Ressourceneffizienz
Smartsurf

Mit Effizienz profilieren... und Reibungs- und Verschleißverluste nachhaltig minimieren.

Prof. Dr. Gunter Knoll Koordinator

iST GmbH 0241 9800-277 0241 9800-278 gunter.knoll@ist-aachen.com
Beschreibung

Durch funktionale Oberflächenstrukturierungen lassen sich Reibungs- und Verschleißverluste von tribo-mechanisch hoch beanspruchten Bauteilen reduzieren. Im Projekt Smartsurf wird dazu eine hochpräzise Prozessmaschinentechnik auf Basis von Ultrakurzpulslasern entwickelt, die Strömungs- und Benetzungseigenschaften verbessert sowie Reibung und Verschleiß von Bauteilen minimiert. Zunächst wird ein Geometriekatalog für topografische Mikrostrukturen entwickelt. Daran schließt sich der Aufbau der Maschinentechnik an, die eine komplexe Streulichtsensorik zur berührungslosen Oberflächencharakterisierung enthält. Ein wesentliches Ziel ist die Verbesserung der Abtragsqualität zur Erzeugung von funktionalen Mikro- und Nanostrukturen auf komplexen 3D-Bauteilstrukturen. Der Ultrakurzpulslaser kann dabei eine Scangeschwindigkeit von 100 Quadratzentimeter pro Minute erreichen. Die gesamte Prozesskette wird abschließend unter Produktionsbedingungen evaluiert. Am Beispiel von Motorzylindern, Zylinderlaufbuchsen, Kolbenringen sowie Hydraulikkomponenten und Ventilen werden die durch die Oberflächenstruktur veränderten Eigenschaften hinsichtlich Reibung und Verschleiß getestet. Die Ergebnisse können neben der Automobilindustrie und dem Maschinen- und Anlagenbau auch in der Optik, Haptik und Fluidik angewendet werden.

Projektlaufzeit

01.09.2009 bis 31.12.2012

Projektwebsite

www.smartsurface.de

Projektpartner
ACT Smartware GmbH
Karlsruhe
Alicona Imaging GmbH
Grambach/Graz
Daimler AG, Ulm
Ulm
Federal-Mogul Burscheid GmbH
Burscheid
Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF)
Jena
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT)
Aachen
Gehring Technologies GmbH
Ostfildern
Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG
Weinheim
Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen
Schwieberdingen
iST GmbH
Aachen

Smartsurf Abschlussbericht

Funktionale Oberflächen verändern die Verschleiß- und Reibungseigenschaften von Bauteilen. Smartsurf hat ressourcensparende Mikrostrukturen entwickelt, die durch eine innovative Ultrakurzpulsbearbeitung auf die Komponenten aufgebracht werden. Die erzeugten Mikrostrukturen sind gratfrei. Angrenzende Materialbereiche bleiben thermisch unbeeinflusst. Im Versuch wurde unter anderem eine 25-prozentige Reibungsminimierung an der Kolbenaußenseite von Axialkolbenpumpen nachgewiesen.

Smartsurf Lösung: Funktionale Oberflächenstruktur durch Lasertechnik

Funktionale Oberflächen verändern die Verschleiß- und Reibungseigenschaften der Bauteile derart, dass Lebensdauer und Leistungsfähigkeit zunehmen. Das Verbundprojekt Smartsurf entwickelt ressourcensparende Mikrostrukturen für hochbelastete Bauteile insbesondere für deren Anwendung im Automobilbereich. Dazu haben die Smartsurf-Projektpartner eine Prozessmaschinentechnik auf Basis von Ultrakurzpulslasern entwickelt, die eine präzisere und vor allem nachbearbeitungsfreie Herstellung von Mikrostrukturen erlaubt. Im Gegensatz zu gängigen Laserstrukturierungsverfahren zeichnet sich die Ultrakurzpulsbearbeitung durch Gratfreiheit der Mikrostrukturen und keiner thermischen Beeinflussung von angrenzenden Materialbereichen aus. Am Beispiel von Zylinderlaufbuchsen, Kolbenringen sowie Hydraulikkomponenten und Dichtungen werden die durch die Oberflächenstruktur veränderten Eigenschaften hinsichtlich Reibung und Verschleiß getestet. Versuchstechnisch nachgewiesen konnten bisher die Verschleißminimierung durch Strukturierung von Kolbenringen sowie ein 25 prozentige Reibungsminimierung durch Strukturierung der Kolbenaußenseite von Axialkolbenpumpen.

Stephan Eifel Fraunhofer ILT Aachen

0241 8906-311 stephan.eifel@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer ISI VDMA