TY - THES

T1 - Untersuchung der Kontaktschädigung von Kugellagerkugeln aus Siliziumnitrid

AU - Pasterk, Michael

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die effiziente und zuverlässige Funktion von Maschinen und mechanischen Systemen ist in unserer technologischen Welt von zentraler Bedeutung. Dies gilt natürlich auch für Kugellager, die in dieser Arbeit im Fokus stehen. Die Wahl der richtigen Materialien für Kugellager ist daher entscheidend, um Langlebigkeit, Verschleißfestigkeit und optimale Leistung sicherzustellen. In diesem Kontext haben sich strukturkeramische Werkstoffe wie Siliziumnitrid aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften, einschließlich hoher Härte, Korrosionsbeständigkeit, Thermoschockbeständigkeit und geringem Gewicht, als vielversprechende Option etabliert. Trotz dieser vielversprechenden Eigenschaften besteht bei strukturkeramischen Werkstoffen die Gefahr des Versagens durch Rissbildung unter Last. Die Kontaktschädigung, insbesondere Hertz´sche Ringrisse, ist ein häufiger Schädigungsmechanismus bei keramischen Kugellagerkugeln. In dieser Masterarbeit werden die Kräfte bei der Entstehung von Ringrissen (Erstschädigung) in Kugellagerkugeln erfasst und mittels der Hertz´schen Kontakttheorie interpretiert. Statt des üblichen Kontaktes zwischen einer Kugel und einer ebenen Platte wird hier der Kontakt zwischen zwei Kugeln unter Last betrachtet (¿Kugel-Kugel-Drucktest¿). Ein eigens entwickelter Messaufbau erfasst akustisch das Auftreten von Ringrissen in den Kugeln, um zuverlässig festzustellen, wann die Kontaktschädigung bei einem Kugel-Kugel-Kontakt beginnt und somit der erste Schritt zum Totalversagen der Kugellagerkugel erfolgt. Um den Einfluss des Kugeldurchmessers auf die Erstschädigung und somit auf die Hertz´sche Kontakttheorie zu untersuchen, werden Kugeln mit unterschiedlichen Kugeldurchmessern getestet. Darüber hinaus werden einige Kugeln vor dem Test bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt (¿annealing¿), um Änderungen von potenziellen Eigenspannungen auf die Erstschädigung zu erforschen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zu Verbesserung von Kugellagern aus Siliziumnitrid beitragen, indem sie Einblicke in die Kontaktschädigung und ihre Auslöser bieten, was zur Entwicklung robuster und langlebiger Komponenten in anspruchsvollen Anwendungen führen kann.

AB - Die effiziente und zuverlässige Funktion von Maschinen und mechanischen Systemen ist in unserer technologischen Welt von zentraler Bedeutung. Dies gilt natürlich auch für Kugellager, die in dieser Arbeit im Fokus stehen. Die Wahl der richtigen Materialien für Kugellager ist daher entscheidend, um Langlebigkeit, Verschleißfestigkeit und optimale Leistung sicherzustellen. In diesem Kontext haben sich strukturkeramische Werkstoffe wie Siliziumnitrid aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften, einschließlich hoher Härte, Korrosionsbeständigkeit, Thermoschockbeständigkeit und geringem Gewicht, als vielversprechende Option etabliert. Trotz dieser vielversprechenden Eigenschaften besteht bei strukturkeramischen Werkstoffen die Gefahr des Versagens durch Rissbildung unter Last. Die Kontaktschädigung, insbesondere Hertz´sche Ringrisse, ist ein häufiger Schädigungsmechanismus bei keramischen Kugellagerkugeln. In dieser Masterarbeit werden die Kräfte bei der Entstehung von Ringrissen (Erstschädigung) in Kugellagerkugeln erfasst und mittels der Hertz´schen Kontakttheorie interpretiert. Statt des üblichen Kontaktes zwischen einer Kugel und einer ebenen Platte wird hier der Kontakt zwischen zwei Kugeln unter Last betrachtet (¿Kugel-Kugel-Drucktest¿). Ein eigens entwickelter Messaufbau erfasst akustisch das Auftreten von Ringrissen in den Kugeln, um zuverlässig festzustellen, wann die Kontaktschädigung bei einem Kugel-Kugel-Kontakt beginnt und somit der erste Schritt zum Totalversagen der Kugellagerkugel erfolgt. Um den Einfluss des Kugeldurchmessers auf die Erstschädigung und somit auf die Hertz´sche Kontakttheorie zu untersuchen, werden Kugeln mit unterschiedlichen Kugeldurchmessern getestet. Darüber hinaus werden einige Kugeln vor dem Test bei unterschiedlichen Temperaturen wärmebehandelt (¿annealing¿), um Änderungen von potenziellen Eigenspannungen auf die Erstschädigung zu erforschen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen zu Verbesserung von Kugellagern aus Siliziumnitrid beitragen, indem sie Einblicke in die Kontaktschädigung und ihre Auslöser bieten, was zur Entwicklung robuster und langlebiger Komponenten in anspruchsvollen Anwendungen führen kann.

KW - Kontaktschädigung

KW - Hertz´sche Kontakttheorie

KW - Kugellagerkugeln

KW - Siliziumnitrid

KW - contact damage

KW - Hertzian contact theory

KW - ball bearings

KW - silicon nitride

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.226

DO - 10.34901/mul.pub.2023.226

M3 - Masterarbeit

ER -