchen nachgewiesen.

Durch die umfangreichen neuen Erkenntnisse zur reibbedingenten Temperaturerhöhung in wälzbeanspruchten konzentrierten Kontakten unter Mischreibungsbedingungen und die Anwendung dieser Erkenntnisse in der industriellen Praxis können das Tragfähigkeitspotenzial von Zahnrädern gezielter als bisher ausgenutzt und die Anwendungsmöglichkeiten bei gleichzeitig sicherem Betrieb erweitert werden. Hierdurch können Produktentwicklungszyklen durch die Einsparung von aufwändigen Tests verkürzt, Instandhaltungskosten reduziert und die Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen, in denen derartige wälzbeanspruchte Maschinenelemente eingesetzt werden, erhöht werden, wodurch eine Kosteneinsparung erfolgt.