Forschung im Bereich der Tribologie am Lehrstuhl für Allgemeinen Maschinenbau

Die Forschung im Bereich Tribologie zielt auf Komponenten von Antriebssträngen, Rad/Schiene-Kontakten, etc. ab. Dabei steht oftmals das Verständis über die tribologische Funktionsweise im Vordergrund. Diese Kenntnis ist die Basis für eine gezielte Optimierung der tribologischen Systeme, sei es hinsichtlich Tragfähigkeit, Verschleißverhalten, Wirkungsgrad, Herstellkosten, etc.

Der Forschungsansatz kombiniert experimentelle Methoden auf Modellmaßstab, Analytik und Simulation. Ausgangspunkt ist häufig die Identifikation der Funktionsweise bzw. des Schadensvorgangs an realen Systemen basierend auf schadensanalytischen Untersuchungen. Maßgeschneiderte Prüfmethoden ermöglichen eine Nachbildung der Funktionsweise anhand von tribologischen Modellsystemen. 

Dadurch ergibt sich ein tieferer Einblick in das Systemverhalten und die Evaluierung von Modifikationen bzw. das Durchführen von Sensitivitätsanalysen.

Ingenieurwissenschaftliche Forschungsmethoden im Bereich der Tribologie

Die Foschungsmethoden des Lehrstuhls für Allgemeinen Maschinenbau lassen sich wie folgt untergliedern:

 

Wissensaufbau über tribologische Funktionsmechanismen / Prozesse / Schädigungen bzw. tribologischer Auslegungsgrenzen von realen Systemen

Viele Forschungsaufgaben haben zum Ziel Verständnis über tribologische Funktionsmechanismen, tribologisch Prozesse bzw. Schädigungen von realen Anwendungen aufzubauen. Zusätzlich können auch tribologische Auslegungsgrenzen (Design rules) von realen Systemen von Interesse sein. Am Lehrstuhl werden derartige Fragestellungen nach folgender Vorgangsweise bearbeitet:

  • Schadensanalyse (ex-situ): aus Feld (an Bauteilen) bzw. Labor (an Versuchsobjekten) zur Identifikation der tribologischen Prozesse
  • Visualisierung von tribologischen Prozessen mittels schädigungsäquivalenter Modelltests
    • Breite Auswahl von Prüfsystemen verfügbar bzw. Entwicklung maßgeschneiderter Prüfaufbauten falls erforderlich
    • Extreme Verhältnisse darstellbar (bis 1000°C; bis 8000 UPM; definierte Ölmangelschmierung, etc.)
    • Anmerkung: tribologische Prüftechnik für den Einfluss von Wasserstoff (Wasserstoffversprödung) und Ammoniak im Aufbau!
    • Gezielte Variation von Einflussparameter & guter Zugang für in-situ Messung
  • Simulation (Modellsysteme und reale Systeme)
    • Schmierfilmaufbau → Reibung (Einfluss: Rauigkeit, Strukturierungen; Methoden: TEHL, Flussfaktoren, etc.)
    • Beanspruchung in Randschicht (im Interface (Asperitäten) & unter Oberfläche (Hertzscher Kontakte))
    • Verschleiß (Kontaktmodelle; Verschleißmodelle)
  • Messung tribologischer Größen (in-situ) → Link zu tribologischen Prozessen / Auslegungsgrenzen
    • Labor (Reibung, Verschleiß, Temperatur, elektrischer Kontaktwiderstand, Körperschall (Acoustic Emission))
    • Feld / reale Anwendung: Körperschall (Acoustic Emission) → Health Monitoring / Predictive Maintainance

 

Wissensbasierte Optimierung von Tribosystemen

Die Kenntnis der tribologischen Funktionsweise bzw. der dominierenden tribologischen Prozesse ergmöglicht eine gezielte Optimierung von Tribosystemen. Dabei können beispielsweise die verwendeten Werkstoffe oder Oberlächenstruktuierungen angepasst werden.

  • Werkstoffsysteme (Materialien, Aufbau), Schmierstoffe und deren Interaktion
  • Oberflächenstrukturierungen

 

Screeningtests auf Modellmaßstab

Die Entwicklung von schädigungsäquivalenten Screeningtests auf Modellmaßstab ermöglicht eine zeit- und ressourcenschonende Bewertung von unterschiedlichen Varianten. Dabei unterstützt der Lehrstuhl einen Transfer der validierten Prüftechnik für einen Einsatz beim Forschungspartner.

  • Entwicklung von Screening-Methoden auf Modellmaßstab
  • Versuchsdurchführung am Lehrstuhl (Benchmarktests)
  • Transfer der validierten Screeningmethode zum Forschungspartner