Mehr-Komponenten-Spritzgießen zur Applikation dünnwandiger tribologischer Funktionsschichten auf Maschinenelemente

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer, since 7/2009
• Subject Area: Plastics Engineering
• Term: from 2008 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 57648473

In kraft- und bewegungsübertragenden Getrieben werden zunehmend metallische Werkstoffe durch technische Thermoplaste ersetzt. An Zahnräder werden im Gebrauch tribologische (geringe Verlustleistung und hohe Verschleißfestigkeit) sowie mechanische (Biegeschwellfestigkeit, Kriechfestigkeit) Forderungen gestellt. Tribologische Eigenschaften lassen sich durch Füllstoffe (inkorporierte Schmierung) signifikant verbessern, deren Einsatz ist aber in der Regel mit einer Schwächung der mechanischen Eigenschaften verbunden. Die mechanischen Kennwerte können durch den Zusatz von Verstärkungsfasern stark erhöht werden, allerdings wirken durch Verschleiß freigesetzte Faserenden abrasiv auf den Reibpartner bzw. führen zu weiterem Volumenverlust durch Ausbrechen aus dem Matrixwerkstoff. Die konsequente Verknüpfung beider Modifikationen zur Erreichung einer maximalen Leistungsdichte wird bisher nicht erfolgreich umgesetzt. Da die Forderung nach tribologisch optimalen Eigenschaften in der Gleitkontaktzone an der Zahnoberfläche und der Anspruch an mechanische Eigenschaften maßgeblich im Zahninneren erfüllt werden müssen, bietet der Ansatz, einen der lokalen Belastung entsprechend modifizierten Werkstoff einzusetzen, erhebliches Potenzial. Beide Vorteile können in einem wirtschaftlichen Prozess durch Fertigung eines Zwei-Komponenten-Zahnrades, bestehend aus einer dünnen Außenhaut und einer festen Kernkomponente, mittels Mehr-Komponenten- Spritzgießen kombiniert werden. Die prozesssichere Herstellung eines Zwei-Komponenten-Zahnrades mit dünnwandiger Außenschicht ist mit einer Reihe von Werkstoff- und fertigungstechnischen Fragestellungen verknüpft. Neben der Entwicklung eines geeigneten Werkzeugkonzeptes, der Sicherstellung der werkstofflichen Haftungs-, Eigenschafts- und Verarbeitungskompatibilität stellen die zu erzielende Geometrietreue (Verzahnungsqualität) und die mechanische Belastbarkeit der Kontaktzone des Zwei-Komponenten-Verbundes zentrale Fragen dar. Das Ziel des Vorhabens ist die Erforschung von Methoden und Kennwerten zur Konzeptionierung und Fertigung von hoch belastbaren Mehr-Komponenten-Maschinenelementen vor dem Hintergrund der Applizierung dünnwandiger tribologischer Funktionsschichten auf hochfesten Kernkomponenten mit hoher Formteilgenauigkeit.

• DFG Programme: Research Grants
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ernst Schmachtenberg, until 7/2009