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Reduzierung von Verschleiß bei Maschinenbauteilen

Wenn Maschinen in Betrieb sind, kommt es zwischen ihren Bauteilen zu Reibung und damit zu Verschleiß – vor allem, wenn die Systeme nicht geschmiert sind. Diesen Verschleiß deutlich zu reduzieren, ist das Vorhaben eines Verbundprojektes der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), an dem Wissenschaftler des Instituts für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik der TU Chemnitz beteiligt sind. Das Projekt zielt darauf, die Lebensdauer von Maschinen zu erhöhen – von Bau- und Agrarmaschinen über Motoren und Anlagen der Lebensmittelindustrie bis hin zu Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt. Dadurch verringern sich zum einen die Kosten beim Betrieb der Anlagen, zum anderen können metallische Rohstoffe sparsamer und damit umweltschonender eingesetzt werden. Die DFG fördert das Verbundprojekt mit insgesamt 1,5 Millionen Euro für drei Jahre.

Im Zentrum stehen dabei die Weiterentwicklung und die Kombination neuer Verfahren – etwa des PTA-Schweißens, des Flamm- und Plasmaspritzens, des Heißisostatischen Pressens sowie des Plasmaelektrolytisches Oxidierens. Durch die Verarbeitung von hochlegierten Werkzeugstählen und Schichtwerkstoffen aus Pseudo- und Mehrphasenlegierungen wollen die Wissenschaftler optimale Verschleißeigenschaften bei komplexen Beanspruchungen erreichen. Das zunächst über Modellversuche ermittelte Verschleißverhalten soll wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse zu den werkstoffabhängigen und mikrostrukturbedingten Werkstoff- und Verschleißreaktionen bei ungeschmierter Beanspruchung liefern. “Das Verbundprojekt weist eine hohe wissenschaftliche wie auch technologische Relevanz auf”, sagt Prof. Dr. Bernhard Wielage, Inhaber der Professur Verbundwerkstoffe der TU Chemnitz.

Forschungspartner sind die Ruhr-Universität Bochum und die TU Clausthal.
“Es ist ein Netzwerk aus komplementär wirkenden Partnern zur Entwicklung und Anwendung neuartiger Ingenieurwerkstoffe für Verschleißschutzanwendungen entstanden”, schätzt Wielage ein. Die Forscher des Instituts für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik der TU Chemnitz bearbeiten zwei der insgesamt sechs Teilprojekte. Vor allem optimieren sie PTA-Werkstoffsysteme mittels thermischer Spritztechnik und erweitern deren Anwendungsspektrum. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf kostengünstigen, eisenbasierten Werkstoffen. Im zweiten Teilprojekt kombinieren sie die Verfahren der thermischen Spritztechnik und der Plasmaelektrolytischen Oxidation von Aluminiumwerkstoffen. Dabei entstehen hochverschleißfeste Aluminiumoxidkeramiken, die für verschiedene Substratwerkstoffe erprobt werden. “Durch diese Verfahrenskombination ergeben sich völlig neue Möglichkeiten zur Gestaltung dünnwandiger Bauteile für Leichtbaukonzepte”, sagt Prof. Thomas Lampke, Leiter der Professur Oberflächentechnik und Funktionswerkstoffe an der TU Chemnitz, und ergänzt: “Wir leisten damit einen wichtigen Beitrag zum Verstehen von tribologischen Vorgängen unter Verwendung neuer Werkstoffe.” Profitieren werden neben den Beschichtern und Anwendern auch Studierende, die in das Forschungsprojekt eingebunden sind und in werkstoffwissenschaftlichen Lehrveranstaltungen von aktuellen Ergebnisse erfahren. (TU Chemnitz)