Friktionsanwendungen führen zu hohen mechanischen, tribologischen und thermisch-mechanischen Belastungen der Materialien, die eine Weiterentwicklung heute verfügbarer keramischer Werkstoffe notwendig machen. Kommerziell erhältliche Keramiken sind vor allem in Bezug auf ihre Festigkeit und Risszähigkeit optimiert, während die tribologischen Eigenschaften meistens weniger berücksichtigt werden. Friktionskontakte verlangen eine relativ hohe Reibungszahl bei möglichst großer Konstanz unter variierenden Betriebsbedingungen. In hoch beanspruchten Gleitsystemen stellt die Notwendigkeit zur Vermeidung von Schmierstoffen eine große Herausforderung dar. Niedrige Reibungszahlen und geringe Verschleißbeträge werden in mediengeschmierten (z.B. Wasser, Benzin) oder gar ungeschmierten Gleitpaarungen gefordert.
Im Projektbereich Systementwicklung und Konstruktion werden für die exemplarisch ausgewählten Systeme prototypische Bauteile bzw. Demonstrator-Systeme unter Einsatz von Ingenieurkeramiken entwickelt. Voraussetzung hierfür sind ingenieurmäßige Entwurfswerkzeuge, Gestaltungswerkzeuge und -prozesse sowie die Validierung der Entwicklungsschritte in praxisnahen, systemspezifischen Prüfständen bis hin zu Feldversuchen.
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Nasslaufende Friktionssysteme am Beispiel eines CVT-Umschlingungsgetriebes und einer Lamellenkupplung mit Komponenten aus Ingenieurkeramik. |
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Keramische Komponenten im trockenlaufenden Kupplungssystem. |
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Kurbeltriebe mit keramischen Komponenten für mediengeschmierte Pumpen. (Das Teilprojekt A3 wurde im Dezember 2003 erfolgreich abgeschlossen.) |
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Keramische Komponenten für die Benzin-Hochdruckeinspritzung. |
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Keramische Walzsysteme aus Siliciumnitrid. |
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Ontologiebasierte Entwicklungsumgebung für hochbeanspruchte tribologische Systeme auf Basis ingenieurkeramischer Werkstoffe. |
Im Projektbereich Werkstoff- und Wirkflächenentwicklung werden Keramiken systemspezifisch als Bulkmaterialien oder modifizierte Randschichten durch neue Konzepte der Herstellung und des tribologisch orientierten Gefügedesigns entwickelt. Sie werden in Modellversuchen unter Berücksichtigung der Anforderungen in den exemplarisch ausgewählten Systemen validiert und anwendungsspezifisch optimiert. |
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Keramische Werkstoffe für den Einsatz in hochbelasteten Gleitsystemen. (Das Teilprojekt B1 wurde im Dezember 2009 erfolgreich abgeschlossen und in das Transferprojekt T2 überführt.) |
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Lasergestütztes Fügen und Randschichtmodifizieren von keramischen Komponenten |
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Mikrostrukturierung keramischer und metallischer Funktionsflächen. |
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Verhalten von Friktionswerkstoffen unter thermisch-mechanischer Beanspruchung. (Das Teilprojekt B4 wurde im Dezember 2005 erfolgreich abgeschlossen.) |
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Einfluss mikrostruktureller Merkmale von Siliciumnitrid auf das Verhalten von Walzwerkzeugen. |
Im Projektbereich Charakterisierung und Modellierung werden handelsübliche und neuentwickelte Keramiken bezüglich ihres Verhaltens unter komplexen mechanischen und tribologischen Beanspruchungen, wie sie in den exemplarisch ausgewählten Systemen auftreten, charakterisiert und modelliert. Es werden Modellierungs- und Optimierungskonzepte entwickelt und Simulations- sowie Berechnungswerkzeuge zur Auslegung, Formgestaltung und Lebensdauerabschätzung der keramischen Bauteile bereitgestellt. |
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Keramik/Keramik- und Keramik/Metall-Tribokontakte unter Mangelschmierung. |
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Wechselwirkung von Eigenspannungen und Schädigungen unter thermisch-mechanischer Beanspruchung. (Das Teilprojekt C2 wurde im Dezember 2005 erfolgreich abgeschlossen.) |
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Berechung der Ausfallwahrscheinlichkeit bei gleitender Kontaktbelastung. (Das Teilprojekt C3 wurde im Dezember 2005 erfolgreich abgeschlossen.) |
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Stochastische Methoden. |
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Reibermüdungsverhalten ingenieurkeramischer Werkstoffe. |
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Mechanische Eigenschaften ingenieurkeramischer Werkstoffe bei hohen Temperaturen. (Das Teilprojekt C7 wurde im Juni 2009 erfolgreich abgeschlossen.) |
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Mechanismusbasierte mikromechanische Simulation des Rissfortschritts in gefügeverstärkten Hochleistungskeramiken. |
Im Projektbereich Transfer sollen im Rahmen von Kooperationen mit namhaften Industriepartnern die in den Teilprojekten B1 und C4 während der bisherigen Laufzeit an den Demonstratorsystemen des SFB 483 gewonnenen Erkenntnisse angewandt werden, um exemplarische Fragestellungen aus der industriellen Praxis zu bearbeiten und die Übertragbarkeit der eingesetzten Methoden zu verifizieren. |
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Zuverlässigkeitsanalyse keramischer Bauteile bei temperaturabhängigem Weibull-Modul. |
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Anwendungsaspekte für Sialon-Keramiken. |
