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Projekt
Fluidfreie Schmierung von Schneckengetrieben auf Basis von PTFE
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr. Michaela Gedan-Smolka; Professor Dr. Michael Kopnarski; Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer
Fachliche Zuordnung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407535491
Schneckengetriebe bieten aufgrund ihres kompakten Aufbaus und der erreichbaren hohen Übersetzungen für viele Stellanwendungen beispielsweise in der Lebensmitteltechnologie oder Medizintechnik eine sehr gute Lösung. Für Sicherheitsanforderungen kommen hochübersetzende kompakte Schneckengetriebe, die aus Stahlschnecke und Kunststoffschneckenrad bestehen jedoch im Allgemeinen nicht in Frage. Sind besondere Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, ist ein Ganzmetallgetriebe notwendig. Im Medizinbereich oder in der Lebensmittelindustrie werden häufig fluidfreie Getriebe gefordert. Sollen diese Getriebe bei sehr tiefen Temperaturen oder vergleichsweise hohen Temperaturen eingesetzt werden, kommen übliche fluide Schmiermittel ohnehin nicht in Frage. Die Aufgabe ein fluidfreies Schneckengetriebe zu ermöglichen, soll in diesem Projekt aufgrund vorliegender Erkenntnisse über PTFE (Polytetrafluorethylen) als Festschmierstoff realisiert werden. PTFE zeichnet sich durch einen breiten Temperatureinsatzbereich (-200…+260 °C), eine hohe Chemikalienbeständigkeit und sehr gute Antihafteigenschaften aus, die sich unter tribologischen Bedingungen in niedrigen Gleitreibungskoeffizienten äußern. Die relativ niedrige Verschleißbeständigkeit von PTFE in Relativbewegung mit Stahlgegenkörper macht ihn jedoch weniger geeignet für den Einsatz als Trockenschmierstoff in hochbelastete tribologischen Systemen. Durch Mischung bzw. Bindung von PTFE zu anderen Polymeren (z.B. Polyamid) entstehen Compounds mit verbesserten Verschleißverhalten.Ein Teil des Projektes wird die Entwicklung und Optimierung der Compounds sein, u.a bezüglich der Zer- und Verteilung der PTFE-Partikel in der Matrix sowie geeigneter Haftgruppen am Gegenkörper, wobei verschiedene Polyamide als Matrixpolymer untersucht werden. Das Schmierungskonzept des Schneckengetriebes basiert auf einer Transferschmierung durch ein Opferbauteil, das durch ein zusätzliches Schneckenrad aus Kunststoff mit dem Festschmierstoff (PA-PTFE-cb compound) eingebracht wird. Einen zweiten Teil stellt die Analyse des Transferfilmes von Opferschneckenrad zur Schneckenverzahnung dar. Umspannt werden diese Arbeiten von tribologischen Modellversuchen des PA-PTFE-cb Compound Materials im Kontakt gegen die Metallbauteile sowie dem Aufbau und Messungen an einem Prototypgetriebe. Durch die fluidfreie Schmierung wird der Wärmetransport völlig anders ausfallen als bei ölgeschmierten Schneckengetrieben. Daher werden Aufbau und Auswertung thermischer Modelle, sowie der Vergleich zu experimentellen Ergebnissen ebenfalls zum Projekt gehören.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Professor Dr.-Ing. Manuel Oehler
