New methods for the mechanical characterisation of ceramic rolling elements

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

Bei Hybridlagern bestehen die Ringe aus Stahl, die Wälzkörper – z.B. Kugeln oder Rollen – jedoch aus modernen Hochleistungskeramiken. Im Vergleich zu Stahl, haben keramische Materialien einige herausragende Eigenschaften, die von Vorteil für solche Hybridlager unter besonderen Belastungsbedingungen oder Anwendungen sein können. Aufgrund der spröden Materialeigenschaften der Keramik, wird die Zuverlässigkeit der keramischen Bestandteile in Rollkontakt hauptsächlich durch die Bruchzähigkeit als auch die Oberflächengüte bestimmt, d.h. ein einzelner Defekt kann zum katastrophalen Versagen des gesamten Lagers führen. Daher sind gut interpretierbare Methoden erforderlich, um die Oberflächenqualität der originalen Wälzkörper beurteilen zu können. Dies kann z.B. durch die Oberflächenfestigkeit quantifiziert werden, die typischerweise von Defekten nahe der Oberfläche (wie Risse oder Schleifkratzer) beeinflusst wird. Solche Defekte werden unter anderem durch die angewandte Oberflächenbearbeitung verursacht (Schleifen, Polieren, etc.). Darüber hinaus hängt die Bruchzähigkeit stark von der Mikrostruktur ab, die mit Details der Herstellungsroute variieren kann. Daher ist es ebenso wichtig, die Bruchzähigkeit direkt an der Komponente zu bestimmen. In dieser Arbeit werden neue Methoden für die Bestimmung der Oberflächenfestigkeit und der Bruchzähigkeit vorgestellt, die direkt auf die Originalkomponenten anwendbar sind. Diese Methoden eignen sich auch für kleine Wälzkörper mit Durchmessern bis zu 3 mm. Beispiele sind der „Notched Roller Test“ oder auch der vor kurzem standardisierte „Notched Ball Test“ für die Festigkeitsprüfung. Unter anderem sind diese Verfahren zur Festigkeitsprüfung mittels Einbringung künstlicher (und gut definierter) Oberflächenrisse für die Bestimmung der Bruchzähigkeit modifiziert worden. Diese Dissertation beschäftigt sich vorwiegend mit der Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Siliziumnitrid, dem Standardmaterial für keramische Wälzkörper in Hybridlagern. Darüber hinaus wird die Durchführbarkeit der entwickelten Verfahren auch für andere Strukturkeramiken untersucht.

Details

Titel in ÜbersetzungNeue Verfahren zur mechanischen Charakterisierung keramischer Wälzkörper
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2014