DFG-SPP2074: Trockenschmierung von Wälzkontakten durch selbstregenerative Molybdänoxidschichtsysteme

Aufgrund des weltweiten ökonomischen und ökologischen Wandels wird zunehmend die Verwendung innovativer umwelt- und ressourcenschonender Technologien gefordert. Die aktuelle Verknappung von wertvollen Energie- und Rohstoffressourcen, wie z.B. fossilen Brennstoffen und seltenen Legierungselementen, u. a. durch aufstrebende Industrienationen wie China und Indien, erfordert eine optimale und nachhaltige Nutzung dieser Ressourcen. Dies kann durch eine Kombination von Gestaltungs- und Produktionsprozessen technischer Güter und Produkte des Maschinenbaus erzielt werden. In diesem Forschungsvorhaben soll eine Ressourcenschonung an wälzbeanspruchten Konstruktionselementen einerseits durch den Verzicht auf eine fluidbasierende Schmierung, eine Verlängerung der Lebensdauer, die Vermeidung von Frühausfällen und geringere Reibungsverlust erreicht werden. Dieses Ziel wird durch den Einsatz von Molybdänoxiden als Festschmierstoff mit regenerierenden Eigenschaften verfolgt. Als Schichtsysteme bieten diese als Trockenschmierstoff eine harte, verschleißunempfindliche Oberfläche und elastische Eigenschaften in der Matrix. Im Falle eines Materialabtrags reagieren die unterliegenden Schichten mit dem Luftsauerstoff, sodass wieder eine Oberfläche mit guten Verschleißeigenschaften vorliegt. Die Einsatzgrenzen dieses neuartigen Festschmierstoffsystems sind im Rahmen dieses Forschungsprojektes zu erforschen und die Potentiale im Vergleich zu herkömmlich fettgeschmierten Lagern aufzuzeigen. Die gemeinsame Forschungsaktivität des Instituts für Werkstoffkunde (IW), des Instituts für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) und des Instituts für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) (alle Leibniz Universität Hannover) soll es ermöglichen, eine sich selbstregenerierende Feststoffschmierschicht zu entwickeln, die unter hoch belasteten Wälzkontakten Verschleißbeständigkeit gewährleistet. Dafür sollen PVD-Schichten bzw. Schichtverbunde auf Molybdänoxidbasis als Festschmierstoffbildner auf den hoch belasteten Wälzflächen eingesetzt werden. Als Beschichtungsmaterial soll Molybdänoxid genutzt werden. Die Eigenschaften von MoO2 und MoO3 prädestinieren diese Werkstoffe als mögliche Beschichtungsmaterialien für Wälzkontakte. Speziell Molybdäntrioxid (MoO3) ist aufgrund seiner Schichtstruktur als Festschmierstoff geeignet. MoO2 eignet sich als Reservoir- und Trägerschicht zwischen dem Wälzlagerstahl und der Funktionsoberfläche. Im Betrieb von hoch belasteten Roll-/ Wälzkontakten findet fortwährend ein Schichtabbau durch Verschleißvorgänge statt, wobei gleichzeitig Mechanismen zum erneuten Aufbau der Feststoffschmierschicht wirken. Die Vorgänge im Wälzkontakt werden über Prüfstandversuche analysiert. Die Verschleißvorgänge sind über ein FE-Modell in Kombination mit einer numerischen Verschleißberechnung tiefergehend zu erforschen. Die Arbeiten sollen es ermöglichen, dass Verschleißverhalten der eingesetzten Schichten zu verstehen und Rückschlüsse auf die Standzeiten der Schichten im Betrieb zu erzielen.