TY - THES

T1 - Entwicklung einer Versuchsmethodik zur Untersuchung von Frettingbeanspruchung

AU - Strohhäussl, Bernd

N1 - gesperrt bis 29-09-2016

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Der Begriff „Fretting“ beschreibt einen komplexen Prozess, der durch eine geringe oszillierende Relativbewegung zwischen zwei kontaktierenden Körpern hervorgerufen wird und sich in verschiedenen Schädigungsformen äußern kann. Die Lebensdauer von Bauteilen und Komponenten kann durch dieses Verhalten stark vermindert werden, wodurch dieser Vorgang zu einem ernstzunehmenden Problem unserer Zeit geworden ist. In der Fachliteratur werden überwiegend Hertz’sche Kontakte untersucht, da die Kontaktmechanik dieser Systeme bereits sehr intensiv erforscht und diesbezüglich auch sehr exakt beschrieben ist. Viel komplexer stellen sich in diesem Zusammenhang großflächige Kontakte dar, die zufolge ihrer Natur versuchstechnisch schwerer zu beherrschen und zu interpretieren sind. In maschinenbaulichen Anwendungen sind allerdings vorwiegend großflächige Kontakte von dieser Schädigung betroffen, wodurch der Bedarf einer geeigneten Versuchsmethodik für diese Systeme bereits seit langem vorhanden ist. In dieser Arbeit wurde diesbezüglich eine elektromotorisch direktangetriebene Prüfvorrichtung mit spezieller Belastungseinheit entworfen, die die Untersuchung von Frettingprozessen an großflächigen Kontakten ermöglicht. Die dafür aufwendige Regelung des Antriebs wurde speziell für Frettinguntersuchungen durch die Modifikation des PI-Reglers und der Einführung eines versuchstechnisch ermittelten Vorsteuerfaktors adaptiert. In einer ersten Versuchsserie, anhand des Systems Stahl/Stahl, wurde die Der Begriff „Fretting“ beschreibt einen komplexen Prozess, der durch eine geringe oszillierende Relativbewegung zwischen zwei kontaktierenden Körpern hervorgerufen wird und sich in verschiedenen Schädigungsformen äußern kann. Die Lebensdauer von Bauteilen und Komponenten kann durch dieses Verhalten stark vermindert werden, wodurch dieser Vorgang zu einem ernstzunehmenden Problem unserer Zeit geworden ist. In der Fachliteratur werden überwiegend Hertz’sche Kontakte untersucht, da die Kontaktmechanik dieser Systeme bereits sehr intensiv erforscht und diesbezüglich auch sehr exakt beschrieben ist. Viel komplexer stellen sich in diesem Zusammenhang großflächige Kontakte dar, die zufolge ihrer Natur versuchstechnisch schwerer zu beherrschen und zu interpretieren sind. In maschinenbaulichen Anwendungen sind allerdings vorwiegend großflächige Kontakte von dieser Schädigung betroffen, wodurch der Bedarf einer geeigneten Versuchsmethodik für diese Systeme bereits seit langem vorhanden ist. In dieser Arbeit wurde diesbezüglich eine elektromotorisch direktangetriebene Prüfvorrichtung mit spezieller Belastungseinheit entworfen, die die Untersuchung von Frettingprozessen an großflächigen Kontakten ermöglicht. Die dafür aufwendige Regelung des Antriebs wurde speziell für Frettinguntersuchungen durch die Modifikation des PI-Reglers und der Einführung eines versuchstechnisch ermittelten Vorsteuerfaktors adaptiert. In einer ersten Versuchsserie wurde anhand des Systems Stahl/Stahl die Funktionsweise dieser Prüfmethodik ermittelt und mit Referenzuntersuchung durch eine etablierte Hydropuls-Versuchsmethodik validiert. Durch eine anschließende schadensanalytische Betrachtung wurden die auf den beiden Prüfvorrichtungen entstandenen Schadensbilder miteinander verglichen. Bei gleicher Parametrierung und Versuchsdauer weisen die Probenkörper der Hydropuls-Versuchsmethodik bedingt durch die Unterschiede in der Steifigkeit der Probeneinspannung und der unterschiedlichen Krafteinleitung eine weitaus stärkere Schädigung als die der elektromotorischen Variante auf, die sich eher bauteilnahe orientiert. Das großflächige Tragbild und dessen Reproduzierbarkeit bilden somit die Grundlage für eine detaillierte Visualisierung der Funktionsweise von Materialien, Beschichtungen und anderen Oberflächenmodifikationen, wodurch die entworfene elektromotorische-Versuchsmethodik eine entscheidende Erweiterung der Fretting-Untersuchung

AB - Der Begriff „Fretting“ beschreibt einen komplexen Prozess, der durch eine geringe oszillierende Relativbewegung zwischen zwei kontaktierenden Körpern hervorgerufen wird und sich in verschiedenen Schädigungsformen äußern kann. Die Lebensdauer von Bauteilen und Komponenten kann durch dieses Verhalten stark vermindert werden, wodurch dieser Vorgang zu einem ernstzunehmenden Problem unserer Zeit geworden ist. In der Fachliteratur werden überwiegend Hertz’sche Kontakte untersucht, da die Kontaktmechanik dieser Systeme bereits sehr intensiv erforscht und diesbezüglich auch sehr exakt beschrieben ist. Viel komplexer stellen sich in diesem Zusammenhang großflächige Kontakte dar, die zufolge ihrer Natur versuchstechnisch schwerer zu beherrschen und zu interpretieren sind. In maschinenbaulichen Anwendungen sind allerdings vorwiegend großflächige Kontakte von dieser Schädigung betroffen, wodurch der Bedarf einer geeigneten Versuchsmethodik für diese Systeme bereits seit langem vorhanden ist. In dieser Arbeit wurde diesbezüglich eine elektromotorisch direktangetriebene Prüfvorrichtung mit spezieller Belastungseinheit entworfen, die die Untersuchung von Frettingprozessen an großflächigen Kontakten ermöglicht. Die dafür aufwendige Regelung des Antriebs wurde speziell für Frettinguntersuchungen durch die Modifikation des PI-Reglers und der Einführung eines versuchstechnisch ermittelten Vorsteuerfaktors adaptiert. In einer ersten Versuchsserie, anhand des Systems Stahl/Stahl, wurde die Der Begriff „Fretting“ beschreibt einen komplexen Prozess, der durch eine geringe oszillierende Relativbewegung zwischen zwei kontaktierenden Körpern hervorgerufen wird und sich in verschiedenen Schädigungsformen äußern kann. Die Lebensdauer von Bauteilen und Komponenten kann durch dieses Verhalten stark vermindert werden, wodurch dieser Vorgang zu einem ernstzunehmenden Problem unserer Zeit geworden ist. In der Fachliteratur werden überwiegend Hertz’sche Kontakte untersucht, da die Kontaktmechanik dieser Systeme bereits sehr intensiv erforscht und diesbezüglich auch sehr exakt beschrieben ist. Viel komplexer stellen sich in diesem Zusammenhang großflächige Kontakte dar, die zufolge ihrer Natur versuchstechnisch schwerer zu beherrschen und zu interpretieren sind. In maschinenbaulichen Anwendungen sind allerdings vorwiegend großflächige Kontakte von dieser Schädigung betroffen, wodurch der Bedarf einer geeigneten Versuchsmethodik für diese Systeme bereits seit langem vorhanden ist. In dieser Arbeit wurde diesbezüglich eine elektromotorisch direktangetriebene Prüfvorrichtung mit spezieller Belastungseinheit entworfen, die die Untersuchung von Frettingprozessen an großflächigen Kontakten ermöglicht. Die dafür aufwendige Regelung des Antriebs wurde speziell für Frettinguntersuchungen durch die Modifikation des PI-Reglers und der Einführung eines versuchstechnisch ermittelten Vorsteuerfaktors adaptiert. In einer ersten Versuchsserie wurde anhand des Systems Stahl/Stahl die Funktionsweise dieser Prüfmethodik ermittelt und mit Referenzuntersuchung durch eine etablierte Hydropuls-Versuchsmethodik validiert. Durch eine anschließende schadensanalytische Betrachtung wurden die auf den beiden Prüfvorrichtungen entstandenen Schadensbilder miteinander verglichen. Bei gleicher Parametrierung und Versuchsdauer weisen die Probenkörper der Hydropuls-Versuchsmethodik bedingt durch die Unterschiede in der Steifigkeit der Probeneinspannung und der unterschiedlichen Krafteinleitung eine weitaus stärkere Schädigung als die der elektromotorischen Variante auf, die sich eher bauteilnahe orientiert. Das großflächige Tragbild und dessen Reproduzierbarkeit bilden somit die Grundlage für eine detaillierte Visualisierung der Funktionsweise von Materialien, Beschichtungen und anderen Oberflächenmodifikationen, wodurch die entworfene elektromotorische-Versuchsmethodik eine entscheidende Erweiterung der Fretting-Untersuchung

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