MSE und IWM erforschen neue Ansätze zur PTEE Schmierung für hochbelastete Wälzkontakte

26.09.2018

Projektstart „Polytetrafluorethylen (PTFE) - Schmierung in hochbelasteten Wälzkontakten“ auf GfT Tribologie-Fachtagung 2018 vorgestellt

 

Hohe bzw. tiefe Temperaturen, geringe Geschwindigkeiten, aggressive Umgebungsmedien oder Vakuen 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. Das 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).
Zur Erforschung neuer Ansätze der PTFE Schmierung für hochbelastete Wälzkontakte startet am Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung das Forschungsprojekt „Polytetrafluorethylen (PTFE) - Schmierung in hochbelasteten Wälzkontakten“. Dieses Forschungsvorhaben wird gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM durchgeführt und im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms 2074 „Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung“ gefördert.
In diesem Forschungsprojekt sollen die Wirkmechanismen des PTFE zunächst auf mikroskopischer Betrachtungsebene analysiert und anschließend deren gezielte Nutzung für einen optimierten Schmierungsvorgang des makroskopischen Wälzkontakts ermöglicht werden. Dazu werden auf mikroskopischer Betrachtungsebene zunächst atomistische Simulationsmethoden eingesetzt, mit denen die relevanten chemischen, mechanischen sowie thermischen Vorgänge der einzelnen Wirkzusammenhänge des Schmierungsvorgangs modellhaft beschrieben werden können. Die Ergebnisse, z.B. in Form von mechanischen PTFE-Kennwerten oder Reibzahlen, werden durch begleitende nanoanalytische Untersuchungen validiert.
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 gemessene PTFE-Übertragungsraten werden dann mit den aus den mikroskopischen Beschreibungsmodellen ermittelten Übertragungsraten abgeglichen. Auf diese Weise sollen validierte, auf chemischen und mechanischen Beschreibungsmodellen beruhende Bewertungen der Schmierungszustände bei unterschiedlichen Randbedingungen durchführbar werden. Schließlich soll so die Auslegung mit PTFE geschmierter Wälzkontakte ermöglicht werden.

Nach Vorstellung des Projektstarts im Rahmen der diesjährigen GfT Fachtagung Tribologie ist ebenfalls eine Vorstellung der künftigen Projektstände des gemeinsamen Forschungsvorhabens geplant.