Funktionsoberflächen

Oberflächen bilden die Schnittstelle zwischen technischen Systemen und ihrer Umwelt. Dabei haben die Oberflächentopografie und die Randschichteigenschaften einen maßgeblichen Einfluss auf Funktionalität, Gebrauchswert und Lebensdauer eines Bauteils. Dieser Aspekt ist insbesondere für tribologisch beanspruchte sowie biologisch funktionale Oberflächen und für Dicht- und Fügeflächen von großer Bedeutung. Durch gezielte Einstellung von Oberflächeneigenschaften können beispielsweise bei Gleitflächen Reibungsverluste reduziert und der Verschleiß verringert werden.

Die Oberflächeneigenschaften können insbesondere nach folgenden Kriterien an die Applikationsanforderungen angepasst werden:

  • Mechanisch (u. a. Reibung, Verschleiß) 
  • Chemisch (u. a. Korrosion, Benetzbarkeit) 
  • Elektrisch (u. a. Leitfähigkeit, Isolation) 
  • Optisch (u. a. Reflexion, Transmission) 
     

Trends

Oberflächen als Schlüssel für Innovationen:

  • Simulationsbasierte Auslegung und Modellierung von Funktionsoberflächen und Tribosystemen 
  • Anwendungsspezifische Werkstoff- und Beschichtungsauswahl 
  • Auf Effizienzgewinne abgestimmte Oberflächentopografie- und Randschichtmodifizierung 
  • Messtechnische, tribologische und funktionale Bauteilbewertung 
  • Ganzheitliche Analyse von Bauteilen und Baugruppen hinsichtlich Geometrie, Rauheit, Härte, Reibung, Funktionalität und Schadensmechanismen

Anwendungsbeispiele

  • Reibungsoptimierte Komponenten für Automotive-, Werkzeug- und Textilmaschinen sowie Hydrauliksysteme 
  • Grip-Steigerung bei Handbällen und Klettergriffen 
  • Haftreibungserhöhung in Klemmsystemen 
  • Reduzierung elektrischer Kontaktwiderstände 
  • Oberflächen zur Verbesserung von Dichtwirkung, Schichthaftung und Entformbarkeit 
  • Vorkonditionierte Oberflächen zur Vorwegnahme des Einlaufprozesses 
  • Tribologisch optimierte Schneidstempel 
  • Entwicklung neuartiger Schmierstoffsensoren 
  • Beeinflussung mikrohydrodynamischer Effekte 
  • Finishbearbeitung von Oberflächen aus Hochleistungsmaterialien 

Unser Leistungsangebot

Das Leistungsangebot umfasst vielfältige und passgenaue Formate – von fundierten Machbarkeitsstudien und anwendungsnahen Dienstleistungen über professionelle Prototypenentwicklung und die Begleitung bei der Serieneinführung bis hin zur Zusammenarbeit als Forschungs- und Entwicklungspartner. Auf dieser Basis unterstützen wir den nachhaltigen Technologietransfer in industrielle Prozesse und Produkte.

Simulation

Modellierung, Simulation und Optimierung funktionaler Oberflächen unter Einsatz anwendungsorientierter Simulationsmethoden. Unsere Kompetenzen liegen in der Strukturmechanik und der Tribologie z. B.:

  • Simulation elektrischer Kontakte 
  • Simulation des tribologischen Einsatzverhaltens von Zahnrädern 
  • Tribologische Auslegung von Schneidkanten

Finishbearbeitung

Anwendung und Weiterentwicklung spanender Finishbearbeitungsverfahren zur gezielten Einstellung funktionsgerechter Oberflächentopografien und Randschichteigenschaften von Bauteilen.

  • Erzeugung definierter Rauheiten und Oberflächenstrukturen auf Lauf- und Führungsflächen sowie Fertigung tribologisch, haftreibungs- und gripoptimierter Oberflächen
  • Einstellung vorkonditionierter Randschichtgefüge sowie gezielte Porenfreilegung bei thermisch gespritzten Schichten
  • Substitution konventioneller Honarbeitsgänge sowie Einbringung kontinuierlicher Kavitäten durch Strukturrollieren

Tribologische Bewertung

Bewertung von Funktionsoberflächen mittels Reibprüfständen auf Basis normgerechter Prüfverfahren sowie anwendungsspezifisch abgeleiteter Prüfkonzepte.

  • Normgerechte Prüfung von Schmierstoffen (Fette und Öle) sowie Verschleißbewertung unterschiedlicher Werkstoffvariationen
  • Anforderungsorientierte Modifikation von Prüfständen zur Bewertung tribologisch belasteter Komponenten sowie Analyse des Einlauf- und Verschleißverhaltens von Bauteilen und Oberflächen
  • Bewertung der Schichthaftung thermisch gespritzter Schichten sowie Untersuchung tribokorrosiver Beanspruchungen

Funktionsprüfstände

Entwicklung und Nutzung von Funktionsprüfständen zur Bewertung von Bauteilen unter realitätsnahen Betriebsbedingungen.

  • Haftreibungsermittlung für Klemmsysteme unter höchsten Genauigkeitsanforderungen
  • Zyklische Prüfung elektrischer Hochstromkontakte
  • Entwicklung von Funktionsprüfständen mit automatisierten Prüfabläufen

Bauteilvermessung

Umfassende Analyse von Bauteilen und Baugruppen hinsichtlich Geometrie, Rauheit, Oberfläche, Härte und Werkstoffeigenschaften.

  • Geometrievermessung mittels Koordinatenmessgeräten und Streifenlichtprojektion 
  • Rauheits- und Oberflächenanalyse im 2D- und 3D-Bereich mittels optischer und taktiler Messverfahren
  • Härtemessung, Probenpräparation und Werkstoffanalyse

Referenzprojekte

 

Entwicklung grip-resilienter Klettergriffe

Klettergriffe z.B. beim Bouldern verschmutzen und verschleißen stark, weshalb sie regelmäßig gereinigt oder ersetzt werden müssen. Die Bewertung von Grip und Abnutzung erfolgt bisher rein subjektiv. Im Projekt wird eine multikriterielle Prüfmethode zur objektiven Bewertung der Eigenschaften von Klettergriffen entwickelt. Diese Methode dient als Grundlage für die gezielte Entwicklung und Herstellung von grip-resilienten und nachhaltigen Klettergriffen.

 

Reduzierte elektrische Kontaktwiderstände

Derzeit eingesetzte manuell geführte Stecker-Buchse-Kontaktierungen bei Elektrofahrzeugen sind durch die erforderliche niedrige Bedienkraft begrenzt. Demgegenüber bietet eine Stirnkontaktierung Potenzial für wesentlich höhere übertragbare elektrische Leistungen. Für die Entwicklung einer neuartigen Stirnkontaktierung für die elektrische Energieübertragung im Megawatt-Bereich ist u.a. die Geometrie und Topografie der Kontaktoberflächen von Bedeutung.

 

Validierte Haftreibwerterhöhung für hochgenaue Klemmsysteme

Gestiegene Anforderungen an Werkzeugmaschinen erfordern Innovationen in Größe und Aufbau derzeit verwendeter Klemmsysteme, um u. a. konträren Forderungen nach höheren Klemmmomenten zur Steigerung der Zerspanvolumina sowie reduzierten Normalkräften zur Implementierung elektromechanischer Antriebe nachzukommen. Dazu wurden reibwerterhöhende Oberflächen der Reibpartner des Klemmsystems entwickelt. 

 

Reibungsreduzierung in Hub-Kolben-Systemen und Antriebskomponenten

Mit der energetisch gesteuerten spanenden Endbearbeitung und dem Strukturrollieren stehen neue Fertigungsmethoden für die Finish-Bearbeitung von Gleitflächen zur Verfügung. Geringere Reibwerte führen zu einer längeren Lebensdauer der Bauteile mit gesteigerter und erweiterter Funktionalität.

Publikationen zum Thema

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2026 Standmengenerhöhung durch die Mikrostrukturierung von Schneidstempeln
Richter, Karsten; Schmidt, Torsten; Nestler, Matthias; Kräusel, Verena; Edelmann, Jan
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2026 Microstructuring of cutting punches for tribological optimization of stamping processes
Schmidt, Torsten; Richter, Karsten; Edelmann, Jan; Kräusel, Verena
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2026 Electrification-Ready Tribology: Experimental and Simulation Insights into Wear and Performance of Surface Optimized Valve Plates
Ivantysyn, Roman; Shorbagy, Ahmed; Weber, Jürgen; Reddy, Raghavendra; Rauschenberger, Mathias; Schmidt, Torsten
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2026 Efficient characterization of rubber-like sealing materials using a specialized testing device
Kanzenbach, Lars
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2025 Face contact technology for a megawatt charging system
Wieland, Sebastian; Kanzenbach, Lars; Sun, Tingyan; Edelmann, Jan; Draganov, Hristo; Seiler, Christian; Vorwerk, Tim; Pongratz, Christina; Keunecke, Martin; Schott, Anna; Dix, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2025 Mechanical Recycling: Processing Challenges
Müller, Torsten; Ibañez, Jose Maldonado; Schneider, Jörg; Moser, Kevin
Aufsatz in Buch
Book Article
2025 Influence of surface finishing on the tribological application behavior using the example of cylindrical gears
Kanzenbach, Lars; Schuffenhauer, Richard Friedrich; Wieland, Sebastian; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2025 Investigation of a new material and sealing geometry for aluminum-based components in ultra-high vacuum applications
Kanzenbach, Lars; Richter, Daniel; Schmidt, Torsten; Schneider, Jörg; Gruber, C.; Gerlach, L.; Nowicki, P.; Hüttl, S.; Trützschler, A.; Bergner, K.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2025 Structure and Validation of a Kinematic Surface Simulation Model for the ultrashort-pulse Direct-Laser-Writing Process
Wieland, Fabian; Gärtner, Eric; Wieland, Sebastian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2025 Gripoptimierung weicher Polymeroberflächen am Beispiel des Handballs
Fritz, Susanne; Rincke, Christine; Strangfeld, Martin; Schneider, Jörg; Wieland, Sebastian; Krumm, Dominik
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2024 Design of electrical contact surfaces for fast charging systems
Kanzenbach, Lars; Wieland, Sebastian; Schneider, Jörg; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2024 Structure and Validation of a Kinematic Surface Simulation Model for the Direct Laser Writing Process
Wieland, Fabian; Gärtner, Eric; Wieland, Sebastian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2024 Experimental setup for evaluation of electrical face contacts for high-current applications
Wieland, Sebastian; Sun, Tingyan; Kanzenbach, Lars; Schneider, Jörg; Edelmann, Jan; Dix, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Investigations on the surface texture after pulsed electrochemical machining (PECM) of the magnetic shape memory alloy NiMnGa
Böttcher, Falko; Schneider, Jörg; Husnain, Rizwan Ul; Edelmann, Jan; Böhm, Andrea
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Precise parallel processing of a magnetic shape memory alloy using PECM
Böttcher, Falko; Schneider, Jörg; Husnain, Rizwan Ul; Edelmann, Jan
Meeting Abstract
2023 Experimental setup for long term high-precision static friction tests for clamping systems of rotary tables in cutting machine tools
Wieland, Sebastian; Zschech, Richard; Schneider, Jörg; Müller, Jens; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Experimental setup for long term high-precision static friction tests for clamping systems of rotary tables in cutting machine tools
Wieland, Sebastian; Zschech, Richard; Schneider, Jörg; Müller, Jens; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Mikrostrukturierung von Bohrungsmantelflächen
Funke, Roman; Schmidt, Torsten; Schubert, Andreas; Edelmann, Jan
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Simulation concept for surface designs increasing the coefficient of static friction
Walther, Franz; Wieland, Sebastian; Schneider, Jörg; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 New Separation Processes for Fabrication of Magnetic Shape Memory Actuator Elements
Böhm, Andrea; Meichnser, Gunnar; Schneider, Jörg; Drossel, Welf-Guntram
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Surface modification of forming tools for aluminum sheet metal forming
Kuisat, Florian; Abraham, Tim; Schmidt, Torsten; Weber, Martin; Demmler, Matthias; Bräuer, Günter; Lasagni, Andrés Fabián
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Tool concept for structure rolling to improve tribologically stressed components
Schmidt, Torsten; Schneider, Jörg; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Surface modification of additively manufactured gamma titanium aluminide hardware
Seidel, André; Davids, Andreas; Polenz, Stefan; Straubel, Ariane; Maiwald, Tim; Moritz, Juliane; Schneider, Jörg; Marquardt, Axel; Saha, S.; Riede, Mirko; Lopez, Elena; Brückner, Frank; Leyens, Christoph
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Surface modification for SMC moulding tools by laser remelting
Gärtner, Eric; Vogel, Marc; Schneider, Jörg; Edelmann, Jan
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Advanced manufacturing approach via the combination of selective laser melting and laser metal deposition
Schneider, Jörg; Seidel, André; Gumpinger, Johannes; Riede, Mirko; Lopez, Elena; Brückner, Frank; Leyens, Christoph
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Funktionsoberflächen für den Werkzeugbau zum Pressen und Lackieren glasfaserverstärker Kunststoffe
Schneider, Jörg
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Sealing of glass with titanium by glass pressing at the softening point
Winkler, Sebastian; Edelmann, Jan; Günther, Daniel; Wieland, Sebastian; Selbmann, Franz; Baum, Mario; Schubert, Andreas
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
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