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Ob bei Getrieben von riesigen Windkraftanlagen, bei Implantaten wie künstlichen Hüften oder den Kurbelwellen kleiner Hochleistungs-Automotoren – die Anforderungen an die Qualität und Lebensdauer der verbauten Materialen steigt. Die drei Ruhrgebiets-Universitäten Ruhr-Universität Bochum (RUB), Technische Universität Dortmund (TU Dortmund) und Universität Duisburg-Essen (UDE), die im Rahmen der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr) kooperieren, forschen gemeinsam auf diesem Feld.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen im Rahmen des UA-Ruhr-Projekts Materials Chain dabei, wie bereits bei der spanenden Fertigung der Bauteile gezielt Bedingungen geschaffen werden, die dauerhaft einen „dritten Körper“ erzeugen können, das so genannte Tribomaterial.
Erreicht werden soll das durch die gezielte Abstimmung von Werkstofftechnik – das übernehmen RUB und UDE – und Fertigung als Aufgabe für die TU Dortmund. Der „dritte Körper“ kann unter bestimmten Bedingungen entstehen, wenn zwei Flächen aufeinander treffen, also beispielsweise zwei Zahnräder eines Getriebes ineinander greifen. Um die Reibung zwischen den Flächen zu vermindern, wird häufig ein Hilfsstoff – etwa Öl – eingesetzt. In diesen wiederum wandern kleinste Partikel, die aus den Metallflächen abgerieben werden. Das gewünschte Tribomaterial entsteht, der Verschleiß des Metallwerkstoffs minimiert sich und im laufenden Betrieb regeneriert sich der „dritte Körper“ im optimalen Fall kontinuierlich.
Enge Zusammenarbeit der drei Revier-Universitäten
Die Voraussetzung für das Entstehen des Tribomaterials ist, dass der Werkstoff eine Oberfläche aufweist, die einerseits hart ist, andererseits aber auch über speziell im Einzelnen noch zu klärenden Eigenschaften im Nanobereich verfügt. Um das Material mit diesen scheinbar widersprüchlichen Eigenschaften auszustatten, arbeiten die drei Revier-Universitäten eng zusammen: Vereinfacht gesagt, stellt die RUB die Ausgangsmaterialen zur Verfügung, die TU Dortmund übernimmt das Fräsen, Schleifen und Finishen des Materials, während an der UDE die Analyse der erzeugten Oberflächen und ihres Verhaltens stattfindet.
Im Detail wurden an der RUB am Lehrstuhl für Werkstofftechnik von Prof. Werner Theisen Proben erzeugt, die Werkstoffe umfangreich charakterisiert und angepasst: Dazu haben die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in die Randzonen verschiedener Metallproben unterschiedliche Kohlenstoffanteile eingebracht und damit diese Randzonen jeweils speziell gehärtet. Mit aufwendigen Finish- und Schleifprozessen hat anschließend Sebastian Goeke, Mitarbeiter im Institut für Spanende Fertigung (ISF) von Prof. Dirk Biermann an der TU Dortmund, diese vorbereiteten Proben bearbeitet. Daniel Stickel und Priska Stemmer aus der Arbeitsgruppe von Prof. Alfons Fischer im Bereich der Werkstofftechnik der UDE analysierten dann die Mikrostruktur der bearbeiteten Werkstoffe. Immer wieder gab es Rückmeldungen in dieser Schleife der Zusammenarbeit, so dass die Forschung im Projekt weiter vorangetrieben wird.
Forschungsbedarf weiterhin groß
„Unser gemeinsames Projekt zeigt, dass in der gezielten Abstimmung der Werkstofftechnik und der anschließenden spanenden Bearbeitung großes Potenzial zur Steigerung der Leistungsfähigkeit tribologisch beanspruchter Funktionsflächen besteht“, sagt Sebastian Goeke von der TU Dortmund. „Trotz der erzielten Fortschritte besteht weiterhin erheblicher Forschungsbedarf. Die im Projekt entstandenen Fragestellungen werden sich nur in Kooperation mit weiteren Instituten und Einrichtungen außerhalb unseres Fachgebietes lösen lassen. So stellt beispielsweise die ortsaufgelöste chemische Analyse des Tribomaterials eine wichtige Komponente dar.“ An dieser Stelle kann die Zusammenarbeit mit anderen Fakultäten ansetzen.
Das Projekt ist ein Beispiel für die intensivere Zusammenarbeit der drei Ruhrgebiets-Universitäten unter dem Dach der UA Ruhr: Unter dem Begriff „Materials Chain“ bringen die Universitäten die exzellenten Bereiche ihrer Material‐, Werkstoff- und Produktionswissenschaften zusammen. Materials Chain deckt dabei vom Materialdesign über die Werkstoffherstellung und -veredelung bis hin zur Charakterisierung und Verarbeitung im Produktionsprozess alle Phasen moderner Produktions- und Materialwissenschaften ab.
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
Materials sciences
transregional, national
Cooperation agreements, Research projects
German
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