Entwicklung einer innovativen Methodik zur tribologischen Prüfung von Werkstoffen unter Medieneinfluss

Das Voranschreiten von Klimawandel und Erderwärmung nimmt immer größer werdenden Einfluss auf nahezu alle Bereiche von Industrie und Wirtschaft. Die Reduzierung globaler Emissionen durch eine groß angesetzte Dekarbonisierung des Energiesystems und die Umstellung fossiler Brennstoffe auf alternative Energiequellen beziehen dabei eine zentrale Stellung in der Lösung der Energiekrise. Wasserstoff als Energieträger gilt dabei als vielversprechender Lösungsansatz, wobei die Verwendung von Wasserstoff durch seine korrosive und stark schädigende Eigenschaft der Wasserstoffversprödung neue Herausforderungen für verwendete Werkstoffe und Maschinenelemente mit sich bringt. Diese Arbeit setzt an einem spezifischen Aspekt im Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur für den Betrieb von Brennstoffzellen an. Brennstoffzellen verlangen die Verwendung von hochreinem Wasserstoff, was besondere Anforderungen an die medienberührenden Lagerungen von Hochdruckkompressoren stellt. Schmiermittel verunreinigen das Wasserstoffgas, die Wälzlagerungen müssen somit trocken laufen und ohne Schmierung funktionieren, was in einer erhöhten tribologischen Beanspruchung und erhöhtem Verschleiß resultiert. Das Ziel liegt dabei in der Erweiterung der tribologischen Prüftechniken um eine innovative Methodik zur Prüfung von Wälzkontakten unter Medieneinfluss. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Prüfmaschine entwickelt, die die tribologische Prüfung von schmierfreien Wälzkontakten in Druckwasserstoffatmosphäre in einem Bereich von bis zu 200 bar ermöglicht. Konkret wurde dabei das etablierte „Three Ball on Rod“ RCF-Prüfverfahren als grundlegendes Prüfprinzip herangezogen und innerhalb eines abgekapselten Autoklaven realisiert. Die Drehmomentübertragung in das Innere der Prüfzelle und der Antrieb eines zylindrischen Probenkörpers erfolgt dabei kontaktlos über eine Dauermagnetkupplung. Mit der entwickelten Prüfmaschine konnte in der aktuellen Projektphase ein Probenkörper erfolgreich bis zur Materialermüdung belastet werden und unter Druckwasserstoff die Bildung von White Etching Cracks beobachtet werden.