Entwicklung von hochbelastbaren Dünnschichtsensoren zur Untersuchung von Druck- und Temperaturverteilung in Mischreibungskontakten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Albert Albers; Professor Dr. Sven Ulrich
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278665175

Geschmierte Gleitkontakte leisten einen entscheidenden Beitrag zur Gewährleistung der Funktion nahezu jedes technischen Systems, das mechanische Komponenten enthält. Versagen der Schmierung führt rasch zur Schädigung der Kontaktpartner verbunden mit Stillstandszeiten und u.U. kostspieligen Instandsetzungsmaßnahmen. Während die Mechanismen der Hydrodynamik und Elastohydrodynamik (EHD) heute gut verstanden und wissenschaftlich durchdrungen sind, befindet sich die Erforschung von Grenz- und Mischreibungszuständen trotz zahlreicher in der Vergangenheit durchgeführter Forschungsarbeiten immer noch in den Anfängen. Spezifische Arbeiten zur theoretischen Erklärung und Simulation von Mischreibungszuständen liegen vor, die experimentelle Validierung der Theorie scheitert jedoch am Fehlen geeigneter Messverfahren. Insbesondere zur Messung der lokalen (Spalt-)Temperaturen und lokaler Drücke unter Mischreibung steht bis heute keine geeignete Sensorik zur Verfügung.Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist deshalb die Erweiterung des Einsatzgebiets von Dünnschichtsensoren, welche in der Vergangenheit erfolgreich zur Erforschung der Elastohydrodynamik eingesetzt wurden, so dass auch Messungen unter Mischreibungsbedingungen mit zeitweiser Berührung der Reibpartner und damit deutlich höheren mechanischen Belastungen möglich sind. Hierzu müssen Verschleiß- und Haftfestigkeit der Sensorschichten verbessert werden. Im Rahmen dieses Vorhabens soll untersucht werden, ob dieses Ziel mit elektrisch nicht leitenden diamantartigen, amorphen kohlenstoff-basierten Schichtsystemen (Materialien: a-C, a-C:H, ta-C, ta-C:H, CBNC, Schichtkonzepte: Ein-, Mehrlagen-, und Gradientenschichten) erreicht werden kann. Hohe Haftfestigkeit und Härte, gute Wärmeleitfähigkeit, sowie hohe chemische Beständigkeit und eine große Variabilität der physikalischen Eigenschaften sind hervorstechende Eigenschaften dieser Schichten. Des Weiteren müssen die für den Einsatz im Bereich der Elastohydrodynamik verwendeten Sensorlayouts und -geometrien für den Einsatz im Mischreibungskontakt optimiert werden. Während in EHD-Linienkontakten Sensoren mit länglichen Messstellen eingesetzt werden können, werden unter Mischreibung nahezu punktförmige Sensoren benötigt. Die neuen Sensorsysteme sollen durch Messungen in einem der Gleitlagerprüfstände des IPEK validiert werden.Durch eine messtechnische Erfassung von Druck- und Temperaturverteilung im Mischreibungskontakt können sowohl das Verständnis der tribologischen Zusammenhänge experimentell vertieft als auch entsprechende Modelle verifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen