TY - THES

T1 - Konzeptionierung und Evaluierung einer in-situ Verschleißmessung an experimentellen Gleitlagermodellprüfungen

AU - Ball, Thomas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Strenge Abgasnormen und die generelle Entwicklung hin zu effizienteren, ressourcensparenderen Motoren sind Haupttreiber für Innovationen und Weiterentwicklungen in der Gleitlagertechnik. Unter anderem stellt die Start-Stopp-Funktion in Verbrennern eine Möglichkeit dar Kraftstoff zu sparen, wodurch die Gleitlager aber erhöhtem Verschleiß unterliegen. Moderne Lagermaterialverbunde mit speziellen Laufschichten sollen in Kombination mit Hochleistungsschmierölen längere Standzeiten durch bessere Mischreibungseigenschaften erzielen. Dies ergibt ein großes technologisches Interesse an der Verschleißevolution verschiedenster Öl-Lagerpaarungen, um die Lebensdauer zu maximieren. In dieser Arbeit werden zwei Konzepte zur in-situ Verschleißmessung an einem elaborierten Tribometer für Verschleißtests an Gleitlagerschalen realisiert und evaluiert. Für beide Messkonzepte wird ein hochauflösender, induktiver Wegsensor verwendet, welcher an zwei verschiedenen Positionen am Gleitlagerschalenadapter angebracht ist. Dabei erfolgt die Aufzeichnung der summierten Bewegungen beider Lagerschalenhälften an Position 1 und an Position 2 nur jene einer einzelnen Lagerschale. Auch ist an Position 2 der Sensor wesentlich näher an der Schnittstelle Welle-Lagerschale positioniert. Die Qualifizierung und Quantifizierung der Messdatenqualität durch verschiedene Versuchsarten zeigt auf, dass im gesamten Gleitlagerschalenadapter des Tribometers eine hohe Bewegungsdynamik herrscht und aufgrund der Versuchsdurchführung bei Ölbadtemperaturen von 120 °C die thermischen Verschiebungen ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Umsetzbarkeit einer in-situ Verschleißmessung haben. Um eine Übereinstimmung mit den nach Versuchende gemessenen Verschleißbeträgen zu erhalten, werden die Tests erst nach vollständigem Aufheizen der Prüfzelle gestartet, welches im Schnitt nach 2,5 h abgeschlossen ist. Weitere Untersuchungen ergeben, dass die Messdaten für die wichtigen Start-Stopp-Versuche an Position 2 eine um 50 % niedrige Streuung aufweisen als an Position 1. Um noch genauere Werte für die Verschleißbeträge dieser Versuchsmethode zu erhalten, werden im Post-Processing nur jene Messpunkte bei maximaler Wellendrehzahl und minimalen Reibmoment eines jeden einzelnen Start-Stopp-Zyklus herangezogen. Dadurch wichen die Verschleißbeträge im Mittel nur noch 16 % bzw. 4 µm von den Referenzmessungen ab. Es wird ebenfalls gezeigt, dass sich das Messsystem an Position 2 auch zur Messung der minimalen Schmierspalthöhe eignen kann, da die Daten durchschnittlich weniger als 12 % bzw. 1 µm von numerischen Simulationsergebnissen abweichen. Auf den Resultaten und Erkenntnissen dieser Arbeit können zukünftige Ideen zur in-situ Verschleißmessung an Tribometern aufbauen und Konzepte hin zu noch genaueren Messungen vorangetrieben werden.

AB - Strenge Abgasnormen und die generelle Entwicklung hin zu effizienteren, ressourcensparenderen Motoren sind Haupttreiber für Innovationen und Weiterentwicklungen in der Gleitlagertechnik. Unter anderem stellt die Start-Stopp-Funktion in Verbrennern eine Möglichkeit dar Kraftstoff zu sparen, wodurch die Gleitlager aber erhöhtem Verschleiß unterliegen. Moderne Lagermaterialverbunde mit speziellen Laufschichten sollen in Kombination mit Hochleistungsschmierölen längere Standzeiten durch bessere Mischreibungseigenschaften erzielen. Dies ergibt ein großes technologisches Interesse an der Verschleißevolution verschiedenster Öl-Lagerpaarungen, um die Lebensdauer zu maximieren. In dieser Arbeit werden zwei Konzepte zur in-situ Verschleißmessung an einem elaborierten Tribometer für Verschleißtests an Gleitlagerschalen realisiert und evaluiert. Für beide Messkonzepte wird ein hochauflösender, induktiver Wegsensor verwendet, welcher an zwei verschiedenen Positionen am Gleitlagerschalenadapter angebracht ist. Dabei erfolgt die Aufzeichnung der summierten Bewegungen beider Lagerschalenhälften an Position 1 und an Position 2 nur jene einer einzelnen Lagerschale. Auch ist an Position 2 der Sensor wesentlich näher an der Schnittstelle Welle-Lagerschale positioniert. Die Qualifizierung und Quantifizierung der Messdatenqualität durch verschiedene Versuchsarten zeigt auf, dass im gesamten Gleitlagerschalenadapter des Tribometers eine hohe Bewegungsdynamik herrscht und aufgrund der Versuchsdurchführung bei Ölbadtemperaturen von 120 °C die thermischen Verschiebungen ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Umsetzbarkeit einer in-situ Verschleißmessung haben. Um eine Übereinstimmung mit den nach Versuchende gemessenen Verschleißbeträgen zu erhalten, werden die Tests erst nach vollständigem Aufheizen der Prüfzelle gestartet, welches im Schnitt nach 2,5 h abgeschlossen ist. Weitere Untersuchungen ergeben, dass die Messdaten für die wichtigen Start-Stopp-Versuche an Position 2 eine um 50 % niedrige Streuung aufweisen als an Position 1. Um noch genauere Werte für die Verschleißbeträge dieser Versuchsmethode zu erhalten, werden im Post-Processing nur jene Messpunkte bei maximaler Wellendrehzahl und minimalen Reibmoment eines jeden einzelnen Start-Stopp-Zyklus herangezogen. Dadurch wichen die Verschleißbeträge im Mittel nur noch 16 % bzw. 4 µm von den Referenzmessungen ab. Es wird ebenfalls gezeigt, dass sich das Messsystem an Position 2 auch zur Messung der minimalen Schmierspalthöhe eignen kann, da die Daten durchschnittlich weniger als 12 % bzw. 1 µm von numerischen Simulationsergebnissen abweichen. Auf den Resultaten und Erkenntnissen dieser Arbeit können zukünftige Ideen zur in-situ Verschleißmessung an Tribometern aufbauen und Konzepte hin zu noch genaueren Messungen vorangetrieben werden.

KW - Tribologie

KW - Tribometer

KW - Gleitlager

KW - experimentelle Verschleißmessung

KW - in-situ

KW - Verschleiß

KW - Start-Stopp

KW - Verbrennungsmotoren

KW - tribology

KW - tribometer

KW - plain bearings

KW - experimental wear measurement

KW - in-situ

KW - wear

KW - start-stop

KW - combustion engines

M3 - Masterarbeit

ER -