Teilprojekt B3
Mikrostrukturierung keramischer und metallischer Funktionsflächen für mediengeschmierte Gleitsysteme
Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Zum Gahr
Institut für Angewandte Materialien (IAM-AWP)
Karlsruher Institut für Technologie
Die Bedeutung von Gleitsystemen mit direkter Schmierung durch das Arbeitsmedium nimmt ständig zu, gleichzeitig jedoch auch die tribologischen Anforderungen aufgrund der niedrigen Viskosität vieler Fördermedien, wie z.B. Ottokraftstoff. Das TP B3 hat in der laufenden Förderphase die Prozesstechnik zur lasergestützten, deterministischen Mikrotexturierung von Wirkflächen entwickelt und an relativ einfachen Texturelementen gezeigt, dass hierdurch das tribologische Verhalten von Gleitpaarungen unter Medienschmierung wesentlich verbessert werden kann. Den Vorteilen mediengeschmierter Gleitsysteme wie Vermeidung der Verunreinigung des Fördermediums oder Reduzierung der Systemabmessungen, Herstellungs- und Instandhaltungskosten stehen tribologische Nachteile wie geringere Viskosität des Fördermediums (Wasser, Ottokraftstoff), schlechte Benetzung der Funktionsflächen oder höhere chemische Reaktivität sowie das Fehlen von schmierfähigen Additiven und damit deutlich schlechteren Schmierungseigenschaften als übliche Öle gegenüber. Unter diesen Bedingungen bieten ingenieurkeramische Werkstoffe im Vergleich mit metallischen Werkstoffen ein hohes Anwendungspotenzial auf Grund ihrer hohen chemischen Beständigkeit, geringen Neigung zum Fressen, hohen Härte und Steifigkeit sowie der niedrigen Dichte, was z.B. für reversierend bewegte Bauteile wichtig sein kann. Die primäre Zielrichtung ist das mit Ottokraftstoff geschmierte Gleitsystem „Nocken/Gleitschuh“ von Hochdruck-Einspritzpumpen, wobei durch den Einsatz ingenieurkeramischer Werkstoffe hohe Einspritzdrücke von 500 bar funktionssicher möglich werden sollen. Hierzu werden im TP B3 geeignete Wirkflächentexturierungen und die zu ihrer Realisierung notwendigen lasergestützten Prozesse entwickelt. Zur Evaluierung der tribologischen Eigenschaften und Optimierung der Mikrotexturierungen werden Versuche im mediengeschmierten (Isooktan, Wasser), reversierenden Gleitkontakt in einem Labortribometer unter Berücksichtigung der Anforderungen des Zielsystems durchgeführt. |