TY - THES

T1 - Bauteilnahe Testmethodik für Grenzreibungszustände von Gleitlagerungen

AU - Bergmann, Philipp

N1 - gesperrt bis 11-11-2018

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Der Markt, die Umweltsituation sowie Gesetzgeber fordern eine stetige Reduktion der Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren. Um diesem Wunsch zu entsprechen, wird versucht mit Downsizing- und Leichtbaumaßnahmen die spezifische Leistung zu erhöhen sowie mit der Verwendung von niedrigviskosen Schmiermittel Reibungsverluste zu reduzieren um somit den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern. Die steigende Hybridisierung von Fahrzeugen ist eine weitere Maßnahme, die es ermöglicht die hochgesteckten Ziele zu erreichen. Im Zuge dessen erfährt die Start/Stopp-Technologie als Grundbaustein jeder Hybridklasse einen enormen Aufschwung. Für Gleitlagerungen bringen die gesetzten Maßnahmen erschwerte Betriebsbedingungen mit sich und erweitern die Bereiche der Grenz- und Mischreibung, in denen Gleitlager eine unzureichende Tragfähigkeit aufweisen, über einen größeren Drehzahlbereich. Zusätzlich verschärft wird diese Situation durch die Start/Stopp-Technologie, die für ein Gleitlagersystem ein häufiges Durchfahren der vergrößerten Bereiche der Grenz- und Mischreibung bedeutet. Herkömmliche Gleitlager sind dafür nicht ausgelegt, weswegen es notwendig ist, die Entwicklung voranzutreiben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten eine Methodik mit Hilfe eines Gleitlageradapters, aufgebaut auf dem Rotationstribometer TE92HS, entwickelt, um bauteilnahe kostengünstige Untersuchungen an einem Gleitlagerersatzsystem durchführen zu können. Untersucht wurden unterschiedliche Werkstoffkombinationen, wobei als Zwischenmedium FVA-Öle verwendet wurden. Die daraus resultierenden Schlüsse sollen der zukünftigen Verbesserung des Tribosystems selbst und Tribokomponenten dienen. Im Zuge der einführenden Literaturrecherche wurde der Stand der Technik in den Bereichen Tribologie, Gleitlagertechnik, Start/Stopp-Technologie sowie aktuelle Prüfmethodik erfasst. Um tribologische Untersuchungen des Verhaltens von Gleitlagersystemen im Genz- und Mischreibungsbereich durchführen zu können, wurden zu Beginn Arbeiten am mechanischen Aufbau durchgeführt. Dadurch konnte neben den technischen Voraussetzungen auch eine erhöhte Messgenauigkeit hergestellt werden. Zu den bestehenden Messgrößen wurden zwei neue Messinstrumente hinzugefügt. Zum einen ist dies die Messung der akustischen Emissionen und zum anderen die High Speed Daten Aufzeichnung der Messgrößen Reibwert, Kontaktpotential und Drehzahl, die eine Erfassung mit hohen Frequenzen ermöglicht. Die in vorangegangenen Arbeiten installierte Messung des hydrodynamischen Schmierfilmdrucks erbrachte in Folge der durchgeführten Änderungen erstmals zuverlässige Ergebnisse. Das Gerüst aus den bestehenden Messgrößen Reibwert, Kontaktpotential und Temperatur wurde somit um diese Komponenten erweitert um vertiefende Aussagen über das Verhalten des Gleitlagerersatzsystems treffen zu können. Es stellte sich heraus, dass die Aufzeichnung der High Speed Daten Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten des mechanischen Aufbaus zulassen. Die Auswertung dieser Daten schafft neben detaillierten Einblicken in das Verhalten der Messgrößen auch eine Basis zur Evaluierung von zukünftigen Verbesserungen des mechanischen Aufbaus. Zusätzlich unterstützt wird die Methodik durch eine hydrodynamische Schmierfilmsimulation mittels COMSOL, welche einerseits der Validierung der durchgeführten Adaptierung diente und zusammen mit den aus Versuchen ermittelten Größen eine umfassende Basis bildet, tribologische Systeme zu beschreiben. Die Versuche zeigten, dass die Prüfmethodik detaillierte Aussagen über das Verhalten von unterschiedlichen Tribosystemen liefert. Einflüsse von Temperatur, Belastung, Oberflächenzustand und unterschiedlicher Werkstoffpaarung konnten charakterisiert und deren Einfluss auf Grenz-, Misch- und Flüssigkeitsreibung dargestellt werden. Abschließend wurden Empfehlungen ausgesprochen und zukünftige Schritte in Aussicht gestellt.

AB - Der Markt, die Umweltsituation sowie Gesetzgeber fordern eine stetige Reduktion der Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren. Um diesem Wunsch zu entsprechen, wird versucht mit Downsizing- und Leichtbaumaßnahmen die spezifische Leistung zu erhöhen sowie mit der Verwendung von niedrigviskosen Schmiermittel Reibungsverluste zu reduzieren um somit den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern. Die steigende Hybridisierung von Fahrzeugen ist eine weitere Maßnahme, die es ermöglicht die hochgesteckten Ziele zu erreichen. Im Zuge dessen erfährt die Start/Stopp-Technologie als Grundbaustein jeder Hybridklasse einen enormen Aufschwung. Für Gleitlagerungen bringen die gesetzten Maßnahmen erschwerte Betriebsbedingungen mit sich und erweitern die Bereiche der Grenz- und Mischreibung, in denen Gleitlager eine unzureichende Tragfähigkeit aufweisen, über einen größeren Drehzahlbereich. Zusätzlich verschärft wird diese Situation durch die Start/Stopp-Technologie, die für ein Gleitlagersystem ein häufiges Durchfahren der vergrößerten Bereiche der Grenz- und Mischreibung bedeutet. Herkömmliche Gleitlager sind dafür nicht ausgelegt, weswegen es notwendig ist, die Entwicklung voranzutreiben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten eine Methodik mit Hilfe eines Gleitlageradapters, aufgebaut auf dem Rotationstribometer TE92HS, entwickelt, um bauteilnahe kostengünstige Untersuchungen an einem Gleitlagerersatzsystem durchführen zu können. Untersucht wurden unterschiedliche Werkstoffkombinationen, wobei als Zwischenmedium FVA-Öle verwendet wurden. Die daraus resultierenden Schlüsse sollen der zukünftigen Verbesserung des Tribosystems selbst und Tribokomponenten dienen. Im Zuge der einführenden Literaturrecherche wurde der Stand der Technik in den Bereichen Tribologie, Gleitlagertechnik, Start/Stopp-Technologie sowie aktuelle Prüfmethodik erfasst. Um tribologische Untersuchungen des Verhaltens von Gleitlagersystemen im Genz- und Mischreibungsbereich durchführen zu können, wurden zu Beginn Arbeiten am mechanischen Aufbau durchgeführt. Dadurch konnte neben den technischen Voraussetzungen auch eine erhöhte Messgenauigkeit hergestellt werden. Zu den bestehenden Messgrößen wurden zwei neue Messinstrumente hinzugefügt. Zum einen ist dies die Messung der akustischen Emissionen und zum anderen die High Speed Daten Aufzeichnung der Messgrößen Reibwert, Kontaktpotential und Drehzahl, die eine Erfassung mit hohen Frequenzen ermöglicht. Die in vorangegangenen Arbeiten installierte Messung des hydrodynamischen Schmierfilmdrucks erbrachte in Folge der durchgeführten Änderungen erstmals zuverlässige Ergebnisse. Das Gerüst aus den bestehenden Messgrößen Reibwert, Kontaktpotential und Temperatur wurde somit um diese Komponenten erweitert um vertiefende Aussagen über das Verhalten des Gleitlagerersatzsystems treffen zu können. Es stellte sich heraus, dass die Aufzeichnung der High Speed Daten Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten des mechanischen Aufbaus zulassen. Die Auswertung dieser Daten schafft neben detaillierten Einblicken in das Verhalten der Messgrößen auch eine Basis zur Evaluierung von zukünftigen Verbesserungen des mechanischen Aufbaus. Zusätzlich unterstützt wird die Methodik durch eine hydrodynamische Schmierfilmsimulation mittels COMSOL, welche einerseits der Validierung der durchgeführten Adaptierung diente und zusammen mit den aus Versuchen ermittelten Größen eine umfassende Basis bildet, tribologische Systeme zu beschreiben. Die Versuche zeigten, dass die Prüfmethodik detaillierte Aussagen über das Verhalten von unterschiedlichen Tribosystemen liefert. Einflüsse von Temperatur, Belastung, Oberflächenzustand und unterschiedlicher Werkstoffpaarung konnten charakterisiert und deren Einfluss auf Grenz-, Misch- und Flüssigkeitsreibung dargestellt werden. Abschließend wurden Empfehlungen ausgesprochen und zukünftige Schritte in Aussicht gestellt.

KW - Tribologie

KW - Gleitlager

KW - Grenzreibung

KW - Mischreibung

KW - Methodik

KW - Gleitlagerersatzsystem

KW - Start/Stopp

KW - Tribology

KW - Journal bearing

KW - Boundary friction

KW - Mixed friction

KW - Methodology

KW - Journal bearing equivalent system

KW - Start/Stopp

M3 - Diplomarbeit

ER -