Green Bearings

Beschreibung

Im Kontext zunehmender Verknappung von Ressourcen sowie der Vielzahl an Anwendungsfeldern in denen mineralölbasierte Schmierstoffe nicht einsetzbar sind, werden im Rahmen dieser Dissertation trockenlaufende und beschichtete Wälzlager untersucht. Hierzu wird ein für Überrollung geeignetes Dünnschichtsystem ermittelt, das den wegfallenden Reibungs- und Verschleißschutz eines konventionellen Schmiermittels soweit kompensiert, dass der Betrieb des trockenlaufenden Lagers über eine Mindestdauer von 10⁶ Umdrehungen realisierbar ist. Dabei spielt auch die Wahl der zu beschichtenden Komponenten des betrachteten Rillenkugellagers eine wesentliche Rolle, sodass die resultierenden drei Varianten der alleinigen Ring bzw. Kugelbeschichtung sowie der Kombination daraus thematisiert werden. Anhand umfassender Bauteilversuche und einer ausführlichen Verschleißanalyse wird eine mittels PVD-Technik applizierte metallhaltige wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C:H:Me) als geeignet identifiziert. Die längsten Laufzeiten werden mit der alleinigen Beschichtung der Kugeln realisiert. Tiefergehende Analysen des einzelnen Wälzkontakts mithilfe von Zwei-Scheiben-Versuchen offenbaren einen geschwindigkeitsabhängigen Grenzwert der Pressung, oberhalb dessen sich der Schicht-Schicht-Kontakt negativ auf die Gebrauchsdauer auswirkt und längere Laufzeiten durch das Beschichten lediglich eines Kontaktpartners erzielt werden.

Darauf aufbauend wird ein Beitrag zur Berechnung der Gebrauchsdauer trockenlaufender, beschichteter Wälzlager geleistet, da bislang kein validierter Ansatz für amorphe Kohlenstoffschichten existiert. Das zugrundeliegende, für Festschmierstoffe mit Schichtgitterstruktur ausgelegte reibenergetische Verschleißmodell wird hierfür in verschiedenen Punkten modifiziert. Die Notwendigkeit ergibt sich aus der Betrachtung radialer Belastungen sowie der Berücksichtigung der Applikation des Schichtsystems auf den Ringen, insbesondere im Kontext der radialkraftbedingten ungleichmäßigen Lastverteilung. Weiterhin wird das pressungs- und geschwindigkeitsabhängige nichtlineare Verschleißverhalten der a-C:H:Me-Schicht integriert. Die Validierung anhand der mittels Weibull-Auswertung experimentell bestimmten Gebrauchsdauern zeigt eine ausgezeichnete Übereinstimmung und belegt demnach die korrekte Vorhersagefähigkeit des weiterentwickelten Reibungsenergie-Verschleiß-Ansatzes.