Ingenieurtechnische Anwendungen beinhalten oft geschmierte (Teil-)Systeme. Kommt es in solchen Systemen zur Bildung einer ausreichend dicken Schmiermittelschicht, können kontaktierende Oberflächen voneinander getrennt werden (z.B. Getriebeverzahnung, Vollschmierung beim Gleitlager). Dies wird hydrodynamische Schmierung genannt und sorgt dafür, dass in diesen Systemen kein Verschleiß auftritt. Die meisten modernen Systeme werden allerdings im Bereich der Mischschmierung betrieben, was dazu führt, dass Oberflächen bzw. deren Asperiten (Rauheitsspitzen) in direkten Kontakt kommen und einem Großteil der Belastung ausgesetzt sind. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen führt dies zu Verschleiß und zu einer reduzierten Lebensdauer. Eine geeignete Maßnahme ist beispielsweise die Verwendung von Anti-Verschleiß-Additiven. Dies sind chemische Substanzen, die einem Schmiermittel hinzugefügt werden, um selbst bei einem direkten Kontakt von Oberflächen Verschleiß (des Grundmaterials) zu vermeiden. Das ist möglich, da Additive bei korrekter Anwendung eine schützende Oberflächenschicht, einen sogenannten Tribofilm, bilden. Aufgrund der Scherbelastung wird diese Schicht zwar verschleißen, sie kann aber durch chemische oder physikalische Prozesse erneuert werden. Bei Kontakten, die im Bereich der Mischschmierung agieren, ist das Gleichgewicht zwischen der Rate des Schichtabtrags und der Rate der Schichterneuerung entscheidend für den Verschleißschutz. Für die Untersuchung des Verschleißes des Tribofilms wird die Theorie von Rabinowicz und für die Bildung des Tribofilms die Theorie von Eyring verwendet.

Im Laufe des Projekts soll ein Simulationsverfahren entwickelt werden, welches sowohl den Verschleiß als auch die Neubildung des Tribofilms darstellt. Die verschiedenen Einflussparamter (z.B. mechanische Eigenschaften, Art des Additivs usw.) sollen dabei variierbar sein, um beliebige Systeme und Konfigurationen berechnen zu können und die Anwendung auf reale Systeme zu ermöglichen. Die experimentellen Untersuchungen im makroskopischen Bereich zur Verifizierung der Simulationsergebnisse und zur Bereitstellung von Oberflächendaten werden vom Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie der Leibniz Universität Hannover durchgeführt. Die ergänzenden molekulardynamischen Simulationen im mikroskopischen Bereich zur Bestimmung von mechanischen Eigenschaften werden vom Institut für Mikrosystemtechnik der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg realisiert.

Projektträger: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Leitung: Prof. Dr. Valentin L. Popov

Projektwissenschaftler: M.Sc. Henning Burger