Deutsche Forschungsgemeinschaft - SPP2074

Kurzfassung „Polytetrafluorethylen (PTFE) - Schmierung in hochbelasteten Wälzkontakten“

Hohe bzw. tiefe Temperaturen, geringe Geschwindigkeiten, aggressive Umgebungsmedien oder Vakuum können eine Schmierung von Maschinenelementen mit Ölen oder Fetten verhindern und erfordern den Einsatz von Festschmierstoffen. In Maschinenelementen mit geringen Kontaktpressungen, wie Gleitlagern, ist der Einsatz von Polytetrafluorethylen (PTFE) als Festschmierstoff verbreitet. PTFE wird als Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht und steht somit direkt im Kontakt zur Schmierung zur Verfügung. Die geringe Festigkeit des PTFE verhindert eine solche Schmierstoffbereitstellung in hochbelasteten Wälzkontakten (p>1000 MPa). Um diese Kontakte trotzdem mit PTFE schmieren zu können, kann der Festschmierstoff außerhalb des Kontakts bereitgestellt und in der richtigen Dosierung zugeführt werden. Die Mechanismen der PTFE-Schmierung in hochbelasteten Wälzkontakten sind noch nicht ausreichend verstanden, um den Festschmierstoff in diesen Anwendungen einzusetzen.

Das Forschungsvorhaben soll die o.g. Wirkzusammenhänge auf mikroskopischer Betrachtungsebene analysieren und deren gezielte Nutzung für einen optimierten Schmierungsvorgang des makroskopischen Wälzkontakts ermöglichen. Dazu werden auf der mikroskopischen Betrachtungsebene atomistische Simulationsmethoden eingesetzt, mit denen die relevanten chemischen, mechanischen und thermischen Vorgänge der einzelnen Wirkzusammenhänge des Schmierungsvorgangs modellhaft beschrieben werden können. 

Die Übertragung der Erkenntnisse auf die Makroskala erfolgt mittels kontinuumsmechanischer Simulationen und experimentell in einem in situ Tribometer, welches eine gezielte Untersuchung der weiter oben genannten Wirkzusammenhänge im Großkammer-REM erlaubt. Die makroskopisch im in situ Tribometer gemessenen PTFE-Übertragungsraten werden dann mit den aus den mikroskopischen Beschreibungsmodellen ermittelten Übertragungsraten abgeglichen. Auf diese Weise sollen validierte, auf chemischen und mechanischen Beschreibungsmodellen beruhende Auslegung dezentral mit PTFE geschmierter Wälzkontakte ermöglicht werden.

Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen (MSE)

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Freiburg (IWM)

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