Trockenschmierung von Wälzkontakten durch selbstregenerative Molybdänoxidschichtsysteme

Aufgrund des weltweiten ökonomischen und ökologischen Wandels wird zunehmend die Verwendung innovativer umwelt- und ressourcenschonender Technologien gefordert. Die aktuelle Verknappung von wertvollen Energie- und Rohstoffressourcen, wie z.B. fossilen Brennstoffen und seltenen Legierungselementen erfordert eine optimale und nachhaltige Nutzung dieser Ressourcen. Dies kann durch eine Kombination von Gestaltungs- und Produktionsprozessen technischer Güter und Produkte des Maschinenbaus erzielt werden.Im SPP 2074 soll eine Ressourcenschonung an wälzbeanspruchten Konstruktionselementen durch den Verzicht auf eine fluidbasierende Schmierung, eine Verlängerung der Lebensdauer und geringere Reibungsverlust erreicht werden. Dieses Ziel wird durch den Einsatz von Molybdänoxiden als Festschmierstoff mit regenerierenden Eigenschaften verfolgt. Als Schichtsysteme bieten diese als Trockenschmierstoff eine harte, verschleißunempfindliche Oberfläche und elastische Eigenschaften in der Trägerschicht und im Reservoir. Im Falle eines Materialabtrags reagieren die unterliegenden Schichten mit dem Luftsauerstoff, sodass wieder eine Oberfläche mit guten Verschleißeigenschaften vorliegt. Dabei werden die Einsatzgrenzen dieses neuartigen Festschmierstoffsystems sind im Rahmen dieses Forschungsprojektes erforscht und mit herkömmlichen fettgeschmierten Lagern verglichen. Die gemeinsame Forschungsaktivität des Instituts für Werkstoffkunde (IW), des Instituts für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) und des Instituts für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) ermöglicht es, eine sich selbstregenerierende Feststoffschmierschicht zu entwickeln, die unter hoch belasteten Wälzkontakten Verschleißbeständigkeit gewährleistet. Dafür werden mittels PVD-Verfahren Schichtsysteme auf Molybdänoxidbasis als Festschmierstoffbildner auf den Wälzflächen eingesetzt werden. Die Eigenschaften von MoO₂ und MoO₃ prädestinieren diese Werkstoffe als mögliche Beschichtungsmaterialien für Wälzkontakte. Speziell MoO₃ ist aufgrund seiner Schichtstruktur als Festschmierstoff geeignet, MoO₂ eignet sich hingegen besonders als Reservoir- und Trägerschicht. Im Betrieb von hoch belasteten Roll-/Wälzkontakten findet fortwährend ein Schichtabbau durch Verschleißvorgänge statt. Die Vorgänge im Wälzkontakt werden über Prüfstandversuche analysiert. Die Verschleißvorgänge sind über ein FE-Modell in Kombination mit einer numerischen Verschleißberechnung tiefergehend zu erforschen. Die Arbeiten sollen es ermöglichen, dass das Verschleißverhalten der eingesetzten Schichten zu verstehen und Rückschlüsse auf die Standzeiten der Schichten im Betrieb zu erzielen