TY - THES

T1 - Methodenentwicklung zur Charakterisierung des Stick-Slip-Verhaltens von TPU-Materialien

AU - Hausberger, Andreas

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Wie in der Literatur beschrieben spielt das Stick-Slip-Phänomen bei thermoplastischen und auch elastomeren Werkstoffen bei tribologischen Anwendungen eine außerordentlich wichtige Rolle. Da es sich um einen instabilen Reibungsprozess handelt wird die Performance von Bauteilen negativ beeinflusst. Aufgrund lokal erhöhter Reibung (adhäsiver Verschleiß) kommt es immer wieder zu Schädigungen an Bauteilen wie Dichtungen, Scheibenwischerblättern oder Dämpfungselementen. Für die Charakterisierung des Stick-Slip-Verhaltens von polymeren Werkstoffen wurde ein neuer Prüfaufbau mit Datenauswertung konzipiert. Für die Vergleichbarkeit zwischen Festkörper und Oberfläche stellte sich ein torsionaler Versuchsaufbau als geeignet heraus. So wurde der neue Prüfaufbau in eine axiale/torsionale Dynamisch-Mechanischen-Analyse (DMA) Maschine implementiert. Dadurch konnten, Oberflächen- mit Festkörpereigenschaften durch Verwenden eines einheitlichen Prüfsystems verglichen werden. Zu diesem Zweck wurden aus mehreren Modellwerkstoffen ein ungefülltes und gefülltes thermoplastisches Polyurethansystem ausgewählt. Die aus den Werkstoffen unter kontrollierten Bedingungen hergestellten Prüfkörper wurden sowohl unter monotoner als auch zyklischer Belastung untersucht. Um das Stick-Slip-Verhalten Festkörper- und Oberflächenbezogen ausführlich zu charakterisieren, wurden die Prüfparameter in einem weiten Bereich systematisch variiert (Geschwindigkeit, Belastung und Auslenkung). Das Auftreten von Stick-Slip wurde in Form von Drehmoment-Auslenkungskurven für monotone und zyklische Versuche gemessen. Daraus wurden entsprechende kritische Spannungen und Dehnungen ermittelt und in Form von Abhängigkeitsdiagrammen und einer "Running Condition Stick-Slip Map" (zeigt die entsprechenden Parametereinflüsse) dargestellt. Neben den Ergebnissen aus den experimentellen Charakterisierungen, die für eine Werkstoffauswahl von großem Nutzen sind, wurde auch eine neuartige phänomenologische Modellierung durchgeführt. Die Ergebnisse der durchgeführten Festkörperuntersuchungen können als Eingansdaten für zukünftigen FEM-Simulationen verwendet werden und in Kombination mit dem Wissen von phänomenologischen Modellen die Bauteilauslegungen unterstützen.

AB - Wie in der Literatur beschrieben spielt das Stick-Slip-Phänomen bei thermoplastischen und auch elastomeren Werkstoffen bei tribologischen Anwendungen eine außerordentlich wichtige Rolle. Da es sich um einen instabilen Reibungsprozess handelt wird die Performance von Bauteilen negativ beeinflusst. Aufgrund lokal erhöhter Reibung (adhäsiver Verschleiß) kommt es immer wieder zu Schädigungen an Bauteilen wie Dichtungen, Scheibenwischerblättern oder Dämpfungselementen. Für die Charakterisierung des Stick-Slip-Verhaltens von polymeren Werkstoffen wurde ein neuer Prüfaufbau mit Datenauswertung konzipiert. Für die Vergleichbarkeit zwischen Festkörper und Oberfläche stellte sich ein torsionaler Versuchsaufbau als geeignet heraus. So wurde der neue Prüfaufbau in eine axiale/torsionale Dynamisch-Mechanischen-Analyse (DMA) Maschine implementiert. Dadurch konnten, Oberflächen- mit Festkörpereigenschaften durch Verwenden eines einheitlichen Prüfsystems verglichen werden. Zu diesem Zweck wurden aus mehreren Modellwerkstoffen ein ungefülltes und gefülltes thermoplastisches Polyurethansystem ausgewählt. Die aus den Werkstoffen unter kontrollierten Bedingungen hergestellten Prüfkörper wurden sowohl unter monotoner als auch zyklischer Belastung untersucht. Um das Stick-Slip-Verhalten Festkörper- und Oberflächenbezogen ausführlich zu charakterisieren, wurden die Prüfparameter in einem weiten Bereich systematisch variiert (Geschwindigkeit, Belastung und Auslenkung). Das Auftreten von Stick-Slip wurde in Form von Drehmoment-Auslenkungskurven für monotone und zyklische Versuche gemessen. Daraus wurden entsprechende kritische Spannungen und Dehnungen ermittelt und in Form von Abhängigkeitsdiagrammen und einer "Running Condition Stick-Slip Map" (zeigt die entsprechenden Parametereinflüsse) dargestellt. Neben den Ergebnissen aus den experimentellen Charakterisierungen, die für eine Werkstoffauswahl von großem Nutzen sind, wurde auch eine neuartige phänomenologische Modellierung durchgeführt. Die Ergebnisse der durchgeführten Festkörperuntersuchungen können als Eingansdaten für zukünftigen FEM-Simulationen verwendet werden und in Kombination mit dem Wissen von phänomenologischen Modellen die Bauteilauslegungen unterstützen.

KW - TPU Stick-Slip Adhäsion Modellierung Hysteresen

KW - TPU Stick-Slip Adhesion Modelling Hysteresis

M3 - Masterarbeit

ER -