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Projekt
Polytetrafluorethylenschmierung von Radialwälzlagern: Kontrolle des Schmierstofftransfers durch Käfigkonzeptionierung nach materialspezifischen Anforderungen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs; Professor Dr. Michael Moseler
Fachliche Zuordnung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407714666
Wälzlager werden zur Führung und Kraftübertragung zwischen relativ zueinander bewegten Bauteilen eingesetzt. Für Wälzlager mit Feststoffschmierung ist die Bildung und Wirkung von Transferschichten von zentraler Bedeutung. Deshalb wird der Käfig oder zumindest Teile des Käfigs entweder aus dem Trockenschmierstoff oder aus einem mit Trockenschmierstoff dotierten Material gefertigt, um im Betrieb einen Schmierstofftransfer vom Käfig auf die Lagerflächen zu realisieren. Der Abtrag am Käfig wird von der Belastung in den Gleitkontakten zwischen Käfig und Wälzkörpern bestimmt. Bisher ist die Gebrauchsdauer feststoffgeschmierter Wälzlager begrenzt, da der für die Transferschichtschmierung erforderliche Abtrag am Käfig nicht korrekt dosiert werden kann. Mangelschmierung infolge zu geringer Transferschichtdicken in den Wälzkontakten und Käfigbruch infolge zu hohem Verschleiß am Käfig sind typische Schadensmechanismen. In der ersten Förderperiode wurde eine experimentelle Methode erarbeitet, um die Kontaktkraft im Gleitkontakt zu bestimmen, welche für den erforderlichen Abtrag im Gleitkontakt zur Schmierung eines einzelnen Wälzkontakts mit reinem PTFE erforderlich ist. Somit ist die Bestimmung des betriebspunktabhängigen Abtrags möglich. Allerdings ist aufgrund der hohen Verschleißraten von reinem PTFE die Nutzung eines Komposits wie PTFE/PEEK als Festschmierstoff erforderlich.Die zentrale Hypothese des Vorhabens ist, dass der Abtrag auf einen minimal nötigen Wert reduziert werden kann, ohne die Schmierwirkung zu verschlechtern. Ziel des Vorhabens ist daher die Ermittlung der optimalen Zusammensetzung eines PTFE/PEEK-Komposits unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Betriebsbedingungen (Rauheit, Druck, Temperatur, Relativgeschwindigkeit). Eine weitere Hypothese ist, dass für die korrekte Dosierung der Transferschicht über die gesamte Lagerlebensdauer eine Trennung von Abtrags- und Führungsflächen im Käfig erforderlich ist. Ein weiteres Ziel ist daher die Konstruktion eines Wälzlagerkäfigs, bei dem Abtrags- und Führungsflächen separiert sind, um einen dosierten Schmierstofftransfer zu ermöglichen.Mithilfe einer Kombination aus MD-Simulationen und Tribometermessungen werden die Transfer-, Reibungs- und Verschleißprozesse von PEEK/PTFE-Kompositen auf atomarer Ebene sowie auf Modellebene untersucht. Durch Parametervariationen werden die Einflüsse der Zusammensetzung des Komposits, der Oberflächenrauheit der Kontaktpartner und der Betriebsbedingungen auf Reibung und Verschleiß in Gleit- und Wälzkontakten ermittelt. Für eine geeignete Kombination aus Rauheit und Zusammensetzung des Komposits wird der betriebspunktabhängige, erforderliche Abtrag bestimmt. Darauf aufbauend erfolgt die Konzeptionierung, Entwicklung und Konstruktion eines Käfigs für Radialwälzlager mit integrierten Elementen zur PTFE/PEEK-Feststoffschmierung. Abschließend wird ein Funktionsnachweis in Wälzlagerversuchen erbracht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
