Patrick Klein

• Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Reibungs- und Verschleißverhalten Polytetraßuorethylen-basierender Verbundwerkstoffe (PTFE) bezogen auf eine Anwendung als tribologisch beanspruchte Maschinenelemente im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und Temperaturen in kryogenen Medien. Dieser Temperaturbereich ist relevant für eine Reihe neuer, innovativer Technologien, allen voran die Wasserstofftechnologie als Alternative zu fossilen Energieträgern. Der Ausgangspunkt dieser Arbeit ist eine auf bekannten Erfahrungen und entsprechenden Publikationen aufbauende Werkstoffauswahl. Daher wurde PTFE als Matrixwerkstoff ausgewählt, da es sich bereits in Tieftemperaturanwendungen bewährt hat. Zur Verstärkung der PTFE-Matrix wurden ein polymerer Füllstoff, Polyetheretherketon (PEEK) beziehungsweise ein aromatisches Polyester, und kurze Kohlenstofffasern ausgewählt. Diese Werkstoffkomponenten wurden zu einer Reihe von Verbundwerkstoffen mit systematisch variierendem Faser- und Füllstoffgehalt zusammengesetzt. Der experimentelle Teil beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit tribologischen Untersuchungen bei Raumtemperatur mit Hilfe einer Eigenbau-Stift-Scheibe-Prüfapparatur. Als Gegenkörper kommen geschliffene Laufringe aus 100 Cr6 Stahl zum Einsatz. Alle Verbundwerkstoffe wurden bei Standard-Testbedingungen von 1 m/s, 1 MPa sowie Raumtemperatur getestet. Einer der verschleißbeständigsten Verbundwerkstoffe wurde auch bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Belastungen geprüft. Das Reibungsverhalten dieser Werkstoffe zeigte sich anders als erwartet, weshalb zusätzliche Versuche erforderlich waren, um den TransferÞlmbildungsprozess beobachten zu können. Zur Einordnung der tribologischen Ergebnisse werden auch reines PTFE und einige lediglich partikelgefüllte PTFE-Compounds hinsichtlich Reibung und Verschleiß getestet. Weiterhin werden die für tribologische Anwendungen wichtigen mechanischen und thermischen Werkstoffeigenschaften untersucht. Im Diskussionsteil werden die Einßüsse der Füllstoffe und Fasern auf die resultierenden mechanischen, thermischen und tribologischen Werkstoffeigenschaften bewertet. Die im Rahmen dieser Arbeit beschafften bzw. hergestellten Werkstoffe wurden parallel an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, BAM, Berlin, tribologischen Beanspruchungen in verschiedenen kryogenen Medien, insbesondere auch in ßüssigem Wasserstoff, unterworfen. Auf die dort erarbeiteten Ergebnisse wird ebenfalls kurz eingegangen.