Angewandte FuE zur Elektrotribologie für Ihr Unternehmen

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Elektrotribologie: Analysemethode und programmierbare Reibung

Das Team "Nachhaltige Schmierstoffe und Tribochemie" widmet sich der Entwicklung innovativer Ansätze in der Tribologie, mit einem besonderen Fokus auf dem Gebiet der Elektrotribologie. Dieser interdisziplinäre Ansatz verbindet Elektrotechnik und Tribologie zur Optimierung und Analyse von Tribosystemen.

Was ist Elektrotribologie?

Elektrotribologie untersucht die Wechselwirkungen zwischen sich bewegenden Oberflächen und einem Schmierstoff unter dem Einfluss von elektrischem Strom oder Potential. Diese Disziplin ist von entscheidender Bedeutung für Branchen wie die Elektromobilität und Windkraftanlagen, in denen elektrische Felder die Wirksamkeit von Schmierstoffen beeinflussen können.

Unsere Forschungsfelder umfassen:

  • Elektrochemische Analysen: Wir nutzen elektrische Ströme oder Spannungen, um die Prozesse von Korrosion und die Interaktionen zwischen Schmierstoffen und Oberflächen zu untersuchen. Auf dieser Grundlage identifizieren wir Additive, die den spezifischen Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht werden.
  • Gezielte Verbesserung der tribologischen Eigenschaften: Durch die gezielte Anwendung elektrischer Ströme oder Spannungen optimieren wir Tribosysteme, um Reibungs- und Verschleißverhalten zu verbessern. Dies umfasst die Steigerung der Leistungsfähigkeit und Effizienz durch verbesserte Wechselwirkungen zwischen Schmierstoffen, Additiven und Oberflächen.
  • Untersuchung von Strom als Ursache von Schädigungen: Wir erforschen die Auswirkungen parasitärer elektrischer Ströme auf tribologische Systeme und identifizieren Mechanismen wie z.B. elektrische Durchschläge in Wälzlagern. Unser Ziel ist es, durch gezielte Additivierung und innovative Lösungsansätze Schäden zu minimieren und die Zuverlässigkeit von Maschinen und Komponenten zu erhöhen.

FuE-Leistungen zur Elektrotribologie für Ihr Unternehmen

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Elektrotribologische Modellversuche: Kugel-3-Platten und 3-Segmente auf Platten-Prüfgeometrie mit elektrischer Kontaktierung. Untersuchung von Reibung und Verschleiß in Abhängigkeit elektrischer Potentiale.

Tribologische Standardprüfungen

 

  • Kombination elektrochemischer Methoden mit tribologischen Prüfungen, um elektrotribologische Untersuchungen an gängigen Modellprüfsystemen (u.a. Stift-Scheibe, Kugel-Platte) bei Rotation oder Oszillation durchzuführen.
  • Vorgabe elektrischer Spannungen oder Ströme mit einem Potentiostaten
  • Elektrisch isolierte Prüfstände

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E-Wälzlager: Messung der elektrischen Durchschlagsspannung an Wälzlagern bei Verwendung unterschiedlicher Schmierstoffe und Vorgabe spezifischer Spannungsmuster. Identifikation von Reibung und Verschleiß in Abhängigkeit des Schmierstoffs bei elektrischer Belastung. Anwendungsnaher Vergleich mit dem Stand der Technik möglich.

Tribologische Bauteilprüfungen und Systemanalyse

 

  • Messung der Durchschlagsspannung im Gleit- und Wälzlager
  • Gezielte Beeinflussung des tribologischen Verhaltens im Gleitlager durch Vorgabe elektrischer Spannungen
  • Vergleich mit dem Stand der Technik
  • Lebensdauerbewertung

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Hochauflösende Oberflächenanalytik zur Identifikation der tribologischen Mechanismen

Schadens- und Materialanalysen

 

  • Elektrotribologische Oberflächenschädigung (u.a. Elektropitting)
  • Hochauflösende Oberflächenanalytik (REM-EDX, XPS)
  • Schmierstoffzersetzung (IR-Spektroskopie, Rheologie)
  • Korrosion (u.a. Stromspannungskurven, Cyclovoltammetrie, elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS))

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E-Gleitlager: Methodenentwicklung zur Prüfung von Gleitlagern bei elektrischen Potentialen. Untersuchung des Einflusses elektrischer Potentiale auf Reibung und Verschleiß bei unterschiedlichen Materialien und Schmierstoffen. Anwendungsnaher Vergleich mit dem Stand der Technik möglich.

Entwicklung von Prüftechniken

 

  • Adaption elektrotribologischer Messungen an kundenspezifische Last- und Prüfgeometrien
  • Anwendungsnahe elektrotribologische Charakterisierung im Wälz- und Gleitlager

 

 

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Rheologische und tribologische Prüfung unterschiedlicher Additive in Schmiersoffen zur Optimierung von Reibung und Verschleiß

Entwicklung von Tribosystemen und Werkstoffsubstitution

 

  • Entwicklung elektrisch leitfähiger Modellschmierstoffe
  • Elektrochemische und elektrotribologische Prüfung unterschiedlichster Materialien (Polymere, Metalle, Keramik) und Schmierstoffe
  • Identifikation geeigneter Additive durch Untersuchung der tribologischen Mechanismen

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Beeinflussung der Wechselwirkung von ionischen Flüssigkeiten auf einer Oberfläche durch galvanisch induzierte elektrische Potenziale. Gezielte Optimierung von Reibung und Verschleiß.

Programmierbare Reibung

 

Im Forschungscluster "Programmierbare Reibung" wird die Steuerung von Reibung durch externe Trigger erforscht, um beispielsweise während des Betriebs einer Kupplung oder eines Lagers autonom den optimalen Reibwert einzustellen. Im Gegensatz zur einmaligen Anpassung des Schmierstoffs bietet dies enorme Vorteile für die Effizienz und Lebensdauer von Anwendungen. Unser Ziel ist es, Reibsysteme so zu programmieren, dass sie über die gesamten Anwendungsparameter hinweg im optimalen tribologischen Zustand betrieben werden.

Ein besonderes Augenmerk liegt auf neuartigen Lösungsansätzen, die durch optische oder elektrostatische Reize Reibeigenschaften steuerbar machen. Diese externen Schalter beeinflussen gezielt die Grenzflächenchemie und ermöglichen es, Reibungskoeffizienten oder Positionierung dynamisch anzupassen.

Zum Beispiel basiert unsere Forschung zur elektrisch programmierbaren Reibung auf der Verwendung von ionischen Flüssigkeiten, die durch elektrische Polarisierung der Reiboberflächen die Reibung gezielt verändern. Ein weiterer Ansatz besteht darin, Reibung über optisch schaltbare Schmierstoffe oder Oberflächen zu steuern, indem Licht als Schalter fungiert. Durch die Entwicklung solcher innovativen Lösungen tragen wir dazu bei, die Leistung und Effizienz mechanischer Systeme zu verbessern.

Weitere Informationen:

Projektprofil: E-Bear 2: Entwicklung von nachhaltigen Lagersystemen mit minimalen Reibungs- und Verschleißverlusten durch elektrisch programmierbare Reibung - Fraunhofer IWM
 

Webseite:

Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien CPM, Programmierbare Reibung
 

Blogbeiträge Mikrotribologiecentrum: 

Reversible Steuerung des Reibwerts mit ionischen Flüssigkeitsmischungen durch elektrische Potenziale

Biologisch inspirierte, umweltfreundliche Schmierstoffe auf Wasserbasis: Strom im Wälzlager

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Messung der Durchschlagsspannung (breakdown voltage, BDV) an geschmierten Wälzlagern.

Elektrotribologischen Charakterisierung von E-Fluids und Schmierfetten

 

In modernen elektrischen Antrieben sind E-Fluids und Schmierfette unerlässlich: Sie schmieren Getriebe und Lager und kühlen den Elektromotor. In Hochspannungsumgebungen schützen sie vor Korrosion und Kurzschlüssen. Ein zentrales Problem ist der Aufbau elektrischer Ladungen, der zu Durchschlägen und Schäden führen kann.

Unsere innovative Methode zur elektrotribologischen Charakterisierung von Schmierstoffen ermöglicht es uns, die Durchschlagsspannung in Wälzlagern präzise zu analysieren. Wir haben festgestellt, dass niedrigere Schmierstofftemperaturen die Durchschlagsspannung verringern. Eine höhere Viskosität bei kühleren Temperaturen steigert die Schmierfilmdicke und erhöht den elektrischen Widerstand, was den Durchschlag verzögert.

Ziel ist es, die elektrotribologischen Eigenschaften verschiedener Schmierstoffe zu untersuchen und deren elektrische Leitfähigkeit und Viskosität zu korrelieren. So legen wir den Grundstein für die Entwicklung von E-Fluids und Schmierfetten mit optimierten tribologischen und elektrochemischen Eigenschaften – für eine zuverlässige Leistung Ihrer Elektroantriebe.

Weitere Informationen:

Methodenentwicklung zur elektrotribologischen Charakterisierung von E-Fluids für Elektroantriebe

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