Funktionale Oberflächen

  Oberflächenstrukturierung für Tribologieoptimierung IBF

Die Oberflächen von Werkzeugen, Halbzeugen und Endprodukten spielen eine wesentliche Rolle bei der Erfüllung technischer Funktionen, z. B. hinsichtlich Tribologie, Strömungsverhalten und Lackierbarkeit.

Die in diesem Querschnittsbereich verankerten Forschungsthemen sind unterschiedlichen Arbeitsgruppen zugeordnet und werden im Folgenden dargestellt.

 
 

Untersuchung des Nachwalzens mit Fokus Oberfläche

Skizze des Nachwalzprozesses mit mill finish und EDT Oberfläche

Eine wichtige Charakteristik gewalzter Aluminiumbänder für den Einsatz in der Automobilaußenhaut ist die Beschaffenheit der Oberfläche. Die Topographie der Oberfläche und insbesondere die Anzahl der Rauigkeitsspitzen sowie das Volumen geschlossener Schmiertaschen beeinflussen den Erfolg der nachfolgenden Prozessschritte Tiefziehen und Lackieren.
In den bisherigen Arbeiten wurde untersucht, welcher Zusammenhang zwischen der Prozesskinematik des Nachwalzens und den Abprägemechanismen besteht. Dazu wurde die Kinematik eines Prozessmodells des Flachwalzens auf ein Mesomodell zur Beschreibung der Oberflächenabprägung übertragen. Bezüglich der Abprägung der Oberfläche konnte eine gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment gezeigt werden.
Mittelfristig soll das numerische Modell dazu dienen, eine wissensbasierte Auslegung des Skin-Pass Prozesses für Aluminiumlegierungen unter Berücksichtigung globaler und lokaler Einflüsse zu ermöglichen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Stephan Hojda.


Bild: Skizze des Nachwalzprozesses mit mill finish und EDT Oberfläche, Bildrechte: IBF
 
Simulation der Oberflächenabprägung beim Nachwalzen von Aluminium
Simulation der Oberflächenabprägung beim Nachwalzen von Aluminium
 
 

Ressourceneffiziente Maschinenelemente

Strukturierte Wellenhülse mit vergrößertem Ausschnitt der Struktur

Speziell designte Oberflächen können durch eine Senkung des Reibwerts und eine Verschiebung des hydrodynamischen Reibregimes hin zu kleineren Drehzahlen die Effizienz von Lagern erhöhen. So dienen hemisphärische Oberflächenstrukturen mit einer Tiefe und einem Durchmesser von 50 µm als Depot für Schmierstoff in der Kontaktzone und können abrasive Partikel aufnehmen. Weiterhin sind kanalförmige Strukturen in der Lage, Schmierstoff gezielt in den tribologischen Kontakt zu leiten. Am IBF sind Umformverfahren zur Herstellung solcher Strukturen in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes entwickelt worden. Durch die Strukturierung von Gleit- und Wälzlagern konnte der positive Einfluss der hergestellten Strukturen auf den Tribokontakt erfolgreich gezeigt werden.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Markus Grüber.


Bild: Strukturierte Wellenhülse mit vergrößertem Ausschnitt der Struktur, Bildrechte: IBF
 

Ribletwalzen

Mit Riblets strukturiertes Aluminiumblech

Das Riblet-Walzen ist ein Walzverfahren zur Herstellung strömungsoptimierter Oberflächen. Hierzu wird die Oberfläche von weichen Blechwerkstoffen in einem Walzstich mit kleinsten Rillenstrukturen ähnlich der Haifischhaut versehen. Diese sogenannten Riblets können zur Verminderung von Reibungsverlusten auf umströmten oder in durchströmten Körpern verwendet werden. Das Walzen bietet die Möglichkeit, solche funktionalen Strukturen mit Hilfe einer auf die Arbeitswalze aufgebrachten Negativstruktur mit hoher Effizienz auch auf großflächige metallische Werkstücke zu übertragen.
Am IBF werden verschiedene Verfahren untersucht, um Walzen entsprechend zu strukturieren. So ist das "Microwind"-Verfahren entwickelt worden, bei dem die Walze mit sehr dünnem Draht (minimal ca. 90 µm) umwickelt wird. Mit dieser Walze wurden bereits erfolgreich Riblets in Aluminiumbleche gewalzt. Es ergibt sich die gewünschte halbkreisförmige Struktur im Blechquerschnitt.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Markus Grüber.


Bild: Mit Riblets strukturiertes Aluminiumblech, Bildrechte: IBF