Entwicklung einer Screening-Prüfmethode für Schmierfette

… durch Kopplung von thermooxidativen Prüfverfahren mit einem mechanisch-dynamischen Mehrplatz-Wälzlagerprüfstand

 

Kurzbeschreibung

Stetige Weiterentwicklungen in der Anwendungstechnik mit dem Ziel der höheren Wirtschaftlichkeit und Leistungsdichte stellen immer größere Anforderungen an Schmierfette. Die Lebensdauer von fettgeschmierten Wälzlagern wird oftmals mit der Schmierfettgebrauchsdauer gleichgesetzt, da ein „Nachschmieren“ nicht möglich oder vorgesehen ist. So müssen heutige Schmierfette über lange Zeit einsatzfähig bleiben. Darüber hinaus müssen sie je nach Anwendungsgebiet extremsten Anforderungen gerecht werden. Neben hohen oder tiefen Temperaturen zählen dazu hohe und geringe Drehgeschwindigkeiten, hohe Beschleunigungen, Schwingungs- oder thermische Beanspruchungen, aber auch der Kontakt mit aggressiven Medien und Schmutzpartikeln sowie Luftströmung oder Vakuum. Das Spektrum reicht vom hochwertigen Langzeitfett für Baumaschinen über biologisch abbaubare Schmierfette für umweltsensible Bereiche, Spezialitäten für die Lebensmittelindustrie bis hin zu Hoch- und Höchsttemperaturfetten für extreme Einsatzbedingungen.

Die Charakterisierung der Schmierfette hinsichtlich ihrer Belastbarkeit und der Änderung der chemisch-physikalischen Eigenschaften in Screening-Verfahren ist vor dem eigentlichen technischen Einsatz ein wichtiger Bestandteil der Schmierfett-Entwicklung. Um die entsprechende Anforderung zu simulieren und eine Charakterisierung vorzunehmen, gibt es eine Vielzahl an tribologischen Prüfapparaturen wie beispielsweise die FE8 (DIN 51819) oder FE9 (DIN 51821) Methode. Diese Tests werden genutzt, um ein fertig entwickeltes und damit marktreifes Produkt auf seine Eignung in dem Endsystem zu prüfen (FE9) sowie das Verschleiß- und Reibungsverhalten und mögliche Bauteilermüdungen zu untersuchen (FE8).

Diese Prüfmaschinen sind allerdings nicht für die Grundlagenentwicklung von Schmierfetten geeignet, da die einzelnen Prüfungen zeit- und kostenintensiv sind und die Bedingungen in der Anwendung nicht vollumfänglich wiedergeben. Zu berücksichtigen ist, dass in diesem Entwicklungs-Stadium typischerweise mehrere iterative Entwicklungszyklen notwendig sind, so dass sich die Kosten mit jedem Zyklus vervielfachen. Diese Kosten sind speziell für kleine und mittelständische Unternehmen mit ihren innovativen Produkten nicht ohne weiteres leistbar.

 

Ziele des Projekts

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird daher eine Screening-Prüfmethodik mit geringem zeitlichem Aufwand für die Schmierfett-Entwicklung (Ermittlung Fettgebrauchsdauer) entwickelt. Durch die Verbindung von thermooxidativen Prüfverfahren mit anwendungsnaher mechanisch-dynamischer Wälzlagerprüfung im Mehrplatz-Wälzlagerprüfstand (MPWP-Prüfung) sollen die „Time-to-Market (TTM)“ und „Cost-to-Market“ (CTM) deutlich verringert werden. Ziel ist die Kombination der mechanisch-dynamischen Prüfung mit chemisch-analytischen Verfahren, wie zum Beispiel der Bestimmung des Verdampfungsverhaltens über die thermogravimetrische Analytik (TGA). Das ermöglicht, genauere Prüfbedingungen wie bspw. Temperatur, Aufheizraten und Laufzeit zu definieren und einen besseren Abgleich zwischen realen Reaktionsmechanismen und den Laborverfahren zu gewährleisten (Bestimmung der Fettgebrauchsdauer).

 

Arbeitsaufgaben OWI

  1. Ermittlung reaktionskinetischer Daten
    – Bestimmung über thermooxidative Verfahren (HP-DSC; TGA, PetroOxy; Chemilumineszenz; Rancimat)
    – Korrelation der unterschiedlichen Auswerteroutinen
  2. Thermische Effekte
    – Charakterisierung der Massenverluste (Verdunstung/Verkokung) über die TGA
    – Charakterisierung der Enthalpieänderungen über HP-DSC
  3. Verlaufsanalytik
    – Charakterisierung der standardmäßigen Stabilitäten mittels Chemilumineszenz, PetroOxy bzw. Rancimat

 

Durchführende Forschungsstellen

  • Kompetenzzentrum Tribologie an der Hochschule Mannheim
  • OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath

 

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 18615 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V. – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

Projektlaufzeit

03/2016 bis 08/2018

 

Ansprechpartner

Simon Eiden
Tel.: 02407/ 9518-137
E-Mail: S.Eiden@owi-aachen.de