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Friction Optimisation of Seals through advanced Laser Surface Texturing of Moulds (MouldTex)

Friction Optimisation of Seals through advanced Laser Surface Texturing of Moulds (MouldTex)

Leaders:  Dr.-Ing. Matthias Wangenheim
Email:  brase@ids.uni-hannover.de
Team:  M. Sc. Markus Brase (Reibung und Tribologie)
Year:  2020

Dichtungen sind erforderlich, um ungewollte Stoffübergänge zwischen zwei Arbeitsräumen mit gemeinsamer Grenzfläche zu verhindern. So kann ein technisches System beispielsweise von Verunreinigungen geschützt oder das Austreten von Schmier- und Betriebsstoffen verhindert werden. Insbesondere bei dynamischen Dichtungen, die durch eine Relativbewegung zwischen Dichtung und abzudichtendem Bauteil charakterisiert sind, ist die Verringerung des Reibungsniveaus ein wichtiges Entwicklungsziel, um den Wirkungsgrad des Systems zu steigern. Die Reibung kann durch den Einsatz von Schmiermitteln, optimierten Dichtungsgeometrien beziehungsweise Materialien, aber auch durch die geeignete Wahl von mehrskaligen Oberflächentexturen gesenkt werden.

Im EU-Projekt MouldTex werden die mehrskaligen Oberflächentexturen in Form von makroskopischen Vertiefungen und mikroskopischen Rauheiten auf die Dichtungsoberfläche appliziert (siehe Abbildung 1 links). Die Herstellung der Dichtungen erfolgt mittels einer innovativen, für die Massenfertigung geeigneten Produktionsmethode, bei der die Oberflächentextur direkt während des Vulkanisationsprozesses von der lasertexturierten Form auf die Dichtung übertragen wird. Das IDS untersucht während des Projektes sowohl die Reibkräfte translatorischer als auch rotatorischer Dichtungen und bestimmt das Reibungsreduktionspotential unterschiedlicher Oberflächen. Zum Verständnis der wirkenden Reibmechanismen und zur Vorhersage der Reibkräfte wird außer dem ein Mischreibungsmodell entwickelt, das Trocken- und Fluidreibeffekte in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebsbedingungen und Oberflächentexturen berücksichtigt (siehe Abbildung 1 rechts).

Die Mechanismen, die zur Reibungsreduktion der mehrskaligen Oberflächentexturen beitragen, sind unter anderem die Verringerung der realen Kontaktfläche, die Verbesserung des hydrodynamischen Druckaufbaus zwischen Dichtung und Gegenlauffläche sowie die Eigenschaft der Textur den Schmierstoff zu speichern und die Abriebpartikel einzufangen. Das Ziel des Projektes ist die experimentelle und modellbasierte Identifizierung optimaler Texturen, welche die Reibung um mindestens 20% reduzieren.