Teilprojekt C1

Keramik/Metall-Tribokontakte in ölgeschmierten Friktionspaarungen

Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Zum Gahr 
Institut für Angewandte Materialien (IAM-AWP)
Karlsruher Institut für Technologie 

Das Teilprojekt C1 untersucht in Modell- und Prüfstandversuchen das tribologische Verhalten von Keramik/Stahl-Paarungen und entwickelt aus dem wissenschaftlichen Verständnis der Wirkmechanismen ein systemspezifisches Wirkflächendesign in Hinblick auf den Einsatz in ölgeschmierten Friktionssystemen, wie z.B. in ölgeschmierten Lamellenkupplungen. Aus den Ergebnissen der grundlagenorientierten Modellversuche in einem hoch auflösenden „In situ-Tribometer“ werden Auslegungskonzepte für die Mikrotexturierung der Wirkflächen auf Basis von Modellbildungen entwickelt und diese in den Prüfstandversuchen bei anwendungsrelevanten Bedingungen getestet.

Die Untersuchungen werden in einer Pellet/Scheibe-Konfiguration unter einsinniger, ölgeschmierter Gleitbeanspruchung durchgeführt, wobei in den Prüfstandversuchen verschiedene Ingenieurkeramiken (Al₂O₃, Al₂O₃-ZrO₂ und SSiC) gegen eine normalisierte 100Cr6-Stahlscheibe gepaart werden. Es konnte gezeigt werden, dass durch das lasergestützte Einbringen von gekreuzten Kanalstrukturen, mit Kanalbreiten von z.B. 100 µm, eine signifikante Erhöhung des Reibungszahlniveaus, eine Verbesserung der Reibungszahlkonstanz bei variierter Gleitgeschwindigkeit oder längerer Laufzeit und eine verbesserte Laufruhe, d.h. Vermeiden von temporären Reibungszahlerhöhungen, gegenüber gleichen Paarungen ohne mikrotexturierte keramische Pellets erreicht wurden. Die Ergebnisse machen deutlich, dass die lasergestützte Mikrotexturierung der Wirkflächen ein hohes, entwicklungsfähiges Anwendungspotential als Designdetail für ölgeschmierte Friktionssysteme aufweist.