TY - BOOK

T1 - Numerische und versuchstechnische Beurteilung geschmierter Kontakte inhomogener Werkstoffe

AU - Krampl, Herbert

N1 - nicht gesperrt

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Um die umfangreichen Anforderungen hinsichtlich Betriebsverhalten und Lebensdauer an Werkstoffe in tribologischen Anwendungen erfüllen zu können, kommen hierfür häufig heterogen aufgebaute Materialien zum Einsatz. Sie verbinden die Eigenschaften mehrerer Komponenten, um so ein für den jeweiligen Anwendungsfall optimales Tribomaterial zu bilden. Eine Auslegung tribologischer, insbesondere geschmierter Kontakte, erfolgt nach wie vor auf Basis von Erfahrungswerten und tribometrischen Ergebnissen. Eine kombinatorische Methodik bestehend aus tribometrischen und numerischen Werkzeugen bedeutet hier eine Weiterentwicklung der Prozesskette für die Lebensdauergerechte Auslegung geschmierter Kontakte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Kombination tribometrischer und numerischer Methoden, um geschmierte Kontakte bezüglich lokaler Werkstoffbeanspruchung und Reibungsoptimierung zu charakterisieren. Um das Reibverhalten geschmierter Scheibenkontakte bei ausgewählten Betriebsparametern messtechnisch erfassen zu können, wurde eine Zweischeibenprüfzelle entwickelt. Diese erlaubt eine hochgenaue Erfassung von Reibkräften im Scheibenkontakt (Linienkontakt) sowie die Beurteilung des Schmierungszustandes mithilfe einer Messung des Übergangswiderstandes (Kontaktpotential) zwischen den Proben. Die numerische Berechnung konformer (Radialgleitlager) und kontraformer (Scheibenkontakt) geschmierter Kontakte wird mit der finite Elemente Software COMSOL vorgenommen. Für die Berücksichtigung heterogener Werkstoffeigenschaften in diesen Berechnungen wurde eine Methodik entwickelt. Basierend auf Mikroskopie als auch generierten Phasenverteilungen lassen sich hiermit lokale Spannungskonzentrationen in Werkstoffen tribologischer Kontakte beurteilen. Ein ebenso komplexes wie für den Trend zur Verringerung von Leistungsverlusten aktuelles Thema in Bezug auf geschmierte Kontakte ist die Untersuchung des Reibverhaltens. Für die numerische Betrachtung werden hierzu aus der Literatur bekannte Fließmodelle zur Modellierung des rheologischen Schmierstoffverhaltens herangezogen. Für die präzise Erfassung des Reibwerts im Zweischeibenkontakt hat sich die entwickelte Prüfzelle als zuverlässig erwiesen. Aus den erhaltenen Messdaten konnten charakteristische Trends des Reibwerts in Abhängigkeit von Schlupf, Öleintrittstemperatur, Kontaktpressung und Drehzahl abgeleitet werden. Die aufgebauten numerischen Modelle für das Radialgleitlager und den Scheibenkontakt ermöglichen eine detaillierte Untersuchung der Schmierfilmgrößen Druck, Temperaturanstieg durch Fluidreibung, Schubspannung (Reibwert) und Schmierspaltgeometrie. Mithilfe der entwickelten Methodik zur Berücksichtigung heterogener Werkstoffeigenschaften konnten die lokalen Beanspruchungen in den untersuchten Kontakten und deren Effekte auf die Schmierfilmbildung mit hoher Effizienz abgebildet werden.

AB - Um die umfangreichen Anforderungen hinsichtlich Betriebsverhalten und Lebensdauer an Werkstoffe in tribologischen Anwendungen erfüllen zu können, kommen hierfür häufig heterogen aufgebaute Materialien zum Einsatz. Sie verbinden die Eigenschaften mehrerer Komponenten, um so ein für den jeweiligen Anwendungsfall optimales Tribomaterial zu bilden. Eine Auslegung tribologischer, insbesondere geschmierter Kontakte, erfolgt nach wie vor auf Basis von Erfahrungswerten und tribometrischen Ergebnissen. Eine kombinatorische Methodik bestehend aus tribometrischen und numerischen Werkzeugen bedeutet hier eine Weiterentwicklung der Prozesskette für die Lebensdauergerechte Auslegung geschmierter Kontakte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Kombination tribometrischer und numerischer Methoden, um geschmierte Kontakte bezüglich lokaler Werkstoffbeanspruchung und Reibungsoptimierung zu charakterisieren. Um das Reibverhalten geschmierter Scheibenkontakte bei ausgewählten Betriebsparametern messtechnisch erfassen zu können, wurde eine Zweischeibenprüfzelle entwickelt. Diese erlaubt eine hochgenaue Erfassung von Reibkräften im Scheibenkontakt (Linienkontakt) sowie die Beurteilung des Schmierungszustandes mithilfe einer Messung des Übergangswiderstandes (Kontaktpotential) zwischen den Proben. Die numerische Berechnung konformer (Radialgleitlager) und kontraformer (Scheibenkontakt) geschmierter Kontakte wird mit der finite Elemente Software COMSOL vorgenommen. Für die Berücksichtigung heterogener Werkstoffeigenschaften in diesen Berechnungen wurde eine Methodik entwickelt. Basierend auf Mikroskopie als auch generierten Phasenverteilungen lassen sich hiermit lokale Spannungskonzentrationen in Werkstoffen tribologischer Kontakte beurteilen. Ein ebenso komplexes wie für den Trend zur Verringerung von Leistungsverlusten aktuelles Thema in Bezug auf geschmierte Kontakte ist die Untersuchung des Reibverhaltens. Für die numerische Betrachtung werden hierzu aus der Literatur bekannte Fließmodelle zur Modellierung des rheologischen Schmierstoffverhaltens herangezogen. Für die präzise Erfassung des Reibwerts im Zweischeibenkontakt hat sich die entwickelte Prüfzelle als zuverlässig erwiesen. Aus den erhaltenen Messdaten konnten charakteristische Trends des Reibwerts in Abhängigkeit von Schlupf, Öleintrittstemperatur, Kontaktpressung und Drehzahl abgeleitet werden. Die aufgebauten numerischen Modelle für das Radialgleitlager und den Scheibenkontakt ermöglichen eine detaillierte Untersuchung der Schmierfilmgrößen Druck, Temperaturanstieg durch Fluidreibung, Schubspannung (Reibwert) und Schmierspaltgeometrie. Mithilfe der entwickelten Methodik zur Berücksichtigung heterogener Werkstoffeigenschaften konnten die lokalen Beanspruchungen in den untersuchten Kontakten und deren Effekte auf die Schmierfilmbildung mit hoher Effizienz abgebildet werden.

KW - heterogeneous

KW - tribomaterials

KW - lubricating film calculation

KW - numerical assessment of coefficient of friction

KW - heterogen

KW - Tribowerkstoffe

KW - Schmierfilmberechnung

KW - Reibwertberechnung

M3 - Dissertation

ER -