Deutsche Forschungsgemeinschaft - SPP2074

Kurzfassung „Grundlagen für eine verbesserte Gebrauchsdauerberechnung feststoffgeschmierter Wälzlager durch Multiskalen-Untersuchungen“

Kontaktpaarungen von Festkörpern unter Relativbewegung wie sie beispielsweise in Wälzlager vorkommen, werden üblicherweise mit unterschiedlich viskosen Flüssigschmierstoffen voneinander getrennt, insbesondere um Reibung und Verschleiß zu minimieren. Unter extremen Bedingungen versagen die, zumeist auf Mineralöl basierenden, Fette und Öle jedoch und lassen sich daher nicht einsetzen. Der im Rahmen dieses Forschungsprojektes betrachtete Anwendungsfall Drehanoden in Röntgenröhren befasst sich mit dem Betrieb der Lager unter Vakuumbedingungen mithilfe des Festschmierstoffs Molybdändisulfid (MoS2), abgeschieden über Physical Vapour Deposition (PVD).

Die bisherigen Forschungsarbeiten zeigen einen starken Einfluss der Mikrostruktur auf die tribologischen Eigenschaften. Dabei wirken sich basal orientierte Schichtsysteme positiv auf Reibung und Verschleiß aus, währen nanokristalline/wenig texturierte Schichtsysteme meist eine geringere Gebrauchsdauer aufweisen. Für den Wälzkontakt sind die Elementarmechanismen, die das tribologische Verhalten von MoS2-Schichten begründen, noch deutlich weniger erforscht als für den Gleitkontakt. So sollen das tribologische Verhalten zwischen MoS2-Schichten, die bereits herstellbedingt eine stärkere Basaltextur aufweisen und geringer texturierten Schichten, die sich unter Beanspruchung oberflächennah basal ausrichten, systematisch über mehrere Skalen hinweg verglichen werden. Ermöglicht wird diese Multiskalenuntersuchung durch das Zusammenarbeiten zwischen den folgenden Forschungseinrichtungen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg:

Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk) – Makroebene 

Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffeigenschaften (WW1) – Mikroebene 

Computer-Chemie-Centrum (CCC) – Atomare Ebene

Das spezifische Ziel der geplanten ersten Projektphase besteht darin, die Elementarmechanismen genauer zu verstehen, die zu Materialabtrag, -transfer, -auftrag und Versagen von MoS2-Schichten unter Wälzbeanspruchung führen. Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Berechnungsmodells, welches zuverlässige Prognosen der Gebrauchsdauer von Wälzlagern mit MoS2-beschichteten Komponenten erlaubt und sich somit sinnvoll in der Ingenieurpraxis für die Bauteilauslegung heranziehen lässt.

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