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Oberflächenstrukturen für tribologische Anwendungen von Kunststoffteilen

FVA 907 I | IGF-Nr. 20967 N

Mikroskopische Aufnahme eines Kratzers an strukturierter Oberfläche (links) sowie FEM-Simulation eines oszillierenden Gleitreibversuchs einer einzelnen Strukturerhebung auf glatter Grundfläche (rechts)

Entwicklung eines Berechnungs- und Dimensionierungsmodells zur Definition geeigneter Oberflächenstrukturen für tribologische Anwendungen von Kunststoffbauteilen

Nur wer mitmacht, kann mitbestimmen!

Reibung und Verschleiß verursachen jährlich hohe volkswirtschaftliche Schäden, auch in Anwendungen mit Kunststoffen, in denen eine Schmierung durch Medien oder Additive im Kunststoff nicht möglich ist. Eine gezielte Strukturierung der Kunststoffoberflächen soll hierbei eine Verbesserung der Kratz- und Verschleißwerte sowie der Reibwerte hervorrufen. Die prinzipielle Wirkweise von Mikrostrukturen in Bauteiloberflächen ist dabei noch nicht ausreichend erforscht, weshalb Dimensionierungsgrundlagen fehlen. Zusätzlich ist die Herstellung der Mikrostrukturen stark werkstoffabhängig.

In diesem Projekt soll daher der Einfluss von Oberflächenstrukturen auf Reibung und Verschleiß bzw. Kratzen untersucht werden, wodurch am Ende des Projekts ein Werkzeug zur gezielten Dimensionierung von Oberflächenstrukturen entwickelt werden soll. Mit Hilfe dieses Wergzeugs sollen ungeschmierte tribologische Systeme verbessert und somit wertvolle Ressourcen eingespart werden.

Hierfür soll eine Musterstruktur entwickelt werden, für die eine analytisch und FEM-basierte Modellierung erfolgen soll. Das so erstellte Modell soll durch Kratzexperimente und Langzeitreibversuche validiert werden. Zusätzlich sollen die mechanischen Parameter und Oberflächeneigenschaften der Musterstruktur ermittelt und mittels Parameterstudien überprüft werden.

Mit Hilfe der gesammelten Daten soll eine Anwendersoftware erstellt werden, mit der das Verhalten von Mikrostrukturen sowohl bei Einzel- als auch bei Mehrfachkontakt unter spezifischen Belastungs- und Umgebungsbedingungen simuliert werden kann.

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