Oberflächen und Mikrostrukturen - Engineered Surfaces

Struktur- und Funktionsbauteile kommen in den vielfältigsten Bereichen zum Einsatz. Für die Optimierung dieser Bauteile werden je nach Anwendungsfall anforderungsgerecht gestaltete Oberflächen immer wichtiger. So können durch einstellbare Spannungszustände und Oberflächentopografien – auch im Zusammenhang mit Beschichtungen – verschiedene Bauteileigenschaften positiv beeinflusst werden, z. B. hinsichtlich des Strömungswiderstandes oder des tribologischen Verhaltens. Funktionale Oberflächen tragen so zu umweltfreundlichen und energieeffizienten Lösungen bei.

Wir entwickeln Fertigungsverfahren und Prozesse, die es ermöglichen, Reibung und Verschleiß dauerhaft zu reduzieren. Die Erzeugung der hierzu erforderlichen Funktionsoberflächen kann direkt in die Präzisionsendbearbeitung der Komponenten eingebunden werden. Dies kann bspw. durch eine fertigungsintegrierte Vorwegnahme des Einlaufprozesses und die gezielte Bildung nanoskaliger Randschichten während der Endbearbeitung erfolgen.

Am Beispiel des Auf- und Formbohrens von Zylinderlaufflächen in Endbearbeitungsqualität verkürzen wir bestehende Prozessketten von Verdichtern, Kompressoren und Motoren, steigern die Bauteilqualität und leisten einen Beitrag zur ressourceneffizienten Produktion. Die Weiterentwicklung der Minimalmengenschmier- und Trockenbearbeitung trägt zusätzlich zur Steigerung der Energieeffizienz in der Fertigung bei.

Darüber hinaus sind u. a. Aspekte der Reibungsreduzierung in hydraulischen Pumpensystemen und Gleitlagern, der Haftreiberhöhung von Klemmsystemen und in life-science-Anwendungen als auch die Reduzierung von Kontaktwiderständen elektrischer Systeme aktuelle Fragestellungen derzeitiger Forschungen.

Auslegung

Spezifisch ausgelegte Mikrostrukturen für tribologisch belastete Oberflächen erzielen bspw. über einen bestimmten Last- und Geschwindigkeitsbereich eine signifikante Verbesserung des Reibkoeffizienten um bis zu 40 Prozent gegenüber unstrukturierten Reibpartnern und zeigen dabei ein gleichmäßiges Tragbild auf beiden Kontaktpartnern. Die Effekte der Strukturierung sind u. a. abhängig von den geometrischen Parametern der Mikrostrukturen. Das betrifft sowohl die laterale und vertikale Form als auch deren Aspektverhältnis sowie den Traganteil der mikrostrukturierten Oberfläche.

Entwicklung von Technologien, Werkzeugen und Prozessketten

Für die reproduzierbare und effiziente Fertigung großer Funktionsflächen mit definiertem Oberflächenprofil und Randschicht sind grundlagenorientierte und applikationsspezifische Technologie-, Werkzeug- und Prozessentwicklungen erforderlich. Unsere Untersuchungen konzentrieren sich auf die Erweiterung der Prozessgrenzen durch hybride abtragende und spanende Endbearbeitung wie z. B. Laserstrukturierung, Strukturrollieren, Formbohren und präzise elektrochemische Bearbeitung.

Bewertung von Oberflächen und Bauteilen

Die Bewertung und Verifizierung der Wirkungsweise der erzeugten Funktionsoberflächen erfolgt mit geometrischer und tribometrischer Messtechnik. Dabei werden z. B. Reibpartner mit neu entwickelten Oberflächen auf rotatorischen oder translatorischen Tribometern bzw. Komponentenprüfständen mit kontinuierlichen oder auch reversierenden betriebsnahen Gleitbewegungen hinsichtlich Reibungskoeffizient und Verschleißverhalten untersucht.

Forschungsschwerpunkte

 

Tribologie

 

Tribometrie

 

Strukturrollieren