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T1 - Entwicklung und Simulation tribologischer Testmethoden in der Dichtungstechnik

AU - Hausberger, Andreas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - In der Dichtungstechnik spielt die Wahl des richtigen Werkstoffs für die Funktionsfähigkeit des Dichtungssystems, spezifischer die Dichtung, eine entscheidende Rolle. Im Bereich elastomerer Dichtungsmaterialien ergeben sich aufgrund der typischen Werkstoffeigenschaften, die unter Last zu hohen Reibungskoeffizienten und Deformationsneigungen führen, unterschiedlichste Einflüsse auf das tribologische System. Die Untersuchung dieser Eigenschaftsfunktionen ist unerlässlich für das grundlegende Verständnis des Dichtungswerkstoffs. Ebenso kann dadurch ein besserer Zugang zur Optimierung von Prüfsystemen geschaffen werden und darauf aufbauend eine Weiterentwicklung von Dichtungswerkstoffen wie auch Dichtungsgeometrien erfolgen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Zusammenfassung tribologischer und werkstofflicher Untersuchungen an thermoplastischen Polyurethanwerkstoffen für die Dichtungsindustrie. Diese Materialklasse vereint die Vorteile der thermoplastischen Verarbeitbarkeit im Spritzgussprozess, der guten Beständigkeit gegenüber Medien, sowie hervorragende tribologische Eigenschaften. Für die Lebensdauer und die Funktionsfähigkeit sind das Reibungs- und Verschleißverhalten ausschlaggebend. Im Rahmen der Empirie werden dazu Prüfmethoden unter Verwendung unterschiedlicher Tribometersysteme und eines Bauteilprüfstands neu bzw. weiter entwickelt. Die Ergebnisse aus den Modellversuchen werden jenen aus den Dichtungsprüfstandversuchen gegenübergestellt, um Übertragbarkeitskriterien zu schaffen. Die Erstellung von Kontaktmodellen zur Simulation von Modell- und Bauteilkontakten bzw. die Erzeugung einer Korrelation zu experimentellen Ergebnissen erfolgt unter Verwendung experimentell ermittelter Werkstoffkennwerte. Die Erkenntnisse aus Experimenten und Simulationen wiederum bilden die Basis für Reibungs- und Schädigungsmodelle für thermoplastische Polyurethane. Die Studie konnte mithilfe der im vorigen Absatz genannten Methoden wesentliche Punkte zu der Erforschung von polyurethan-basierten Dichtungssystemen beitragen. Dazu zählt die Prüfkörpergeometrie-optimierung für tribologische Ring-Scheibe-Untersuchungen und damit die Schaffung einer Übertragbarkeitsgrundlage zwischen Modell- und Bauteilversuchen. Ebenso erfolgte eine realistische Visualisierung des Deformationsverhaltens der Kontaktbereiche durch Kontaktsimulation sowie der Spannungskonzentrationen im Kontakt. Außerdem klärt diese Arbeit den Einfluss unterschiedlicher Tribometersysteme auf die tribologischen Eigenschaftsfunktionen thermoplastischer Polyurethane und deren bedeutenden Einfluss auf Ergebnisinterpretationen auf. Letztlich trägt diese Arbeit zur erfolgreichen Umsetzung von tribologischen Reibungs- und Schädigungsmodellen auf Basis experimenteller Ergebnisse und Simulationstätigkeiten bei. Die Übereinstimmung der experimentellen und simulationstechnischen Erkenntnisse zeigt die Möglichkeiten der Polymertribologie zur Abschätzung lokaler mechanisch/physikalischer Vorgänge und möglichem Bauteilverhalten für die Dichtungsanwendung auf.

AB - In der Dichtungstechnik spielt die Wahl des richtigen Werkstoffs für die Funktionsfähigkeit des Dichtungssystems, spezifischer die Dichtung, eine entscheidende Rolle. Im Bereich elastomerer Dichtungsmaterialien ergeben sich aufgrund der typischen Werkstoffeigenschaften, die unter Last zu hohen Reibungskoeffizienten und Deformationsneigungen führen, unterschiedlichste Einflüsse auf das tribologische System. Die Untersuchung dieser Eigenschaftsfunktionen ist unerlässlich für das grundlegende Verständnis des Dichtungswerkstoffs. Ebenso kann dadurch ein besserer Zugang zur Optimierung von Prüfsystemen geschaffen werden und darauf aufbauend eine Weiterentwicklung von Dichtungswerkstoffen wie auch Dichtungsgeometrien erfolgen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Zusammenfassung tribologischer und werkstofflicher Untersuchungen an thermoplastischen Polyurethanwerkstoffen für die Dichtungsindustrie. Diese Materialklasse vereint die Vorteile der thermoplastischen Verarbeitbarkeit im Spritzgussprozess, der guten Beständigkeit gegenüber Medien, sowie hervorragende tribologische Eigenschaften. Für die Lebensdauer und die Funktionsfähigkeit sind das Reibungs- und Verschleißverhalten ausschlaggebend. Im Rahmen der Empirie werden dazu Prüfmethoden unter Verwendung unterschiedlicher Tribometersysteme und eines Bauteilprüfstands neu bzw. weiter entwickelt. Die Ergebnisse aus den Modellversuchen werden jenen aus den Dichtungsprüfstandversuchen gegenübergestellt, um Übertragbarkeitskriterien zu schaffen. Die Erstellung von Kontaktmodellen zur Simulation von Modell- und Bauteilkontakten bzw. die Erzeugung einer Korrelation zu experimentellen Ergebnissen erfolgt unter Verwendung experimentell ermittelter Werkstoffkennwerte. Die Erkenntnisse aus Experimenten und Simulationen wiederum bilden die Basis für Reibungs- und Schädigungsmodelle für thermoplastische Polyurethane. Die Studie konnte mithilfe der im vorigen Absatz genannten Methoden wesentliche Punkte zu der Erforschung von polyurethan-basierten Dichtungssystemen beitragen. Dazu zählt die Prüfkörpergeometrie-optimierung für tribologische Ring-Scheibe-Untersuchungen und damit die Schaffung einer Übertragbarkeitsgrundlage zwischen Modell- und Bauteilversuchen. Ebenso erfolgte eine realistische Visualisierung des Deformationsverhaltens der Kontaktbereiche durch Kontaktsimulation sowie der Spannungskonzentrationen im Kontakt. Außerdem klärt diese Arbeit den Einfluss unterschiedlicher Tribometersysteme auf die tribologischen Eigenschaftsfunktionen thermoplastischer Polyurethane und deren bedeutenden Einfluss auf Ergebnisinterpretationen auf. Letztlich trägt diese Arbeit zur erfolgreichen Umsetzung von tribologischen Reibungs- und Schädigungsmodellen auf Basis experimenteller Ergebnisse und Simulationstätigkeiten bei. Die Übereinstimmung der experimentellen und simulationstechnischen Erkenntnisse zeigt die Möglichkeiten der Polymertribologie zur Abschätzung lokaler mechanisch/physikalischer Vorgänge und möglichem Bauteilverhalten für die Dichtungsanwendung auf.

KW - Polymer tribology

KW - TPU

KW - contact simulation

KW - Polymertribology

KW - TPU

KW - Kontaktsimulation

M3 - Dissertation

ER -