Tribologische Systeme auf der Mikro- und Nanoskala verstehen

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Tribokonditionierung und -analytik Standort Karlsruhe

Tribologische Fragestellungen haben skalenübergreifende Ursachen auf der Nano-, Mikro- oder Makroskala. Wechselwirkungen auf atomarer Ebene charakterisieren beispielsweise das Verhalten eines Schmierstoffs mit den Oberflächen. Ebenso bedeutend sind mesoskalige Effekte, wie der Einfluss der Mikrostruktur, Rauheit und der Festigkeit von Oberflächen.

Um Verschleißmechanismen aufzuklären, verwenden wir kontinuierliche hochauflösende Reibungs- und Verschleißmessungen. Den Einfluss der tribologischen Beanspruchung auf oberflächennahe Bereiche der Werkstoffe untersuchen wir mit modernen Methoden der Oberflächenanalytik.

Leistungen

 

Reibungs- und Verschleißanalytik an automotiven Bauteilen und anderen Komponenten in Anwendungen aus dem Maschinenbau

Mechanochemie zur Entwicklung neuartiger Verschleißschutzadditive

Grundlagenforschung zum Verständnis von elementaren tribologischen Mechanismen

Einlaufoptimierung 

Oberflächenanalytik mit AFM und XPS

Topographieanalysen mit WLI und AFM

Themen

 

Verständnis elementarer Mechanismen im Tribokontakt

 

Die elementaren Prozesse, welche die Lebensdauer und die Effizienz von Reibkontakten technischer Bauteile bestimmt, spielen sich auf den ersten hundert Nanometern unterhalb der Oberfläche ab. Dabei sind Reibung und Verschleiß hochdynamische Nichtgleichgewichtsvorgänge, die einer intensiven Rückkopplung unterworfen sind. Durch Kombination von in-situ Tribometrie, oberflächenphysikalischer und...

 

Tribokonditionierung bei der Endbearbeitung

 

Bei der Endbearbeitung einer tribologisch zu belastenden Oberfläche ändert sich nicht nur die Topographie, sondern auch das Randzonengefüge unter der Oberfläche und die chemische Zusammensetzung im oberflächennahen Bereich. Diese beiden Größen haben zusammen mit der Topographie einen entscheidenden Einfluss auf das Reibungs-, Verschleiß- und Einlaufverhalten...

 

Tribologie niedrigster Verschleißraten

 

Bauteile in Motoren haben nach optimalem Einlauf ultrakleine Verschleißgeschwindigkeiten im Bereich von wenigen Nanometern pro Stunde. Zur Analyse derartiger Systeme wird die Radionuklidtechnik eingesetzt, die diese kleinen Verschleißraten in Echtzeit erfasst. Damit ist es möglich, die hauptsächlichen Hebel der tribologischen Optimierung – Einlaufdynamik, Additivchemie und energetisch gesteuerte Endbearbeitung – zu bedienen...

 

Tribo-Analytik

 

Neben der Durchführung von Reibungsversuchen spielt die begleitende Analytik eine entscheidende Rolle für ein Verständnis der Mechanismen im Kontakt. So können die Auswirkungen von Endbearbeitungen, Topographien oder Ölen auf Reibung und Verschleiß in Tribometerexperimenten gemessen werden und mit der Analytik der chemischen Zusammensetzung der Randzone, der Nanohärte und dem Randzonengefüge zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden...

 

 

 

Tribologie auf Komponentenebene

 

Reibungs- und Verschleiß sind Systemgrößen und keine Werkstoffeigenschaften. Für die Beurteilung der Tribologie von Bauteilen muss daher häufig ein Mittelweg gefunden werden, der es erlaubt, so nah wie nötig am Realsystem zu bleiben und dennoch Reibungs- und Verschleißwerte zugänglich zu machen und die Prüfung mit einem überschaubaren Aufwand durchzuführen.

 

 

Tribochemie

 

Im Reibkontakt überlagern sich mechanische und thermische Effekte, die zu einer Aktivierung der Oberfläche führen. Insbesondere wenn Schmierstoffe im Schmierspalt vorliegen, kommt es zu tribochemischen Reaktionen. Schichtbildende Additive wie z.B. Verschleißschutzadditive, bauen unter tribologischer Belastung einen Dritten Körper auf, der aus Additivverbindungen und Grundmaterial besteht...

 

 

 

Publikationen zum Thema Tribokonditionierung und -analytik


Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...

Maschinen und Geräte

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Lehre

 

Vorlesung »Tribologie«, Karlsruher Institut für Technologie

Vorlesung »Nanotechnologie für Naturwissenschaftler und Ingenieure«, Karlsruher Institut für Technologie

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