Labor Fluidtechnik und Tribologie
Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik

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Über uns

Willkommen im Labor für Fluidtechnik und Tribologie

Wir beschäftigen uns mit der Neuentwicklung und Optimierung von Produkten. Eine enge Kooperation mit Unternehmen sorgt für Themen, deren Lösung in die Produktwelten von morgen einfließen. Während wir Konzepte und Entwürfe hauptsächlich digital entstehen lassen, untersuchen wir im Laborbereich reale Eigenschaften von Prototypen und Serienprodukten unter verschiedenen Randbedingungen. Simulationen werden über Experimente abgeglichen und trainiert. Speziell Produkte mit nichtlinearen oder zeitabhängigen Eigenschaften sind technisch komplex und ingenieurwissenschaftlich interessant. Wir schauen dahin, wo es nötig ist, und arbeiten mit den kleinen Dimensionen der Mikrowelt genauso wie mit denen von Großmaschinen - über mehr als 12 Zehnerpotenzen in den physikalischen Einheiten. Der fachliche Fokus liegt im Labor auf Tribologie und Fluidtechnik und ist eingebettet in das Lehrgebiet der Konstruktionslehre.  

FluTE: Fluidtechnik – Tribologie – Engineering  

Die technische Ausstattung des Labors unterstützt den Lernpfad eines anwachsenden Verständnisses für tribologische und fluidtechnische Zusammenhänge und baut auf einem Modell aus drei Phasen auf: In der basic phase erfolgt der erste angeleitete Kontakt mit technischen Einzelphänomenen, um diese zu erkennen und zu verstehen. Die advanced phase bietet die Möglichkeit, sich in einem vorgegebenen Umfeld an Systemen zu erproben. Die self-employed phase ist das Übungsfeld für den Ingenieurnachwuchs: Eigenständiges Arbeiten erfolgt unter Nutzung professioneller Forschungsgeräte und laboreigener Prüfaufbauten.   

Kontakt

Konstruktionslehre

Das Thema

Die Fluidtechnik umfasst die klassischen Fachgebiete der Pneumatik und Hydraulik und integriert diese in moderne Steuerungs- und Datensysteme. Bei der Leistungsübertragung beantwortet die Nutzung von Fluiden anstelle starrer Körper Fragen zu guter Regelbarkeit unter hohen Lasten, zu Überlastsicherheit, zu Energiespeicherung, zu räumlich aufgelöster Anordnung, zu schnellen Bewegungen oder zu Komfort und Servicefunktionen. Das Spektrum reicht von der Sicherstellung einfacher Spannfunktionen bis zu mobilen Mehrverbrauchersystemen, von autarken fluidisch-mechanischen Reglern bis zur Integration in industrielle Großanlagensteuerungen, von Einzelanfertigungen bis zur Großserienproduktion. In allen Bereichen treten wiederholt physikalische Grundprinzipien auf, die anwendungsorientiert neu zu interpretieren sind. 

Die Möglichkeiten im Labor

Pneumatik: Modellaufbauten zu grundlegenden physikalischen Eigenschaften pneumatischer Komponenten und Systeme; Modulbaukästen zur pneumatisch-mechanischen Schaltungstechnik, zur elektro-mechanischen Schaltungstechnik und zur SPS Simulation mit Grafcet-Anwendung; technische Demonstratoren zur Druckluftmotortechnik, zur Schalldämpfung, zu servopneumatischem Druckregelventil; Schnittmodelle zu Komponenten der Aktorik und Druckluftaufbereitung; Messtechnik.

Hydraulik: Modellaufbauten zu grundlegenden physikalischen Eigenschaften hydraulischer Komponenten und Systeme; Modellprüfstand zu elektro-hydraulischer Schaltungstechnik; Modulbaukasten zu hydraulisch-mechanisch geregelten Mehrverbrauchersystemen (Drosselsteuerung, Load Sensing Systeme mit Stromregler- & Stromteilertechnik); technischer Demonstrator zur Servozylindertechnik; Hydraulisch-mechanisches Load Sensing Aggregat; Servohydraulikprüfstand einer hydraulischen Achse zur Bewegung einer reibungsbehafteten Masse mit veränderlicher Gegenkraft und digital-adaptivem Energieversorgungs- und Regelungssystem: experimentelle Nachbildung einer drehzahlveränderlichen Konstantpumpe, einer drehzahlkonstanten Verstellpumpe, unabhängige Regelung über vier Steuerkanten; Schnittmodelle zu Komponenten und Aktorik; Messtechnik.  

Simulationssoftware: DSHplus, Fluidsim.  

Das Thema

Das Reibungs- und Verschleißverhalten von Systemen wird in der Tribologie behandelt. Tribologie ist eine Querschnittswissenschaft, in der sich physikalische und chemische Grenzflächenphänomene genauso finden lassen wie globale Themen der Energieeffizienz oder der Anlagenverfügbarkeit. Bei Bewegungsaufgaben werden für gute Regelbarkeit in Bremsen oder Aktoren konstante Reibwerte gewünscht. Die Vermeidung unangenehmer Geräusche ist eine Forderung des Komforts. Verschleiß darf stattfinden, solange er zur Systemverbesserung beiträgt, darf aber nicht übermäßig auftreten, wenn dadurch die Lebensdauer verkürzt wird. Tribologie ist allgegenwärtig, vielschichtig und fordert immer wieder klare Definitionen der Optimierungsziele. 

Für Ingenieure sind die Gestaltung und Erzeugung der Kontaktflächen aufeinander bewegter Bauteile interessant. Makroskopische Änderungen durch Verformung oder Verschiebung von Bauteilen verursachen Änderungen der Mikrogeometrie im Kontakt. Ist dies unvermeidlich, kommen Anpassungen der Grundwerkstoffe, Randschichtbehandlungen oder Beschichtungen in den Fokus. Schmierstoffe auf fluidischer oder fester Basis bilden Trennfilme zwischen den Kontaktflächen und können helfen, Lasten günstiger zu verteilen. Konsistente Schmierstoffe wie z.B. Schmierfette zeigen dabei ein ganz anderes Fließverhalten als Schmieröle oder Festschmierstoffe.

Tribologische Systeme befinden sich in einem ständigen Zustandswechsel fester und flüssiger Komponenten. Dadurch werden sie zu einem spannenden Thema für digitale und experimentelle Simulationen. Typische Anwendungen mit tribologischen Fragestellungen sind Wälzlager, Gleitlager, Zahnradgetriebe, Dichtungen, Scharniere, Pumpen, Motoren, Bremsen, Ketten, Räder, Reifen u.v.m.      

Die Möglichkeiten im Labor

Optische Mikroskopie (Stereomikroskopie, Auflicht- und Durchlichtmikroskopie); tiefenscharfe Makrofotografie; taktile zweidimensionale und dreidimensionale Kontur- und Rauheits- und Topographiemessung mit verschiedenen Tastspitzen; spin coater zur Erzeugung dünner Fluidfilme; adaptives Rheometer zur Viskositäts-/Schubspannungsbestimmung (Temperaturregelung, Trennkraftmessung; pin-on-disk Modul für Grenzreibungsuntersuchungen); Multifunktionstribometer (pin-on-disk Modul, block-on-ring Modul, linear fast-reciprocating Modul); Rasterkraftmikroskop (modes: contact, non-contact, lateral force, phase imaging, force distance, force volume, force modulation, conductivity, magnetic force; liquid cell); Filterabzug mit Heiz-/Rührplatte, Vakuumpumpe, Ubbelohde-Viskosimeter; Demonstratoren zum Stift-Scheibe Modell, zum elasto-hydrodynamischen Kugel-Platte Kontakt, zum hydrodynamischen Druckaufbau im Gleitlager, zur schiefen Ebene.   

Das Thema

Wie verhalten sich technische Produkte real und welche Einsatzgrenzen gibt es? Mit diesen anwendungsorientierten Fragestellungen beschäftigt sich die Versuchstechnik – und das aus zwei Perspektiven. Geht man vom Produkt aus, müssen zunächst Tests definiert werden, die für das Produkt relevant sind. Dazu zählen z.B. mechanische, thermische oder weitergehende physikalisch-chemische Belastungen, die Häufigkeit und Dauer der Belastungen und die zu messenden Produkteigenschaften. Relevant ist auch, ob das Originalprodukt oder nur einzelne Bauteile getestet werden müssen. Dann benötigt man eine Prüfvorrichtung mit einer geeigneten Testumgebung und passender Sensorik. Existiert kein geeignetes Standardverfahren, müssen entsprechende Versuchsstände entwickelt und realisiert werden. Diese sind zum Teil deutlich komplexer als das zu untersuchende Produkt und stellen Sondermaschinen zumeist aus dem Forschungsumfeld dar.

Die Möglichkeiten im Labor

Klimaschrank; elektrisch verspannter Kleingetriebeprüfstand zur Wirkungsgraduntersuchung; Kleinlagerprüfstand zu Lebensdaueruntersuchungen; einachsiger Belastungsprüfstand für Kleinbaugruppen (Motor-Spindel als Antrieb); einachsiger Belastungsprüfstand für mittlere Baugruppen (Hydraulikzylinder als Antrieb); Scheibe-Scheibe Tribometer; Demonstrationsprüfstand für Axialgleitlager; Prüfstand zur Untersuchung von Radiallagern (Wälz-, Gleit- und hydrostatische Lager mit einer Drucktasche) und Axiallagern (Wälz-, Gleit- und hydrostatische Lager mit bis zu vier Drucktaschen); Demonstratorprüfstand für Schwingungen in Riemengetrieben; Messtechnik.

Konstruktionslehre: Schlüssel zu technischen Innovationen

Das Lehrgebiet Konstruktionslehre ist den Kern unserer Tätigkeiten. Die verschiedenen Prinzipien und Methoden der Produktentwicklung helfen, die richtige Frage zu stellen, um Entwicklungskapazitäten auf das richtige Problem zu fokussieren. Ob neue Produktideen erarbeitet oder bestehende Systeme verbessert werden sollen: Das Labor bietet Raum und unterstützende Infrastruktur, um Ideen in die Praxis umzusetzen. Hier werden Theorie und Anwendung miteinander verbunden, um kreative Lösungen für technische Herausforderungen zu generieren.