Hochtemperaturtribologie

Tribo-Scheibe
© Foto Fraunhofer IWM

Wir machen Reibung und Verschleiß bei Werkstoffen und Komponenten unter hohen Temperaturen berechenbar: mit unseren experimentellen Prüfungen, bei denen die thermischen Effekte von Materialien und ihren Oberflächen anwendungsnah untersucht werden.

Hohe Einsatztemperaturen sind allgegenwärtig: Ob in Antrieben, in industriellen Fertigungsprozessen wie Warmumformung und Zerspanung,
der Energieerzeugung. Überall besteht das Problem, dass bei nicht mehr zureichender Schmierung mit Öl oder Fett ungeschmierte Reibkontake möglichst lange und zuverlässig funktionieren müssen.

Häufig bestimmen oder begrenzen hohe Temperaturen die Leistungsfähigkeit reibbelasteter Systeme. Hohe Temperaturen entstehen dabei nicht nur durch die Umgebung, sondern werden auch durch Reibungswärme erzeugt.

Dabei reagieren verschiedene Werkstoffklassen – Polymere, Metalle, Keramiken und Beschichtungen sehr unterschiedlich auf erhöhte Einsatz- oder Reibtemperaturen: Während Polymere und manche Beschichtungen eher thermisch zersetzt werden, reagieren andere Werkstoffe stärker mit der Atmosphäre oder werden im stark adhäsiven Reibkontakt plastisch verformt.

Eine besondere Herausforderung ist eine experimentelle Prüfung, bei der die thermischen Effekte – einschließlich der Wechselwirkungen mit der Atmosphäre – anwendungsnah simuliert werden können. Nur dann können wirklich relevante Aussagen zum tribologischen Verhalten von Systemen unter erhöhten Temperaturen erhalten werden.

Unsere Arbeiten klären die Tribologie von Werkstoffen und Komponenten bei hohen Temperaturen auf, um zur Beschreibung und Verbesserung der Systeme hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer beizutragen.

© Foto Fraunhofer IWM/Bernd Müller

Reibversuche zur tribologischen Charakterisierung von Reibpaarungen für Hochtemperaturanwendungen z.B. in Verbrennungsmotoren oder bei Umformvorgängen liefern Aussagen über Reibkoeffizienten, Verschleißvorgänge und Verschleißart.

Themen und Projekte des Fraunhofer IWM mit Bezug zur Hochtemperaturtribologie:

 

Reibungs- und Verschleißverhalten von Gleitlagerungen bei hohen Einsatztemperaturen

Tribologie von Verbrennungsmotoren im Bereich Ventil/Ventilsitz bzw. Kolben/Zylinder

Entwicklung und Qualifizierung von Beschichtungen für hohe Einsatztemperaturen

Entwicklung von keramischen Werkzeugen zum Heißpressen von Magneten

Tribologie von Warmumformprozessen, z.B. Walzen, Strangpressen

Tribologische Qualifizierung keramischer bzw. beschichteter Zerspanwerkzeuge

Weiterentwicklung der tribologischen Prüftechnik für hohe Temperaturen und definierte Atmosphären

Numerische Simulation thermomechanischer Belastungen in Reibkontakten

Verschleißsimulation bei hohen Temperaturen

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© Foto Firma Drahtzug Stein GmbH & Co. KG, Altleiningen

Erprobungsbeispiel Rohrschweißanlage

© Foto Fraunhofer IWM

Prinzipieller Hochtemperaturprüfaufbau des Schwingungs-Reibverschleiß-Prüfstands (SRV)

© Foto Fraunhofer IWM

Prüfanordnung mit eingeschalteter Heizung

Aktuelle Veranstaltungen

 

Workshop »Reibung und Verschleiß bei hohen Temperaturen« am 21. und 22. November 2017 in Freiburg

 

direkt zur Anmeldung 

Khader, I.; Renz, A.; Kailer, A.; A wear model for silicon nitride in dry sliding contact against a nickel-base alloy; Wear 376-377/Part A (2017) 352-362 Link

Renz, A.; Kürten, D.; Lehmann, O.; Wear of hardfaced valve spindles in highly loaded stationary lean-burn large bore gas engines; Wear 376-377/Part B (2017) 1652-1661 Link

Renz, A.; Khader, I.; Kailer, A.; Tribochemical wear of cutting-tool ceramics in sliding contact against a nickel-base alloy; Journal of the European Ceramic Society 36/3 (2016) 705-717 Link

Rapoport, L.; Moshkovich, A.; Perfilyev, V.; Lapsker, I.; Kugler, M.; Kailer, A.; Renz, A.; Hollstein, T.; High temperature friction behavior of CrVxN coatings; Surface and Coatings Technology 238 (2014) 207-215 Link

Khader, I.; Renz, A.; Kailer, A.; Haas, D.; Thermal and corrosion properties of silicon nitride for copper die casting components; Journal of the European Ceramic Society 33/3 (2013) 593-602 Link

Khader, I.; Hashibon, A.; Albina, J.-M.; Kailer, A.; Wear and corrosion of silicon nitride rolling tools in copper rolling; Wear 271/9-11 (2011) 2531-2541 Link

Khader, I.; Kailer, A.; Damage mechanisms in silicon nitride wire-rolling tools: Lab-scale experiments and correlation with finite element modeling; Journal of Materials Processing Technology 210/10 (2010) 1314-1325 Link

Kailer, A.; Mauk, P.-J.; Eckardt, C.; Berroth, K.; Kozlowski, J.; Wagemann, A.; Ceramic rolling tools for enhanced lifetime and product quality; Steel Research International 79/Special Edition; Pietrzyk, M. (Ed.) Verlag Stahleisen, Düsseldorf (2008) 401-406 Link

Kailer, A.; Hollstein, T.; Walzen mit Keramik; in Tagungsband zum Fachsymposium "Keramik für Walzwerkstechnik"; Fraunhofer-IRB-Verlag, Stuttgart (2004) 128 Seiten Link

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