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Mikrostrukturierte Oberflächen: Weniger Reibungsverlust durch Laserbehandlung

21.02.2012
Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Motoren, Pumpen und Dichtsystemen hängen stark von ihrer Belastung ab. Durch ständige Reibung verschleißen die Oberflächen der beweglichen Teile im industriellen Einsatz besonders schnell.

Selbst Schmiermittel können diesen Prozess nur verzögern, aber nicht aufhalten. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT arbeitet deshalb jetzt gemeinsam mit sieben weiteren Partnern aus sechs europäischen Ländern an einem Verfahren für die Serienfertigung, das die Reibung der beanspruchten Oberflächen verringern soll.


Tribologisch wirksame Laserstrukturen auf Hydraulikkomponenten. Bildquelle: Fraunhofer IPT

Dazu werden mit dem Laser Mikrostrukturen in die gleitenden Kontaktflächen von Pumpen und Dichtungen eingebracht. So können die beweglichen Teile leichter aufeinander gleiten, auch Schmiermittel verteilen sich gleichmäßiger. Das verringert nicht nur den Verschleiß der hochbeanspruchten Komponenten, sondern es verbessern sich gleichzeitig auch die Leistung und der Energieverbrauch.

Hochbeanspruchte Bauteile serienmäßig strukturiert

Im Projekt "Stokes – Selective tribological optimisation of fluid kinetics and efficiency by laser surface structuring" haben sich sechs Unternehmen und zwei Forschungseinrichtungen unter Federführung des Fraunhofer IPT zusammengeschlossen, um das Laserstrahlstrukturieren für die Serienfertigung dreidimensional geformter Oberflächen nutzbar zu machen.

Als deutschsprachige Partner aus der Region Aachen konnte das Fraunhofer IPT den Dürener Oberflächenspezialisten Helltec GmbH sowie die EdgeWave GmbH aus Würselen, als Anbieter der eingesetzten High-End-Laserstrahlquellen, mit ins Boot holen. Gemeinsam erproben die insgesamt sechs Unternehmen im Projekt das Laserstrahlstrukturieren anhand von realen Produkten und verbessern damit die Oberflächeneigenschaften der hochbeanspruchten Baugruppen. Das spanische Centro Tecnológico Tekniker, als Forschungseinrichtung unter anderem spezialisiert auf tribologische Tests, entwickelt eine Simulationsumgebung, mit der sich das Verhalten unterschiedlich strukturierter Bauteile vorhersagen lässt. Als weiteres Ergebnis des Projekts sollen konkrete Auslegungsregeln für mikrostrukturierte Oberflächen in Hydraulikanwendungen formuliert werden.

Von der neuen Technologie profitieren nicht nur die Hersteller von Pumpen, Motoren und Dichtungen, sondern auch ihre Kunden aus Branchen wie der Automobilindustrie, dem Formenbau, der Lebensmittel-, Pharma- und Petrochemie oder der Energieerzeugung.

Zwei Fertigungsanlagen am Fraunhofer IPT

Zur Fertigung der Mikrostrukturen stehen am Fraunhofer IPT zwei Fertigungsanlagen mit 3D-Kurzpuls- und Ultrakurzpulslasern bereit. Beide Anlagen basieren auf 5-Achs-Bearbeitungsmaschinen und wurden in enger Zusammenarbeit mit den jeweiligen Maschinenherstellern, der Kern AG und der Agie Charmilles GmbH, umgerüstet. Die Laserquellen und die optischen Komponenten zur Strahlformung- und -führung integrierte das Fraunhofer IPT vor Ort in die Maschinen. Für die 3D-Bearbeitung entwickelte das Fraunhofer IPT eine eigene CAD/CAM-Umgebung. Die Software ermittelt die Bahn des Laserstrahls in der Bearbeitungsmaschine aus vorher berechneten Geometriedaten und übernimmt die Steuerung.

Partner im Projekt "Stokes"

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Projektleitung
Aachen, Deutschland
Centro Tecnológico Tekniker
Tribologische Untersuchungen
Eibar, Spanien
EdgeWave GmbH
Laserhersteller
Würselen, Deutschland
Helltec GmbH
Oberflächenbearbeitung
Düren, Deutschland
Hesper SA
Hersteller von Pumpen und Hydraulikapparaten
Bukarest, Rumänien
Juntas Besma SA
Hersteller von Dichtungen und Dichtungselementen
Zaratamo, Spanien
LaserAge
Lasermaterialbearbeitungsservice
Douglas, Irland
SNC Promex AS
Hersteller von Spezialpumpen
Harjumaa, Estland
Kontakt
Dipl.-Phys. Andreas Janssen
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Steinbachstr. 17
52074 Aachen
Telefon +49 241 8904-446
Fax +49 241 8904-6446
andreas.janssen@ipt.fraunhofer.de

Susanne Krause | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ipt.fraunhofer.de

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