Tribologie des Systems Nockenwelle-Haube

1.12.2017

© Fraunhofer IWM

Die Oberflächen technischer Werkstoffe werden durch Kräfte und chemische Substanzen, welche im letzten Bearbeitungsschritt der Fertigung einwirken, maßgeblich beeinflusst. Die Wirktiefe der Endbearbeitung liegt zwischen wenigen Nanometern bis zu circa zehn Mikrometern. In diesen Bereichen gibt es eine zum Grundgefüge veränderte Morphologie sowie eine modifizierte chemische Zusammensetzung, die das Reib- und Verschleißverhalten im Grenz- und Mischreibungsbereich des Tribokontakts bestimmen. Die betrachtete Werkstoffpaarung, St52-3 gegen AlSi10Mg, entspricht dem Werkstoffsystem einer Nockenwellenlagerung. Die Lagerung im Aluminium wurde durch Drehen hergestellt, während die Welle durch Polymerläppen konditioniert wurde.

Bei den durchgeführten Untersuchungen wurde das Polymerläppen mit einer Druckvariation von 1 bis 4 bar beurteilt, was einem Gesamtenergieeintrag von 480 bis 1200 J entspricht. Bei Drücken von 3 bis 4 bar war dieser druckinduzierte Energieeintrag ausreichend groß, um ein stabiles Einlaufverhalten mit kleinen Reibwerten und geringem Verschleiß im Grenz- und Mischreibungsbereich herzustellen. Im Gegensatz dazu war der Energieeintrag mit einem Läppdruck von 1 bis 3 bar zu gering. Dies führte zu einer doppelt so großen Reibung und erhöhtem Verschleiß beziehungsweise zum Fresser. Der Zusammenhang zwischen Energieeintrag und dem sich dadurch einstellenden Reib- und Verschleißverhalten wurde anhand zweier Charakteristika des oberflächennahen Werktoffbereichs nachvollzogen. Zum einen waren dies die Tiefe des durch Kornverfeinerung verfestigten, oberflächennahen Gefügebereichs und zum anderen die Adsorption einer organischen Grenzschicht. Zwischen Energieeintrag und erreichter Tiefe mit verfeinertem Gefüge besteht ein linearer Zusammenhang.

Dissertation Weyhmüller