Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMEntwicklung und Optimierung feststoffgeschmierter Wälzlager; Ermittlung der optimalen Zusammensetzung eines polymerischen Composite-Schmierstoffs; Konstruktion eines Wälzlagerkäfigs, um dosierten Schmierstofftransfer zu ermöglichen; Mechanistisches Verständnis der Reib und Transfermechanismen von PTFE/PEEK-Kompositen.
Polytetrafluorethylenschmierung von Radialwälzlagern: Kontrolle des Schmierstofftransfers durch Käfigkonzeptionierung nach materialspezifischen Anforderungen
Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Der Festschmierstoff Polytetrafluorethylen (PTFE) wird häufig in niedrigbelasteten Wälzkontakten verwendet, wenn der Einsatz von konventionellen Flüssigschmierstoffen aufgrund von Betriebsbedingungen wie Vakuum oder hohen Temperaturen ausgeschlossen ist. Für die Anwendung in hochbelasteten Wälzkontakten hingegen ist die Festigkeit des PTFEs nicht mehr ausreichend, und eine Lebensdauerschmierung nicht mehr möglich. In Wälzlagern ist eine technische Lösung zur Kompensation des PTFE-Verlusts eine kontinuierliche Nachschmierung, indem PTFE-Reservoire in den Wälzlager-Käfig eingebaut werden und Schmierstoff nach und nach auf die Wälzkörper transferiert wird. Zusätzlich kann die Festigkeit von PTFE durch Mischen mit dem hochleistungspolymer PEEK erhöht werden.
Im Rahmen des Projekts wurde sowohl von experimenteller Seite (RWTH Aachen) als auch mittels atomistischer Simulationen (Fraunhofer IWM) die Schmiermechanismen von PTFE untersucht und die Machbarkeit der Bereitstellung in Wälzlagern über einen zwischen Wälzkörper und Käfig erzeugten Transferfilm nachgewiesen. Darüber hinaus konnte durch die Nutzung eines PTFE/PEEK Komposites der Schmierstoffverbrauch infolge von Verschleiß des Komposits drastisch gesenkt werden, da PTFE in der PEEK-Matrix verankert wird und so weniger leicht aus dem Kontakt entfernt werden kann.
Arbeitspakete Fraunhofer IWM:
- Entwicklung eines Simulationaufbaus von feststoffgeschmierten Stahloberflächen.
- Simulative Untersuchung der Reib-, Verschleiß- und Transfermechanismen von PTFE und PTFE/PEEK
Transfer der Projektergebnisse in folgende FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM für Unternehmen:
- Entwicklung maßgeschneiderter Kraftfelder für atomistische Simulationen von feststoffgeschmierten Systemen.
- Klärung von Reibmechanismen von polymerischen Festschmierstoffen als Grundlage der mechanismen-basierten Substitution von fluorhaltigen Schmierstoffkomponenten.
- Bestimmung von idealen Schmierstoffmengen als Kompromiss zwischen Schmierstoffverbrauch und Reibreduktion.
Förderhinweis
