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Tribologisch optimiert

Mikrostrukturen erhöhen die Effizienz von Flügelzellenpumpen

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Anbieter zum Thema

IFW Produktionstechnisches Zentrum der Leibniz Universität Hannover / PZH
Klinkhammer Intralogistics GmbH
WITTENSTEIN SE
COSCOM Computer GmbH

Wirtschaftliche Herstellung der gewünschten Mikrostruktur

Um eine produktive Fertigung der mikrostrukturierten Kurvenringe zu erreichen, wurde für die Erzeugung der Mikroschmiertaschen ein innovativer Walzprozess entwickelt. Zu diesem Zweck wurden Strukturwalz-Werkzeuge aus Hartmetallwellen bei der Gühring KG hergestellt. Durch spezielle Schleifoperationen wurde die Mantelfläche der Hartmetallwellen so angepasst, dass sie dem Negativ der geforderten Schmiertaschen entspricht (Bild 2, links). Durch eine angepasste Prozessführung beim Schleifen können nun unterschiedliche Strukturelemente hergestellt werden. Die minimale Breite der herstellbaren Strukturelemente ist jedoch aufgrund der Geometrie des Schleifwerkzeugs begrenzt. Die Mikrostruktur mit der kleinsten herstellbaren Breite ist in Bild 2 auf der rechten Seite dargestellt.

Bild 2: Hier sieht man das verwendete Strukturwalzwerkzeug und die Mikrostruktur, die es für die Versuche in die Werkstückoberfläche einarbeitet hat.(Bild: IFW)
Bild 2: Hier sieht man das verwendete Strukturwalzwerkzeug und die Mikrostruktur, die es für die Versuche in die Werkstückoberfläche einarbeitet hat.
(Bild: IFW)

Der mit den Strukturelementen besetzte Bereich des Werkzeugs ist lediglich 4 Millimeter breit, um die Kontaktfläche im Walzprozess – und damit die auftretenden Prozesskräfte – gering zu halten. Gleichzeitig werden so die Bruchgefahr für das Werkzeug und das Risiko einer Überlastung der Werkstückeinspannung reduziert. Zum Einarbeiten der Mikrostrukturen wird das Strukturwalz-Werkzeug gegen die Innenfläche des Kurvenrings vorgespannt (Bild 3a). Dabei rotieren sowohl das Strukturwalz-Werkzeug als auch der Kurvenring. Das vermeidet eine Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und dem Werkzeug, weshalb das Werkzeug seine Negativkontur exakt auf die Werkstückoberfläche als Positiv übertragen kann. In Bild 3b ist die eingebrachte Mikrostruktur zu sehen. Diese ist 8 Mikrometer tief und 30 Mikrometer breit, was im Bereich der Anforderungen aus der Simulation liegt.

Bild 3: Auf der linken Seite ist der Prozessaufbau zu erkennen, darunter Details zum Versuchsablauf. Im rechten Bereich wird die Geometrie der eingebrachten Mikrostrukturen dargestellt.(Bild: IFW)
Bild 3: Auf der linken Seite ist der Prozessaufbau zu erkennen, darunter Details zum Versuchsablauf. Im rechten Bereich wird die Geometrie der eingebrachten Mikrostrukturen dargestellt.
(Bild: IFW)

Zusammenfassung, Ausblick und Danksagung

Im Rahmen des Projekts „Antriebsstrang 2025“ wurde eine Methode zur Einbringung von Mikrostrukturen in Kurvenringe von Flügelzellenpumpen entwickelt. Durch spezielle Schleifoperationen konnte ein strukturiertes Walzwerkzeug hergestellt werden. Mit diesen Walzwerkzeugen wurden erfolgreich Mikrostrukturen in Kurvenringe eingearbeitet. Durch die Variation der Prozessparameter bei der Herstellung der Walzwerkzeuge kann die Geometrie der Strukturelemente gezielt beeinflusst werden. So ist es möglich, die Größe der Strukturelemente einzustellen und Kurvenringe mit unterschiedlichen Strukturen zu versehen. Das die Reibverluste reduzierende Potenzial dieser Strukturen bei Flügelzellenpumpen muss nun in Einsatzversuchen nachgewiesen werden. Zur Bewertung des Einsatzverhaltens mikrostrukturierter Flügelzellenpumpen werden die strukturierten Kurvenringe dabei auf einem Pumpenprüfstand der Robert Bosch GmbH eingesetzt.

Danksagung: Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) für die Finanzierung des Projekts (Förderkennzeichen: 03ET1531A).

* Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Dipl.-Ing. Heinrich Klemme, Miriam Handrup, M. Sc. und Christopher Schmidt, M. Sc. forschen am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover.

(ID:48537916)

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