TY - BOOK

T1 - Über die Bewertung von Mischreibungsprozessen und deren Einfluss auf die Lebensdauer großflächiger tribologischer Kontakte

AU - Bergmann, Philipp

N1 - gesperrt bis 30-04-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Die stetige technologische Weiterentwicklung von Maschinen erlaubt eine fortschreitende Verbesserung ihrer gesamtheitlichen Wirkungsgrade. Maßnahmen wie bspw. Downsizing, Hybridisierung oder die Verwendung von niedrig-viskosen Ölen zur Verringerung von Reibungsverlusten zwingen Gleitlager als wesentliche Bestandteile dieser Maschinen hingegen zunehmend in den Bereich der Misch- und Grenzreibung. Die Folgen davon sind unter anderem erhöhte Reibungsverluste und Verschleiß. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Problematik mit einem umfassenden Ansatz aufgegriffen. Zum einen wurde mit der Auswertung akustischer Emissionen ein neues Messprinzip angewandt und die Korrelation zu tribologischen Prozessen untersucht. Dazu wurden zwei Reibkontakte (Ring-on-Disc und vereinfachter Gleitlagerkontakt) von einem anfänglich stabilen Betrieb allmählich ans Versagen herangeführt und deren Verhalten mittels akustischer Emissionen bewertet. Zum anderen wurde eine numerische Berechnungskette unter Zuhilfenahme von MATLAB® und COMSOL Multiphysics® entwickelt, die eine Berechnung beliebiger Lastfälle in der Flüssigkeits-, Misch- und Grenzreibung ermöglicht. Diese wurde mittels Literaturdaten und eines experimentellen Abgleichs validiert und erlaubte die Beleuchtung einiger Aspekte der Mischreibungsmodellierung. Zur Bewertung von Verschleiß wurden Verschleißexperimente durchgeführt und mit Hilfe energetischer Methoden ausgewertet. Eine numerische Verschleißbewertung konnte durch eine entsprechende Formulierung der Archard’schen Verschleißgleichung in die entwickelte numerische Berechnungskette integriert und experimentell validiert werden. Die Untersuchungen der akustischen Emissionen zeigten eine enge Korrelation zu ablaufenden tribologischen Prozessen, wodurch das tribologische Verhalten der beiden untersuchten Systeme charakterisiert werden konnte. Mit Hilfe eines Vergleichs der numerischen und experimentellen Mischreibungsergebnisse konnte die entwickelte Berechnungskette validiert, die Simulation von Mischreibungsprozessen intensiv beleuchtet und ein wissenschaftlicher Beitrag auf diesem Themengebiet geleistet werden. Basierend auf der energetischen Auswertung der Verschleißexperimente konnte das Verschleißverhalten zweier Gleitlagerwerkstoffe untersucht und verglichen sowie die universelle Einsetzbarkeit dieser Bewertungsmethode aufgezeigt werden. Durchgeführte numerische Untersuchungen lieferten eine gute phänomenologische Übereinstimmung zu den experimentellen Beobachtungen.

AB - Die stetige technologische Weiterentwicklung von Maschinen erlaubt eine fortschreitende Verbesserung ihrer gesamtheitlichen Wirkungsgrade. Maßnahmen wie bspw. Downsizing, Hybridisierung oder die Verwendung von niedrig-viskosen Ölen zur Verringerung von Reibungsverlusten zwingen Gleitlager als wesentliche Bestandteile dieser Maschinen hingegen zunehmend in den Bereich der Misch- und Grenzreibung. Die Folgen davon sind unter anderem erhöhte Reibungsverluste und Verschleiß. Im Rahmen dieser Arbeit wurde diese Problematik mit einem umfassenden Ansatz aufgegriffen. Zum einen wurde mit der Auswertung akustischer Emissionen ein neues Messprinzip angewandt und die Korrelation zu tribologischen Prozessen untersucht. Dazu wurden zwei Reibkontakte (Ring-on-Disc und vereinfachter Gleitlagerkontakt) von einem anfänglich stabilen Betrieb allmählich ans Versagen herangeführt und deren Verhalten mittels akustischer Emissionen bewertet. Zum anderen wurde eine numerische Berechnungskette unter Zuhilfenahme von MATLAB® und COMSOL Multiphysics® entwickelt, die eine Berechnung beliebiger Lastfälle in der Flüssigkeits-, Misch- und Grenzreibung ermöglicht. Diese wurde mittels Literaturdaten und eines experimentellen Abgleichs validiert und erlaubte die Beleuchtung einiger Aspekte der Mischreibungsmodellierung. Zur Bewertung von Verschleiß wurden Verschleißexperimente durchgeführt und mit Hilfe energetischer Methoden ausgewertet. Eine numerische Verschleißbewertung konnte durch eine entsprechende Formulierung der Archard’schen Verschleißgleichung in die entwickelte numerische Berechnungskette integriert und experimentell validiert werden. Die Untersuchungen der akustischen Emissionen zeigten eine enge Korrelation zu ablaufenden tribologischen Prozessen, wodurch das tribologische Verhalten der beiden untersuchten Systeme charakterisiert werden konnte. Mit Hilfe eines Vergleichs der numerischen und experimentellen Mischreibungsergebnisse konnte die entwickelte Berechnungskette validiert, die Simulation von Mischreibungsprozessen intensiv beleuchtet und ein wissenschaftlicher Beitrag auf diesem Themengebiet geleistet werden. Basierend auf der energetischen Auswertung der Verschleißexperimente konnte das Verschleißverhalten zweier Gleitlagerwerkstoffe untersucht und verglichen sowie die universelle Einsetzbarkeit dieser Bewertungsmethode aufgezeigt werden. Durchgeführte numerische Untersuchungen lieferten eine gute phänomenologische Übereinstimmung zu den experimentellen Beobachtungen.

KW - Tribologie

KW - Mischreibung

KW - Verschleiß

KW - Simulation

KW - Versuch

KW - Tribology

KW - Friction

KW - Wear

KW - Simulation

KW - Testing

M3 - Dissertation

ER -