SPP 2074 Grundlagen für die verbesserte Gebrauchsdauerberechnung feststoffgeschmierter Wälzlager durch Multiskalen-Untersuchungen

Drittmittelfinanzierte Einzelförderung


Details zum Projekt

Projektleiter/in:
Dr.-Ing. Stephan Tremmel
PD Dr. habil. Benoit Merle
Prof. Dr. Bernd Meyer

Projektbeteiligte:
Prof. Dr.-Ing. Erik Bitzek

Beteiligte FAU-Organisationseinheiten:
Computer-Chemie-Centrum
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Allgemeine Werkstoffeigenschaften)
Professur für Computational Chemistry
Professur für Werkstoffwissenschaften (Simulation und Werkstoffeigenschaften)

Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektstart: 01.04.2019
Projektende: 31.03.2022


Forschungsbereiche

Tribologische PVD-/PACVD-Schichten
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik
Wälzlagertechnik
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik


Abstract (fachliche Beschreibung):

Im Rahmen dieses Projektes sollen die Grundlagen für eine verbesserte
Gebrauchsdauerberechnung für feststoffgeschmierte, insbesondere
MoS2-geschmierte Wälzlager geschaffen werden. Solche
feststoffgeschmierten Lager finden sich beispielsweise in Vakuumpumpen
oder Drehanoden für medizinische Röntgenröhren. Das einzige bisher
bekannte Gebrauchsdauerberechnungsmodell basiert auf einem empirischen
Ansatz, der die Materialabtragsrate auf Basis makroskopischer
Kontaktgrößen wie Kraft oder Gleitweg beschreibt. Wichtige Effekte, wie
Schichttransfer und -auftrag werden dabei nur bedingt oder nicht
berücksichtigt. Gegenüber dem Stand der Forschung wird für das
angestrebte Berechnungsmodell ein stärker mechanismenbasierter Ansatz
herangezogen, der den Einfluss der Mikrostruktur, Textur und
Stöchiometrie der Schicht berücksichtigt. Dadurch lassen sich die
empirischen Anteile im Berechnungsmodell auf ein Minimum reduzieren. Um
dieses Ziel zu erreichen, müssen einerseits die Elementarmechanismen,
die zur Veränderung der Schichteigenschaften während der
Wälzbeanspruchung führen, aufgeklärt und andererseits ihre Auswirkungen
auf das Abtrags-, Transfer- und Auftragsverhalten der
Festschmierstoffschicht verstanden werden. Dafür kommen aufeinander
abgestimmte Charakterisierungs- und Simulationsmethoden auf mehreren
Skalen zum Einsatz. Als gemeinsame Basis werden zwei unterschiedliche
MoS2-PVD-Schichten herangezogen, eine möglichst stark basal texturierte
Schicht mit grober Mikrostruktur sowie eine schwach texturierte Schicht
mit feiner, stängelkristalliner Mikrostruktur. Auf der Makroskala wird
das tribologische Verhalten dieser Schichten gegenüber Stahl unter
realitätsnahen Bedingungen in Zwei-Scheiben-Versuchen charakterisiert.
Die strukturellen und kristallographischen Veränderungen dieser
Schichten werden auf der Mikro- und Nanoskala durch
elektronenmikroskopische und atomsondentomographische Messungen als
Funktion der Beanspruchungsdauer untersucht. Verformungs- und
Abtragsprozesse werden außerdem durch mikromechanische Experimente
charakterisiert. Atomistische Simulationen klären die zugrundeliegenden
atomaren Mechanismen, die für die beobachteten
Schichteigenschaftsänderungen verantwortlich sind und schließlich die
Gebrauchsdauer bestimmen. Dank dieser neuen Erkenntnisse soll schließlich ein mechanistisches Gebrauchsdauermodell für
MoS2-geschmierte Wälzlager formuliert werden.


Zuletzt aktualisiert 2019-21-06 um 14:55