COMET-Zentrum InTribology

Tribology Intelligence - Customized Tribology for Industrial Innovation

COMET-Programm

Das national und international anerkannte österreichische Kompetenzzentrum für Tribologie (AC²T) gehört weltweit zu den größten unabhängigen, privatwirtschaftlich organisierten, non-Profit-Forschungsdienstleistern auf dem Gebiet der Tribologie – der systemorientierten Wissenschaft der Reibung – und bietet ganzheitliches tribologisches Wissen und attraktive finanzielle Rahmenbedingungen zur kooperativen Bearbeitung von grundlegende Forschungsfragen industriellen Auftraggebern in aller Welt an.

Jede Optimierung und Effizienzsteigerung eines tribologischen Systems ist gleichzeitig eine Reduktion des klimabeeinflussenden-Fußabdrucks menschlichen Handels, trägt somit direkt zur Lösung zentraler Herausforderung zur Erreichung der Umwelt- und Klimaschutzziele im Sinne der Nachhaltigkeit bei, und bildet sich im zukünftigen Wettbewerbsvorsprungs der am Forschungsprogramm beteiligten Unternehmen ab.

Die AC2T research GmbH, als Trägerorganisation des COMET-K2-Zentrums InTribology, wird im Rahmen des Forschungsförderungsprogramms „COMET – Competence Centers for Excellent Technologies“ gefördert durch das BMK, das BMDW, sowie den Bundesländern Niederösterreich und Vorarlberg. Das Forschungsförderungsprogramm COMET wird durch die FFG abgewickelt.

Informationen über das COMET-Zentrum

Die Tribologie, die Lehre der Reibung, ist eine systemorientierte Wissenschaft, welche sich mit der Wechselwirkung von zumindest zwei, unter Krafteinwirkung zueinander bewegter Oberflächen bzw. Teile beschäftigt. Wenn ein Schuh am Eis wegrutscht, dann war die Reibung zwischen Schuhsohle und Eisoberfläche wohl zu gering, wenn z.B. ein Kasten sich nicht verrücken lässt, dann ist die Reibung wohl zu groß.

Die makroskopisch messbare Reibung ist dabei ein Summenergebnis der Anziehungs- und Abstoßungskräfte, d. h. den energetischen Wechselwirkungen, zwischen Atomen. Ziel der Forschung in der Tribologie ist somit die Minimierung des Energie- und Materialeinsatzes und die Maximierung der Funktionsfähigkeit von Systemen mit gegeneinander bewegten Bauteilen bzw. deren Oberflächen. Diese Forschungsziele sind heute ebenso als zentrale Herausforderung zur Erreichung der Umwelt- und Klimaschutzziele im Sinne der Nachhaltigkeit anerkannt.

Insbesondere in den Industrienationen wurden seit 1966, dem Jahr in dem in England der Begriff „Tribologie“ als Sammelbegriff in das Fenster der öffentlichen Wahrnehmung gerückt wurde, eine Vielzahl von Initiativen gestartet, um das Wissen zu tribologischen Prozesse zu erweitern. Heute findet tribologische Forschung in vielen Regionen der Welt statt.

Jede kleinste Optimierung und Effizienzsteigerung eines tribologischen Systems ist gleichzeitig eine Reduktion des klimabeeinflussenden-Fußabdrucks menschlichen Handels. Wird die Reibung in einem Motor durch den Einsatz von z. B. Schmierstoff reduziert, benötigt dieser einerseits weniger Energie zur Bewegungserzeugung und andererseits damit weniger Ressourcen, um die erforderliche Energie zu erzeugen. Erhöht sich die Reibung durch eine geeignete Werkstoffkombination, wirken Bremsen besser. Ist die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs höher, reduziert sich der Verschleiß und ein Gerät ist länger einsatzfähig. Reibungs- und Verschleiß-behaftete Systeme findet man jedoch nicht nur in unserer Umwelt, auch der menschliche Körper hat eine Vielzahl davon. Jedoch auch auf diese wird man oft erst aufmerksam, wenn diese nicht mehr erwartungsgemäß funktionieren, und ev. durch ein künstliches Implantat auszutauschen sind.

Ein maßgeblicher Unterschied zwischen den tribologischen Systemen im menschlichen Körper und in vielen technischen Systemen ist dabei, dass Reibung und Verschleiß zur Verschmutzung der Umwelt führen, sei es durch die Umwandlung der Bewegungsenergie durch Reibung in Wärme oder durch den verschleißbedingten Materialverlust, wie z. B. Reifenabrieb, Bremsenverschleiß, bis hin zu alltäglichen Dingen wie einer Schuhsohle.

Verschleiß im positiven Sinne ist jedoch auch hilfreich, wenn Oberflächen durch Fertigungsprozesse, wie z. B. Schleifen oder Polieren, eine Form gegeben wird, wie dies beispielsweise zur individuellen Anpassung eines „kratzerfreien“ Brillenglases erforderlich ist. So fremdartig der Begriff „Tribologie“ für den Einzelnen auch klingen mag, so sind wir alle mit einer Vielzahl von Dingen umgeben, welche tribologische Systeme und Wissen beinhalten.

Bis zur Initiative zur Gründung eines Kompetenzzentrums für Tribologie im Jahr 1999, welche dann im Juli 2002 zur eigentlichen Gründung der AC2T research GmbH, dem Österreichischen Kompetenzzentrum für Tribologie, am Standort Wiener Neustadt, führte, wurden tribologische Fragestellungen in anderen Fachgebieten, u. a. als Nebenaspekt, mitbehandelt und nur als Hilfsmittel zur Erzielung einer angestrebten Gerätefunktion betrachtet. Mit der Gründung des Kompetenzzentrums für Tribologie wurde dem gegenüber, ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt und durch das interdisziplinäre Zusammenwirken von Experten aus den Fachgebieten, Werkstoffwissenschaft, Chemie, Physik, Maschinenbau, Elektrotechnik/Mechatronik bis hin zur Informationstechnologie die Lösung der tribologischen Fragestellungen über mehrere Größenskalen in den Mittelpunkt gestellt, denn obwohl wir Reibung und Verschleiß eher mit einem physischen Produkt in Verbindung bringen, so entsteht die energetische Wechselwirkung zweier Oberflächen auf atomarer Ebene.

Zur Bearbeitung der unterschiedlichen Forschungsfragen verwendet das Kompetenzzentrum daher einen großen Pool an Methoden und Geräten zur experimentellen Charakterisierung und Analyse von tribologischen Systemen, ebenso wie entsprechende numerische Modellierungs- und Simulationsprogramme für die theoretische Lösungssuche. Eine dieser erarbeiteten Methoden ermöglich heute, in einer weltweit einzigartigen Form, die Bestimmung von metallischem Verschleiß in einem flüssigkeitsgeschmierten System, z. B. in einem Verbrennungsmotor – sowohl im Labor als auch direkt im Fahrzeug, mit der Einheit „Nanometer pro Stunde“. Diese Größenordnung wird anschaulich, wenn man dazu den durchschnittlichen Durchmesser eines menschlichen Kopfhaares mit rund 50.000 Nanometer, gegenüberstellt.

Einige Jahre nach der Gründung des Kompetenzzentrums entstanden in zahlreichen anderen Staaten Initiativen zur Gründung von Forschungszentren mit Tribologie-Fokus, mit dem Ziel der Bündelung der Wissensgebiete nach dem AC²T-Modell. Je nach den jeweiligen Proponenten, und bei Erfolg der jeweiligen Initiative, sind diese Forschungszentren heute im universitären oder universitätsnahen Bereich angesiedelt.

Einzigartig, die Konzeption des österreichischen Kompetenzzentrums für Tribologie betreffend, ist weiterhin die Kombination der unterschiedlichen Bausteine, welche in dieser Form nur das österreichische Kompetenzzentrum für Tribologie anbietet. Ein unabhängiger, privatwirtschaftlich geführter non-Profit-Forschungsdienstleister, welche ganzheitliches tribologischen Wissen und gleichzeitig eine finanzielle Mitfinanzierung zur kooperativen Bearbeitung von Forschungsfragen den industriellen Auftraggebern in aller Welt anbietet, wodurch selbst Wettbewerbern in einem Produktsegment die Möglichkeit geboten wird, gemeinsam grundlegende Forschungsfragen an einem aus Auftraggeber-Sicht „neutralen“ Ort bearbeiten zu lassen und dabei selbst mitzuwirken.

Die Neutralität des Kompetenzzentrums für Tribologie zeigt sich weiters auch am gewählten Standort Wiener Neustadt, da COMET-Zentren oftmals in Gebäuden angesiedelt sind, welche Gesellschaftern des jeweiligen Zentrums, wie z. B. Universitäten, zuzuordnen sind, sowie in der selbst gewählten heterogenen Gesellschafterstruktur, ohne Mehrheitsgesellschafter und der klaren Trennung zwischen Mitwirkung als Gesellschafter oder als Auftraggeber.

Ein wesentlicher und grundlegender Baustein des Erfolgs des Kompetenzzentrums für Tribologie ist insbesondere begründet in der zukunftsorientierten Entscheidung der jeweiligen österreichischen Bundesregierung und den jeweiligen Landesregierungen (im gegenständlichen Fall seit 2002 überwiegend durch die Landesregierung Niederösterreich und in einem kleineren Umfang auch die Landesregierungen von Vorarlberg und Wien), zur Förderung im Rahmen des COMET-Zentrum-Programms (bundesseitig organisatorisch betreut von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG). Dieses Programm, welches zum Zeitpunkt der Programmgestaltung seitens des Bundes und der Bundesländer eine finanziell herausfordernde und mutige Entscheidung war, ist durchaus in seiner Gesamtkomposition als weltweit einzigartig anzusehen und bietet dem sich dafür qualifizierten Kompetenzzentrum einen mehrjährigen Forschungsfinanzierungsrahmen für kooperative Forschung, wenn das Kompetenzzentrum zumindest rund die Hälfte der Forschungsfinanzierung von der Industrie eigeninitiativ einwirbt.

Im Unterschied zu anderen Forschungsinstitutionen erhält ein COMET-Zentrum keine Basisförderung. Jedes Kompetenzzentrum muss daher ständig bemüht sein dessen Wissen der Industrie zu verkaufen und gleichzeitig sich unter privatwirtschaftlichen Rahmenbedingungen finanziell zu bewehren.

Trotz dieser komplexen Herausforderung stellt das COMET-Zentrum-Modell mit dem zugrundeliegenden mehrjährigen Budgetansatz (typischerweise acht Jahre in zwei Planungsperioden geteilt) einen ausgeprägten Mehrwert gegenüber den Förderprogrammen mit Einzelprojektanträgen dar und ermöglich dadurch Forschungsziele strategisch zu verfolgen, eine nachhaltige und effiziente Forschungsleistung zu erbringen, und damit auf europäischer Ebene als langfristig verfügbarer Forschungspartner wahrgenommen zu werden.

Durch diese besonderen – sich von Einzelprojektanträgen mit oftmals langen Antragsfristen und begrenzten Erfolgsraten deutlich unterscheidenden – Rahmenbedingungen, welche, im Gegensatz zu vielen anderen Forschungsförderungsprogrammen auch keine nationale Begrenzung, Kooperationen betreffend, kennt, hat das Kompetenzzentrum für Tribologie mit seinen mehr als 100 wissenschaftlich tätigen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, eine – für das Fachgebiet Tribologie – kritische Größe überschritten und nationale und internationale Sichtbarkeit und Attraktivität erreicht, welche im Sinne eines Dominoeffekts die Beteiligung am internationalen Wettbewerb um europäische Forschungsfinanzierungsmittel erst ermöglicht. Damit trägt das Kompetenzzentrum dazu bei österreichische Finanzierungsbeiträge zum EU-Budget wieder nach Österreich zurückzuholen.

Dass das Kompetenzzentrum für Tribologie eine kritische Größe überschritten hat, zeigt sich u. a. auch am finanziellen Rahmen, welcher derzeit rund 12-14 M€ pro Jahr umfasst. Davon betreffen rund 2/3 das Rahmenprojekt „COMET-K2-Zentrum“ bzw. für dieses kann das Kompetenzzentrum bis zu rund 5 M€ pro Jahr an öffentlich-rechtlichen Fördermitteln aus dem COMET-Programm für Forschungsausgaben abrufen. Im Zusammenhang mit diesen Fördermitteln erhält ein COMET-K2-Zentrum jedoch auch eine umfangreiche Liste an anzustrebenden Zielgrößen von den Fördergebern vorgegeben. Zentrales Element dieser Zielgrößen ist es, in Ausbildung stehenden Personen die Durchführung von wissenschaftlichen Arbeiten zu finanzieren, deren Ergebnisse diese in Form von wissenschaftlichen Fachpublikationen, Masterarbeiten und Dissertationen für den individuellen Karriereweg in der Wissenschaft nutzen.

Die Höhe der zur Verfügung stehenden öffentlich-rechtlichen Mittel und die anzustrebenden Zielgrößen sind zwangsläufig mit einem umfangreichen Berichtswesen unterlegt, im Rahmen dessen ein COMET-K2-Zentrum nachzuweisen hat, dass alle Fördervoraussetzungen erfüllt sind. Auch wenn die monetäre Mittel zur Abdeckung der Kosten, sowohl beim Fördernehmer als auch beim Fördergeber, für diesen Verwaltungsaufwand optimaler in Forschungsinhalt investiert sein würden, so ist dies im Sine einer transparenten Verwendung öffentlicher Mittel berechtigt und erforderlich.

Abseits der finanziellen Aspekte ist darauf hinzuweisen, dass durch die Unterstützung der Forschung durch öffentlich-rechtliche Mittel Forschungsanstrengungen angestoßen wurden und werden, welche in weiterer Folge bei Anwendung der Forschungsergebnisse zu einer nachhaltigen Reduktion der Umwelt- und Klimabelastung führen und somit einen langfristigen volkswirtschaftlichen Mehrwert darstellen.

Um diese nachhaltigen Reduktionen der Umwelt- und Klimabelastung rascher zu erzielen, intensivieren wir die Einbindung von Erkenntnissen aus der Datenwissenschaft, insbesondere zur Datenanalyse, was uns zur Digitalisierung der Fachgebiets Tribologie führt, um zukünftig das Verhalten eines tribologischen Systems in einer realen Anwendung, mittels rechnergestützter in-situ-Datenerfassung und -analyse, vorauszuberechnen. Solcherart erstellte digitaler Zwillinge benötigen heute noch eine beträchtliche Rechnerleistung und sind daher noch nicht echtzeitfähig einsetzbar, jedoch sind wir der Überzeugung, dass die weitere Entwicklung der Computertechnologie hier in nicht allzu ferner Zukunft entsprechende Möglichkeiten bieten wird. Die Digitalisierung der Tribologie ist insbesondere erforderlich, da in vielen Anwendungsgebieten an automatisierten Prozessen, wie z. B. dem „autonomen Fahren“ gearbeitet wird, bei welchen es eine Voraussetzung ist, dass der Fahrzeugsteuerung zeitgerecht ein potenzieller Funktionsverlust eines tribologischen Systems erkennbar sein muss, damit das Fahrzeug rechtzeitig autonom zur Reparatur fährt und nicht mitten im Verkehrsfluss stehen bleibt.

Diese Schritte der Digitalisierung in der Tribologie erfolgen im laufenden Rahmenprojekt „COMET-K2-Zentrum“ mit dem Kurzbezeichnung „InTribology“, dessen Forschungsprogramm von 2021 bis 2029 durchgeführt wird. Durch die Integration von datenwissenschaftlichen Methoden – welche in den letzten Jahren insbesondere von im Internet tätigen Konzernen zur Analyse von komplexen Daten erarbeitet wurden – in die Tribologie und die damit mögliche fortschrittliche Analyse tribologischer Daten, welche ein hochdynamisches tribologisches System chemisch, physikalisch, mechanisch, geometrisch etc. zeitlich veränderlich beschreiben, wird ein neue Art der Wissensverarbeitung aufgebaut, welche zukünftig ermöglichen wird, noch zweckmäßiger den „Gesundheitszustand“ von tribologischen Systemen auf Basis von neuartigen, idealerweise berührungslos durch Massivkörper hindurch, messenden Sensorsystemen (wie z. B. Ultraschallsensoren) zu erfassen, zu beurteilen und damit deren Nutzungsdauer, bei Minimierung der dafür erforderlichen Ressourcen (Energie, Material), zu maximieren. Begriffe wie künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen, Mustererkennung etc. sind daher aus Sicht des Kompetenzzentrums für Tribologie nunmehr auch im Fachgebiet Tribologie zentrale Bestandteile und erfordern die Integration der datenwissenschaftlichen Methoden in die Tribologie-orientierte Forschung, was bis 2029 im Rahmenprojekt COMET-K2-Zentrums „InTribology“ umzusetzen angestrebt ist, nur durch die besondere Gestaltung der Rahmenbedingungen im COMET-Zentrum-Programm überhaupt erst ermöglich wird, und den durch Tribologie-orientierte Forschung beizusteuernden Beitrag zur Erreichung der Umwelt- und Klimaschutzziele im Sinne der nachhaltigen Gestaltung technischer Systeme darstellt.

Success Stories

DLC – Unverwüstlich wie Diamant!

Auch für extrem verschleißbeständige DLC-Beschichtungen (Diamond like Carbon) gibt es kritische Einsatzbedingungen

Nachhaltigkeit durch geeignete Werkstoffe

Die geeignete Schiene-Verlegestrategie ermöglicht ein langes Leben von Schienen und Rädern

„Versteckte“ Informationen zur Bewertung der Maschinengesundheit

Ein Data-Mining-Ansatz korreliert chemische Schmierstoffdaten mit der Maschinenperformance hinsichtlich Lebensdauer und Effizienz

Ein «Machine-Learning»-Algorithmus zur Erkennung fehlerhaften Betriebsverhaltens

Beurteilung reibzustandsbedingter Schallemission ermöglicht Betriebszustandsdiagnose an Gleitelementen

Fördergeber innerhalb des COMET-Programm

Das Projekt COMET-Zentrum InTribology (Tribology Intelligence – Customized Tribology for Industrial Innovation) wird im Rahmen des Programms COMET (Competence Centers for Excellent Technologies) durch das Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort und die Bundesländer Niederösterreich und Vorarlberg gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt.