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,,Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung (SPP 2074)
Termin:
08.06.2021
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Die überwiegende Zahl von tribologischen Systemen in technischen Anwendungen wird mit Fluiden, die meistens Öle und Fette sind, geschmiert. In Fällen, in denen keine Schmierung mit Öl oder Fett möglich ist, weil der Schmierstoff im Vakuum z. B. verdampft, wird als Alternative häufig ein Feststoff auf die Bauteiloberflächen aufgebracht. Der Schmierungsmechanismus in Feststoffschichten unterscheidet sich grundsätzlich von Tribosystemen mit Fluiden als Schmierstoff. Die Komplexität des Forschungsgegenstands erfordert eine fachübergreifende Bearbeitung, bei der Methoden des Maschinenbaus und der Werkstofftechnik sowie physikalische und chemische Simulations- und Analysemethoden gezielt vernetzt eingesetzt werden müssen.

Im Schwerpunktprogramm sollen die Mechanismen von Reibung und Verschleiß durch die Transferschichtbildung in tribologischen Systemen mit hoher mechanischer Belastung bei Schmierung mit Festschmierstoffen erforscht werden. In der ersten Förderperiode standen die Bereitstellungsprozesse des Festschmierstoffs und die damit verbundenen Transferprozesse im Vordergrund.

In der zweiten Förderperiode rückt das reale Schmiersystem in den Vordergrund. Obwohl experimentelle Untersuchungen an Modellen wertvolle Erkenntnisse geliefert haben und liefern, ist eine Übertragung auf reale Schmiersysteme nicht in jeden Fall möglich beziehungsweise es treten in realen Schmiersystemen zusätzliche Effekte auf - wie aus früheren Forschungsarbeiten bekannt ist. Daher sollen die experimentellen Untersuchungen in der zweiten Förderperiode an realen Schmiersystemen erfolgen und nur in begründeten Einzelfällen durch Modelluntersuchungen ergänzt werden. Damit wird zugleich die Grundlage für einen zielgerichteten Transfer in praktische Anwendungen geschaffen. Die Arbeiten zur Simulation - insbesondere die molekulardynamischen Ansätze - sollen verstärkt zum Verständnis der Übertragungsmechanismen (vor allem des Transferfilmaufbaus), der Haftung an den Oberflächen, der Schmierstofffunktion und der Verschleißvorgänge beitragen. Dabei sind Interpretationsmöglichkeiten zur erforschen, die eine Übertragung von Erkenntnissen von der Molekülgrößenskala auf die Mikroskala gestatten.

Das Aufgabenfeld des Schwerpunktprogramms wird gegliedert in die Analyse der Bereitstellungs- und Transferprozesse - nun am Anwendungssystem - sowie deren Modellierung und die Umsetzung in Form der Gestaltung von fluidfreien Schmiersystemen. Die Modellierung der Bereitstellungsprozesse basiert dabei auf der Beschreibung des Abtrags des Festschmierstoffs. Die Methodenwahl erfolgt dabei abhängig von einer zentralen (Pressung > 100 MPa) beziehungsweise dezentralen Bereitstellung (Pressung < 100 MPa). Sie ist abhängig von den zugrunde liegenden Mechanismen. Physikalische Transferprozesse, die unter anderem eine Verklammerung der Festschmierstoffe und der Oberflächen beschreiben, können beispielsweise durch Finite-Elemente-Modelle beschrieben werden, die elastisch-plastische Materialmodelle berücksichtigen. Chemische Transferprozesse erfordern die Modellierung der Interaktion zwischen Festschmierstoff und Oberflächen auf atomar-molekularer Ebene. Dafür können molekulardynamische Simulationen eingesetzt werden, die die Beschreibung adsorptiver und reaktiver Verbindungen erlauben.

Als Grundlage zur Analyse der Mechanismen sollen die Untersuchungen am Maschinenelement genutzt werden. Die Analyse selbst kann mithilfe von Oberflächen- und/oder Elementanalysen, REM/TEM-Untersuchungen usw. erfolgen. Zu den einzusetzenden Methoden zählen insbesondere elektronenmikroskopische Methoden (SEM, FEG-SEM, HR-TEM, EELS, FIB, EBSD) zur Analyse von Transferschichten und die chemische Analytik der Reibkontaktflächen (XPS, AES, SIMS, AFM, LA-ICP-MS, LIBS, Raman, TAP, 3DAP).

Die gesetzten Ziele können durch Kombination von Simulation, Experiment und Analyse erreicht werden. Die Experimente sollen sich dabei den Betriebsbedingungen annähern und reproduzierbares Verhalten aufzeigen. Analytische Methoden, insbesondere moderne Techniken der chemischen Oberflächen- und der Strukturanalytik, sollen die physikalischen und chemischen Mechanismen identifizieren. Neben der experimentellen und analytischen Forschung sollen simulative Methoden genutzt werden, um die physikalischen und chemischen Mechanismen abzubilden und so Modelle zur Bildung von tribologisch wirksamen Feststoffschmierschichten entwickeln zu können.

Für inhaltliche Rückfragen steht Ihnen der Koordinator des Schwerpunktprogramms zur Verfügung:
Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer
Technische Universität Kaiserslautern
Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
Gottlieb-Daimler-Str. 42
67663 Kaiserslautern
Tel. +49 631 205-3405
sauer@mv.uni-kl.de

Informationen zur Antragstellung bei der DFG erteilen:
Inhaltliche Informationen:
Dr.-Ing. Wieland Biedermann
Gruppe Ingenieurwissenschaften I
Tel. +49 228 885-2023
wieland.biedermann@dfg.de

Administrative und formale Informationen:
Bianca Becker
Gruppe Ingenieurwissenschaften I
Tel. +49 228 885-2489
bianca.becker@dfg.de

Weitere Informationen:
https://www.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/ausschreibungen/info_wissenschaft_21_19/index.html