Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Schmierstoff-Kunststoff-Wechselwirkungen und mechanischen sowie tribologischen Eigenschaften zur verbesserten Materialauswahl

19. Februar 2020

© Fraunhofer IWM
Abbildung 1: Die thermische Auslagerung von Thermoplasten in verschiedenen Schmierstoffen wird unter verschiedenen Umgebungsbedingungen durchgeführt.

Dr.-Ing. Christof Koplin

Trotz langjähriger Untersuchungen und umfangreicher Kenntnisse zum tribologischen Verhalten von Kunststoffen bei Firmen aus dem Bereich der Antriebstechnik kommt es immer wieder zu unerwarteten Ausfällen mit den damit verbundenen Folgekosten. Ursachen hierfür sind häufig Änderungen der Additivpakete der Kunststoffe durch Rohstoffhersteller (ohne dass diese den Kunden in jedem Fall angezeigt werden), die Verwendung neuer Kunststoffmaterialien, die Verwendung anderer Schmierstoffe, die große Variationsbreite von Stand- und Betriebszeiten (z.B. im PKW) oder extreme thermische Belastungen im Betrieb. Es ist bekannt, dass Schmierstoffe und Polymere miteinander wechselwirken und sich deren Eigenschaften dadurch massiv ändern können. Die hierbei wirkenden chemisch-physikalischen Vorgänge sind bisher ungenügend verstanden. Insbesondere ist unklar, wie sich Änderungen der Polymereigenschaften auf das tribologische Verhalten auswirken.

Um die Sicherheit bei der Materialauswahl zu erhöhen und den Anwendern längere Einsatzdauern zu garantieren, besteht seitens der Wirtschaft der Wunsch nach einem vertieften Verständnis der physikalischen und chemischen Wechselwirkungen zwischen Schmierstoff und Kunststoff in Hinblick auf deren Auswirkungen auf das tribologische Verhalten und die Lebensdauer von Kunststofflagern und -verzahnungen. Weiterhin besteht der Wunsch, durch aussagekräftige, praxistaugliche und möglichst einfache Prüfverfahren die Auswahl der Kunststoffmaterialien und der Schmierstoff-Kunststoff-Kombinationen zu qualifizieren, um das Risiko des Ausfalls von Bauteilen und die damit verbundenen Regressforderungen zu minimieren.

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Abbildung 2: Die Spreitungsneigung eines Schmierstoffs zwischen 2 adhäsiven Gleitpartnern, welche die adhäsive Reibung reduziert, wird über die Interaktionsenergie Wspreading beschrieben und die Interaktionsneigung zwischen Thermoplast und Schmierstoff, die zur Quellung des Polymer oder dem Lösen von Polymer führen kann, wird Wsolving genannt.

Ziel des Projektes ist es, Basiswissen zu den Wechselwirkungen zwischen Polymeren und Schmierstoffen zu erarbeiten und hieraus einfache Kriterien für die Identifizierung kritischer Schmierstoffkomponenten und die Auswahl geeigneter Kunststoff/Schmierstoff-Paarungen abzuleiten.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit der Fraunhofer Institute LBF und IWM werden durch die Kombination physikalischer und chemischer Charakterisierungsmethoden mit tribologischen Versuchen, die für das tribologische Verhalten von Kunststoffen relevanten Kunststoff/Schmierstoff-Wechselwirkungen identifiziert. Die Erkenntnisse sollen in Modellen zusammengefasst werden.

Das IGF-Vorhaben 20375 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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