TY - THES

T1 - Einflüsse der Betriebsparameter auf den Hochtemperaturverschleiß von Walzstraßenkomponenten

AU - Hofbauer, Thomas

N1 - gesperrt bis 02-09-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Verschleiß und Reibung sind in Maschinen und Anlagen immer wieder ausschlaggebende Kriterien, welche die Lebensdauer wie auch die laufenden Kosten und deren Wirkungsgrad stark beeinflussen können. Jede Maschine besitzt mindestens ein bewegliches Bauteil, also auch einen sogenannten tribologischen Kontakt, welcher Reibung und Verschleiß verursacht. In der heutigen Zeit werden die Anforderungen an Maschinen immer größer. Ressourcen- und Kostenschonung, Stillstandzeit minimieren und die Umweltfreundlichkeit erhöhen, sind nur wenige Beispiele dafür. Eine Optimierung eines tribologischen Kontaktes in der Maschine kann diese Punkte stark beeinflussen. Die Stärke des Verschleißes ist jedoch oftmals von der Werkstoffpaarung und weiteren Parametern wie z. B. der Belastung, der Temperatur und der Relativgeschwindigkeit abhängig. Da der Verschleiß also eine Systemgröße und keine Materialeigenschaft ist, ist eine Aussage über den möglich auftretenden Verschleiß ohne Versuche kaum möglich. Ein solcher hochbeanspruchter tribologische Kontakt befindet sich in einem Warmdrahtwalzwerk. Relativgeschwindigkeiten von über 110 m/s bei Temperaturen von bis zu 1000 °C werden in diesem System durch den gewalzten Warmdraht erreicht. Da der Draht oftmals eine Länge von bis zu 6 km erreichen kann, muss dieser am Ende der Walzstraße in sogenannte „Coils“ gewickelt werden. Dies wird mithilfe eines Legerohres erreicht. Der Draht schießt durch das gebogene Rohr und legt sich am Ende in kreisförmige Schleifen. Eine Schmierung ist aufgrund der hohen Temperaturen des Drahtes nicht möglich. Das Legerohr verschleißt bei diesem Prozess und muss nach gewisser Betriebszeit gewechselt werden. Um den Prozess zu optimieren bzw. die Stillstandzeit zu minimieren und die Ressourcenschonung zu steigern, wurde diese Masterarbeit durchgeführt. Ziel war die Ermittlung des Verschleißverhaltens des Legerohrs in Abhängigkeit der Temperatur wie auch dem Sauerstoff im Umgebungsmedium. Dafür wurde eine bereits vorhandene Prüfmaschine umgebaut, automatisiert und optimiert sowie eine Kraftaufbringung mittels eines pneumatischen Muskels neu konstruiert. Auf diesem horizontalen Tribometer wird eine Scheibe mit 200 mm Durchmesser als Drahtprobe montiert. Die Scheibe wird induktiv auf bis zu 950 °C erhitzt und mit einem Servomotor auf 4.500 U/min gedreht. Die Legerohrprobe wird dabei mittels der Kraftaufbringung gegen diese erhitzte Scheibe für ca. 30 Minuten gedrückt. Der entstandene Verschleiß wird mit einem taktilen Oberflächenmessgerät sowie mit einem Digitalmikroskop ermittelt. Dabei werden das Verschleißvolumen [mm 3 ] und die Geometrie der Verschleißspur von insgesamt 12 Versuchen ausgewertet. Die Versuche wurden bei 800 °C, 850 °C, 900 °C und 950 °C mit einer Normalkraft von jeweils 19 N durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, dass lediglich die Temperatur einen Einfluss auf den Verschleiß der Legerohrprobe hat. Der Sauerstoff beeinflusst den Verschleiß in diesem tribologischen System bis zu einem Restgehalt von 2,4 % in dem Umgebungsmedium, bei einer Temperatur von 850 °C, nicht ausschlaggebend. Knapp die Hälfte des Verschleißes kann durch eine Erhöhung der Drahtprobentemperatur von 800 °C auf 950 °C vermieden werden. Ein anderes Verhalten zeigt sich hingegen auf der Drahtprobe, dort nimmt der Verschleiß mit steigender Temperatur zu.

AB - Verschleiß und Reibung sind in Maschinen und Anlagen immer wieder ausschlaggebende Kriterien, welche die Lebensdauer wie auch die laufenden Kosten und deren Wirkungsgrad stark beeinflussen können. Jede Maschine besitzt mindestens ein bewegliches Bauteil, also auch einen sogenannten tribologischen Kontakt, welcher Reibung und Verschleiß verursacht. In der heutigen Zeit werden die Anforderungen an Maschinen immer größer. Ressourcen- und Kostenschonung, Stillstandzeit minimieren und die Umweltfreundlichkeit erhöhen, sind nur wenige Beispiele dafür. Eine Optimierung eines tribologischen Kontaktes in der Maschine kann diese Punkte stark beeinflussen. Die Stärke des Verschleißes ist jedoch oftmals von der Werkstoffpaarung und weiteren Parametern wie z. B. der Belastung, der Temperatur und der Relativgeschwindigkeit abhängig. Da der Verschleiß also eine Systemgröße und keine Materialeigenschaft ist, ist eine Aussage über den möglich auftretenden Verschleiß ohne Versuche kaum möglich. Ein solcher hochbeanspruchter tribologische Kontakt befindet sich in einem Warmdrahtwalzwerk. Relativgeschwindigkeiten von über 110 m/s bei Temperaturen von bis zu 1000 °C werden in diesem System durch den gewalzten Warmdraht erreicht. Da der Draht oftmals eine Länge von bis zu 6 km erreichen kann, muss dieser am Ende der Walzstraße in sogenannte „Coils“ gewickelt werden. Dies wird mithilfe eines Legerohres erreicht. Der Draht schießt durch das gebogene Rohr und legt sich am Ende in kreisförmige Schleifen. Eine Schmierung ist aufgrund der hohen Temperaturen des Drahtes nicht möglich. Das Legerohr verschleißt bei diesem Prozess und muss nach gewisser Betriebszeit gewechselt werden. Um den Prozess zu optimieren bzw. die Stillstandzeit zu minimieren und die Ressourcenschonung zu steigern, wurde diese Masterarbeit durchgeführt. Ziel war die Ermittlung des Verschleißverhaltens des Legerohrs in Abhängigkeit der Temperatur wie auch dem Sauerstoff im Umgebungsmedium. Dafür wurde eine bereits vorhandene Prüfmaschine umgebaut, automatisiert und optimiert sowie eine Kraftaufbringung mittels eines pneumatischen Muskels neu konstruiert. Auf diesem horizontalen Tribometer wird eine Scheibe mit 200 mm Durchmesser als Drahtprobe montiert. Die Scheibe wird induktiv auf bis zu 950 °C erhitzt und mit einem Servomotor auf 4.500 U/min gedreht. Die Legerohrprobe wird dabei mittels der Kraftaufbringung gegen diese erhitzte Scheibe für ca. 30 Minuten gedrückt. Der entstandene Verschleiß wird mit einem taktilen Oberflächenmessgerät sowie mit einem Digitalmikroskop ermittelt. Dabei werden das Verschleißvolumen [mm 3 ] und die Geometrie der Verschleißspur von insgesamt 12 Versuchen ausgewertet. Die Versuche wurden bei 800 °C, 850 °C, 900 °C und 950 °C mit einer Normalkraft von jeweils 19 N durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, dass lediglich die Temperatur einen Einfluss auf den Verschleiß der Legerohrprobe hat. Der Sauerstoff beeinflusst den Verschleiß in diesem tribologischen System bis zu einem Restgehalt von 2,4 % in dem Umgebungsmedium, bei einer Temperatur von 850 °C, nicht ausschlaggebend. Knapp die Hälfte des Verschleißes kann durch eine Erhöhung der Drahtprobentemperatur von 800 °C auf 950 °C vermieden werden. Ein anderes Verhalten zeigt sich hingegen auf der Drahtprobe, dort nimmt der Verschleiß mit steigender Temperatur zu.

KW - Tribologie

KW - Hochtemperaturtribologie

KW - Verschleißbewertung

KW - Drahtwalzstraße

KW - Block on Disc

KW - Stickstoff

KW - Stickstoffatmosphäre

KW - Tribology

KW - High temperature tribology

KW - Wear evaluation

KW - Wire rod mill

KW - Block on disc

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M3 - Masterarbeit

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