PEGASUS – damit es läuft wie geschmiert
Plasmadeponierte Kohlenstoffschichten zur Minimierung von Reibverlusten.
Reibung und Verschleiß sind Systemgrößen, die bei einer gegebenen Material-Schmierstoff-Kombination von einer Vielzahl von Belastungs- und Umgebungsbedingungen abhängen. Im Hinblick auf maximale Energieeffizienz sollten technische Systeme eine möglichst niedrige oder optimaler Weise keine Reibung aufweisen. Dieses Supraschmierfähigkeit genannte Phänomen wurde vor einigen Jahren an den im Fraunhofer IWS erzeugten Kohlenstoffbeschichtungen des Typs ta-C in Kombination mit einigen organischen Fluiden entdeckt.
Abb.: Visualisierung der Supraschmierfähigkeit. (Bild: Fh-IWS)
„Gelänge es, die ta-C-Beschichtungen als lebensdauerstabile Schicht auf Gleitkomponenten aufzubringen und spezielle reibungsmindernde Substanzen wirksam in den Schmierstoff einzubringen, könnten mit relativ einfachen, absolut umweltverträglichen Maßnahmen enorme Reduzierungen von Reibungsverlusten in verschiedensten technischen Anwendungen erreicht werden“, sagt Prof. Dr. Andreas Leson, Abteilungsleiter PVD- und Nanotechnologie am Fraunhofer IWS Dresden.
Das Projekt „PEGASUS“ - ein Akronym für „Progressiver Energiebilanz-Gewinn im Antriebsstrang durch Schichtwerkstoffe und Schmierstoffe“ - basierte auf der Vision, Supraschmierfähigkeit in technischen Anwendungen nutzbar zu machen. Im Fokus standen Automobilkomponenten im Motor und Antriebsstrang. An ausgewählten diamantartigen Kohlenstoffschichten und zahlreichen Schmierstoff-Additiv-Kombinationen wurden umfangreiche tribologische Versuchsreihen, analytische Untersuchungen und Simulationen durchgeführt. „Dank absolut gleicher Prüfbedingungen für alle untersuchten Beschichtungsproben lieferte der anschließende Vergleich aller Reibungs- und Verschleißkenngrößen wertvolle Hinweise auf systematische Einflüsse und die Stellschrauben zur Optimierung des Beschichtungsprozesses in Verbindung mit typischen Schmierstoffen“ erläutert Dr. Volker Weihnacht, Projektleiter des IWS-Teilprojektes im PEGASUS-Verbund.
Gegenstand des Folgeprojektes „PEGASUS II“ ist nun die Übertragung der Erkenntnisse auf eine Vielzahl von technischen Anwendungen. So werden beispielsweise Automobilkomponenten und Bauteile in anspruchsvollen tribologischen Systemen mit optimierten ta-C-Schichten versehen und in Verbindung mit ausgewählten Schmiermitteln getestet. Auch Hydraulikkomponenten werden in die Untersuchungen einbezogen, was die Anwendbarkeit von bestimmten Fluiden und Additiven erheblich erleichtert.
Arbeitsschwerpunkte des Fraunhofer IWS innerhalb des Projektkonsortiums sind:
- die Fortsetzung der Schichtentwicklung insbesondere im Hinblick auf verbesserte Haftfestigkeit und verringerte Oberflächenrauheit,
- die weitere Optimierung der Beschichtungstechnik und Aufskalierung eines Beschichtungsmoduls mit Plasmafilter zur Abscheidung defektarmer ta-C- Schichten sowie
- eine Vielzahl tribologischer und analytischer Untersuchungen zur Charakterisierung der Zusammenhänge.
Für die Forschungsarbeiten des Fraunhofer IWS stellt das BMWi 2,047 Mio. Euro bereit. Die beteiligten Industriepartner geben weitere 0,409 Mio. Euro an das Institut. Das Gesamtverbundprojekt „PEGASUS II“ wird über eine Laufzeit von 3 ¼ Jahren mit einem Gesamtvolumen von 20 Mio. Euro von acht Unternehmen und drei Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft vorangetrieben.
Fh-IWS / LK
