Verschleiß von Polymeren und polymeren Verbundstoffen unter Rollkontakt

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb, since 6/2006
• Subject Area: Polymer Materials
• Term: from 2004 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5416180

Polymere und polymere Verbundwerkstoffe werden in steigendem Maße in technischen Anwendungen eingesetzt, bei denen die zwischen Maschinenkomponenten zu übertragenden Belastungskräfte durch Rollbewegungen erfolgen. Die ständig steigende Forderung hohen Beanspruchungen und großen Drehzahlen standzuhalten, sowie zudem eine lange Lebensdauer aufzuweisen, erfordert die Konstruktion von Polymerwerkstoffen mit verbesserter tribologischer Leistungsfähigkeit. Dazu ist ein tieferer Kenntnisstand des Ermüdungsverhaltens bei Rollvorgängen notwendig. Die Zielsetzung dieses Antrages ist daher die Untersuchung der Versagensmechanismen, die bei unter Belastung durchgeführten Rollbewegungen auftreten. Dabei können die Rollbewegungen zusätzlich mit Gleit- und Drehbewegungen gekoppelt sein. Die zu untersuchenden Materialien sollen Polyamid-Werkstoffe (PA6) sein, die mit verschiedenen Anteilen an Glasfasern und Festschmierstoff modifiziert sind. Die experimentellen Untersuchungen zur Klärung der spezifischen Rollbewegung und der Wärmeentwicklung, sowie die Bestimmung von Rollreibungskoeffizient und Verschleißrate erfolgt auf zwei unterschiedlichen Rollverschleiß-Prüfständen. Die durch die Rollbewegungen hervorgerufene Oberflächenermüdung soll mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskop (REM), Rasterkraft-Mikroskop (AFM=Atomic Force Microscope) und Laserprofilometer untersucht werden. Das Hauptziel des Projektes ist es, die den Rollverschleiß beeinflussenden Parameter genauer zu quantifizieren. Dabei sind das spezifische Materialsystem und der eingesetzte Prüfstand, aber auch die wirkenden Normalkräfte und das eingestellte Schlupf-Verhältnis von Bedeutung. Die Simulationsverfahren konzentrieren sich auf das Modellieren der spezifischen Eigenschaften der Rollbewegung. Zu diesem Zweck sollen Kontaktalgorithmen entwickelt werden, die auf der Basis von elastischen, elastisch-plastischen und visko-elastischen Werkstoffmodellen die Roll-/Gleit-/Dreh-Bewegungen simulieren. Die durch den Rollkontakt hervorgerufene Wärmeerzeugung soll mit Hilfe von transienten FE-Techniken untersucht werden. Dies soll in zwei Bereichen geschehen: Auf einem lokalen Level soll zunächst die örtliche Kontakttemperatursteigerung bestimmt werden, während dann auf einem globalen Level eher die gesamte Temperaturentwicklung betrachtet wird. Die schließlich entwickelten Kontaktalgorithmen sollen den gesamten Verschleißprozess simulieren. Die experimentellen Resultate, sowie die Ergebnisse der Modellierung, sollen es ermöglichen verlässlichere Polymerwerkstoffe zu entwickeln, die einen verbesserten Verschleißwiderstand und damit eine verlängerte Lebensdauer unter Rollkontaktbedingungen aufweisen.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Hungary
• Participating Person: Professor Dr. Karoly Varadi
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Friedrich, until 6/2006 (†)