Ausgabe zur BLECHEXPO 2017

FORTSCHRITT

TRADITION UND FORTSCHRITT

Stanz- und Umformtechnik, Schweißverfahren, Werkzeugentwicklung sowie Prototypenbau – seit 128 Jahren erarbeitet Brüninghaus & Drissner Lösungen für seine Kunden vor den Toren von Düsseldorf. Als international tätiger Zulieferer der Automobilher- steller realisiert das Unternehmen die kontinuierlich steigenden Qualitätsanforderungen durch den Einsatz moderner Produktions- und Betriebsmittel. Die Kern- kompetenzen kombiniert das Unternehmen mit dem Einsatz fortschrittlichster Informationstechnik, um die Chancen der Industrie 4.0 zu realisieren. Null-Feh- ler-Toleranz und damit maximaler Kundennutzen sind das Ziel. Für viele Auftraggeber ein wesentlicher Grund, komplexe Komponenten mit dem traditionsrei- chen Unternehmen zu realisieren. Als Spezialist der Stanz- und Schweißtechnik hat der Mittelständler aus Hilden den Anspruch, bereits in der Entwicklungsphase die optimale Lösung für die indi- viduelle Aufgabenstellung des Kunden zu erarbeiten. Dazu folgt der Anfrage ein Beratungsgespräch vor Ort mit einem der Vertriebsingenieure, bei dem Anwen- dung und Anforderung an Bauteil oder Baugruppe er- mittelt werden. Durch die Ergänzung der kundenseiti- gen Entwicklungskompetenzen um das Know – how zu allen Fragen rund um die Stanz- und Umformtechnik wird eine maximale Absicherung des Projektverlaufs erzielt. Ein wichtiger Punkt zur Realisierung der Budget- sowie Terminvorgaben. Das aktuelle Artikelportfolio umfasst aktuell mehr als 300 Applikationen, die Ihren Eingang in Lenkungssys- teme, Getriebe, Fahrwerk oder Verbrennungsmotoren finden. Auch zur Herstellung von hochsicherheits-Bau- teilen, wie Bremspedale, wurden dem Unternehmen das Vertrauen der Global Player der Automobilindustrie geschenkt. Auf einen möglichen Wandel zur Elektromobilität hat sich Brüninghaus & Drissner eingestellt. Bereits vor einigen Jahren wurde das Unternehmen in die Bau- gruppenentwicklung zur Befestigung der Batterie- zellen von einem großen OEM einbezogen und fertigt, mittlerweile das Nachfolgeprojekt, bis heute. Zur Herstellung der Artikel werden Exzenter- und Ser- vopressen mit einer möglichen Presskraft von 1.250kN bis 6.300kN bei einer Tischlänge von 4m eingesetzt. In Abhängigkeit von den individuellen Anforderungen des Kunden werden die gefertigten Einzelteile durch MAG-, Punkt- oder Buckelschweißen gefügt und durch ein zeitgemäßes Qualitätsmanagement abgesichert. Besuchen Sie uns auf der Blechexpo 2017: Halle 9 – Stand 9313 Brüninghaus & Drissner GmbH • Itterstr. 14 • 40721 Hilden • www.b-dhilden.de

TEXT & BILD:

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR WERKSTOFFMECHANIK IWM

WÖHLERSTRASSE 11

79108 FREIBURG

uf Schneidwerkzeugen,

Lagern und Dichtungen

helfen

Diamantbe-

schichtungen, Reibung

und Verschleiß zu reduzieren.

Wasser vermindert die Reibung

dabei erheblich.

Die Gründe dafür sind bislang

nicht vollständig verstanden. Das

Fraunhofer-Institut für Werkstoff-

mechanik IWM und das Institut für

Physik der Universität in Freiburg

liefern mit einer Simulation neue

Erklärungen für das Reibungsver-

halten von Diamantoberflächen

unter Wasserzugabe: Nicht nur die

bekannte Passivierung der Ober-

flächen mittels Wasserspaltung

spielt eine Rolle, es tritt auch eine

aromatische Passivierung mittels

Pandey-Rekonstruktion auf. Die

Ergebnisse wurden im Magazin

Physical Review Letters publiziert.

Diamantbeschichtungen sind

heute gängig, um hochbelastete

Werkzeuge und Maschinenbautei-

le vor Verschleiß zu schützen und

so die Lebensdauer zu verlängern.

Bekannt ist: Reiben zwei Dia-

mantflächen trocken aneinander,

so entsteht sehr starke Reibung,

weil die reaktiven Kohlenstoffato-

me an der Oberfläche Bindungen

mit den entsprechenden Atomen

des Reibpartners eingehen. Kom-

men Wasser oder Luftfeuchtigkeit

dazu, werden die Wassermoleküle

aufgespalten und Wasserstoff und

Hydroxyl-Gruppen gehen Bindun-

gen mit dem reaktiven Kohlenstoff

ein. Die Oberfläche ist gesättigt

und der Reibungskoeffizient sinkt

stark ab. Allerdings können bei

fortgesetzter Reibung erneut reak-

tive Kohlenstoffatome auftreten,

die wieder Bindungen mit dem

Reibpartner eingehen. Deshalb ist

es wichtig, eine schnelle Wieder-

absättigung zu erreichen. »Um in

diesem Punkt weiterzukommen,

wollten wir präziser verstehen,

wie genau die Reibung von der

Wassermenge abhängt«, sagt Prof.

Dr. Moseler, Leiter der Gruppe

Multiskalenmodellierung und Tri-

bosimulation am Fraunhofer IWM.

Deshalb führte er gemeinsam mit

seinen Kollegen Dr. Takuya Ku-

wahara und Dr. Gianpietro Moras

großskalige Quantenmolekulardy-

namikrechnungen mit wasserge-

schmierten Diamantoberflächen

durch. Um die Reibungsmecha-

nismen exakt nachvollziehen zu

können, wurden unterschiedliche

Mengen von Wassermolekülen zu-

gegeben.

Simulation zeigt vier

unterschiedliche Reibungs-

mechanismen

Die Simulation führte zu

überraschenden Ergebnissen.

Der erste Durchgang mit sehr

wenigen Wassermolekülen be-

stätigte die bereits bekannten

Bindungen zwischen den Reib-

partnern, auch Kaltverschwei-

ßung genannt, die zu starker

Reibung führt. Dabei kommt es

auch zur Amorphisierung von

Kohlenstoff, also der Auflösung

der kristallinen Struktur an der

Oberfläche. Eine weitere Simu-

lation mit etwas mehr Wasser

zeigte bereits einen neuen Fall.

Hier verbanden sich die Ober-

flächen der Reibpartner über

Äthergruppen. Diese Form der

Kaltverschweißung führt eben-

falls zu hoher Reibung, es tritt

aber keine Amorphisierung auf.

Simulationen mit ausreichend

Wasser bestätigte die ebenfalls

bekannte Absättigung der Ober-

flächen mit Wasserstoff und

Hydroxylgruppen. Die Forscher

konnten in ihrer Simulation

aber noch einen weiteren bis-

lang vollkommen unbekannten

Reibungsfall ausmachen. »Bei

der Zugabe von wenigen Wasser-

molekülen kam es bei einem der

Reibpartner zu einer Aromati-

sierung der Oberflächenstruktur

in Form der Pandey-Rekonstruk-

tion«, erklärt Gianpietro Moras,

»das heißt durch eine ringförmi-

ge Anordnung der Kohlenstoffa-

tome passiviert sich die Diaman-

toberfläche selbst.« Der andere

Reibpartner sättigt in diesem

Fall seine Oberfläche mit Was-

serstoff und Hydroxylgruppen.

Folge ist ebenfalls ein sehr klei-

ner Reibungskoeffizient.

Die Ergebnisse sind auf andere

Materialien übertragbar

Die Pandey-Rekonstruktion kann

als Schritt hin zu einer vollstän-

digen Rekonstruktion der Oberflä-

chen betrachtet werden. »In der

Simulation konnten wir in weiter-

gehenden Schritten sehen, dass

sich in der Ringstruktur Graphen-

kuppeln bilden, die die Reibung

weiter reduzieren«, so Moseler. In

weiteren Schritten soll untersucht

werden, wie die Aromatisierung

gezielt forciert werden kann, bei-

spielsweise durch eine Dotierung

der Diamantoberfläche. »Wichtig

ist zudem, dass sich ein Großteil

unserer Ergebnisse auch auf an-

dere wasserspaltende Materialien

übertragen lassen, wobei aroma-

tische Passivierung eine Speziali-

tät des Kohlenstoffs ist.«, ergänzt

Moras. Daher gehen die Forscher

davon aus, dass auch bei amor-

phen Kohlenstoffoberflächen eine

aromatische

Umstrukturierung

möglich ist.

Diamantreibung:

Simulation zeigt auf molekularer Ebene unbekannte Reibungsmechanismen

Passivierung von wassergeschmierten Diamantoberflächen durch aromatische Pandey-Rekonstruktion (orange):

Quantenmechanische Simulationen haben ein neues Erklärungsmodell für die ultraniedrige Reibung von wasserge-

schmierten Diamantoberflächen geliefert. Spuren von Wasser führen zu einer so genannten aromatischen Pandey

Oberflächenrekonstruktion und damit zu ultraniedriger Reibung indem sie eine Amorphisierung der Diamantober-

fläche verhindern. Die Ergebnisse ebnen den Weg zu einer nanoskaligen Steuerung von Kohlenstoffoberflächen und

zur Entwicklung neuer Schmierstoffe.