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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Ermittlung des Einflusses der Mikrogeometrie in Wälzkontakten mit elastohydrodynamischer Schmierung bei voller Filmtrennung und im Mischreibungsgebiet(Mikro EHD)

Zusammenfassung
Die Schmierfilmausbildung in realen elastohydrodynamisch beanspruchten Wälzkontakten wird neben vorgegebenen Betriebsparametern entscheidend von der Oberflächenfein-struktur der Funktionsflächen bestimmt.
Ernst-Günter Paland, Fromund Hock

EHD-Schmierfilmbildung am System Nocken-Rollenstößel unter Berücksichtigung von Kraftstoff als Schmierstoff

Zusammenfassung
Es wurde die Schmierfilmbildung am Rollen-Nockensystem direkt in Original-Einspritzpumpen untersucht. Hierzu mußte eine auf das Meßproblem in der Pumpe abgestimmte Meßtechnik entwickelt werden.
Mittels Übergangswiderstands-Messung wurde die Schmierfilmbildung bei Verwendung von FVA-Ölen, Motoröl (SAE 10W) und Dieselkraftstoff beobachtet. Nach dem kapazitiven Meßverfahren wurde für FVA-öl die Schmierfilmdicke direkt bestimmt. Die Schmierfilmdicken wurden mit der Rauhigkeit von Nocken und Rolle verglichen.
Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß man bei Kenntnis der Viskositätsdaten der Öle bis zu Drücken von ca. 4000 bar die Schmierfilmdicke von Rollenstößel-Nockentriebwerken für Einspritzpumpen sehr genau berechnen und den Punkt des Mischreibungsbeginns gut abschätzen kann. Aus dem Verhältnis der tatsächlichen Schmierfilmdicke zur Rauhigkeit bekommt man Hinweise auf Einlaufeffekte, kritische Rauhtiefen und Optimierungsmöglichkeiten.
Bezüglich der Lebensdauer ist die Schmierfilmdicke nicht direkt entscheidend, sondern es sind letztlich die Spannungen, welche in die Oberflächenbereiche eingeleitet werden. Hier können nur Dauerversuche unter kontrollierten Bedingungen quantitative Ergebnisse liefern, wobei die berechnete Schmierfilmdicke einen wichtigen begleitenden Parameter darstellt.
R. Heinz

Das Viskosităts- Druckverhalten im EHD-Kontakt

Zusammenfassung
Um die physikalischen Vorgänge im Schmierspalt von EHD-Kontakten besser beurteilen zu können, werden relevante Oeleigenschaften in einer statischen Höchstdruck-Apparatur gemessen. An den FVA-Referenzoelen 1 bis 4 wurden mit einem neuen Höchstdruckviskosimeter bis 7 kbar scharfe Knickpunkte im lg n-p Diagramm nachgewiesen, die sich mit wachsender Temperatur zu hohen Drücken verlagern. Die Kontrolle in einer optischen HD-Apparatur mit Saphirfenstern wies an den Knickpunkten Phasenänderungen (Verfestigungen bzw. glasige Erstarrungen) nach. Die Substanz verhält sich danach nicht mehr als Newtonsche Flüssigkeit.
Berechnungen der Kompressionswärme aus gemessenen pVT-Daten ergaben bei einer adiabatischen reversiblen Kompression von 1 bar auf 10 kbar nicht mehr vernachlässigbare Erwärmungen — wie manchmal angenommen- sondern solche von ca 60° C. Im Spaltquerschnitt treten deshalb starke Temperaturunterschiede und äußerst starke Viskositätsgradienten auf. Das legt das Bild nahe, daß bei hohen Belastungen der Schmierspalt von den Randzonen „zufriert“. Das Schmiermittel ist nicht mehr homogen sondern zweiphasig. Der Oeltransport und der Geschwindigkeitsgradient ziehen sich auf eine immer enger werdende Mittelschicht zusammen.
Zur besseren Erfassung wird eine neue Viskositäts-Druck-Beziehung mit nur zwei Konstanten, die anstelle von η0 und α treten könnten, aufgestellt.
Bei der Eichung von Druck- und Temperatur-Gebern unter statischem Druck wird z.T. eine erhebliche Trägheit festgestellt und gezeigt, daß bei nahezu gleicher Herstellung die T- und p-Charakteristik erheblich variieren kann.
Schließlich werden Einflüsse auf die Pittingbildung erörtert und Rückschlüsse aus einem VKA-Test unter allseitigem Druck gezogen.
E. Kuss

Betriebsverhalten von Wälzlagern im Drehzahlbereich bis 100 000 /min bei EHD — Mangelschmierung

Zusammenfassung
Betrachtet man die Entwicklung von Maschinen und Anlagen von ihrem ersten Einsatz bis zu den heute üblichen Bauformen, dann fällt neben dem Wandel bei der Werkstoffauswahl und der Gestaltung besonders die zunehmende Leistungsdichte auf. Die Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Abnahme von Baugröße und Gewicht wurde zum einen durch höher belastbare Werkstoffe, zum anderen durch die lagerungstechnische Beherrschung höherer Drehzahlen ermöglicht. Diese Entwicklung ist auch bei Produkten deutlich, deren Lagerstellen der Forderung nach Wartungsfreiheit genügen müssen.
G. Lechner, M. Plank

Wechselwirkung von schwerentflammbaren Hydraulikflüssigkeiten mit Wälzlagern

Zusammenfassung
Die Zielsetzung des Vorhabens ist bezüglich der Gewinnung von Erkenntnissen über den Schadensmechanismus weitgehend erreicht worden:
  • Für Nadellager im Kontakt mit HFA-Emulsionen ist ein primärer Korrosionsangriff gesichert, für Nadellager in Kontakt mit HFC-Flüssigkeiten zumindest teilweise relevant. Bei Zylinderrollen- und Rillenkugellagern in Kontakt mit HFA-Emulsionen ist ein primärer Korrosionsangriff nicht so sicher wie bei Nadellagern. Doch sprechen auch hier verschiedene Beobachtungen dafür.
  • Auf Ermüdung als Ausfallursache deuten die Beobachtungen an mit HFC-Flüssigkeiten betriebenen Zylinderrollen- und Ril-lenkugellagern hin.
  • HFAS-Flüssigkeiten bedingen nach kürzester Zeit einen rauhen Lauf mit Materialverformung und können derzeit als ungeeignet für den Betrieb mit Wälzlagern bezeichnet werden.
  • Sind Korrosionsmechanismen als Ausfallursache gesichert, kann mit Lebensdauer-Berechnungen das tribologische Verhalten von Hydraulikflüssigkeiten gegenüber Wälzlagern auch im Vergleich zur Mineralölschmierung nicht mehr beurteilt werden.
  • HFC-Flüssigkeiten sollten bezüglich ihres Verhaltens gegenüber Zylinderrollenlagern und Rillenkugellagern aufgrund von Lebensdauerberechnungen beurteilt werden können. Hier erscheint jedoch nicht genügend abgesichert, daß Korrosionseinflüsse auszuschließen sind. Die Zahl der vorliegenen Versuchsergebnisse ist für eine statistische Quantifizierung zu gering und die erhaltenen L10-Werte sind mit ca. 5 % der theoretischen Werte bei Mineralölschmierung unbefriedigend.
  • Zur Abgrenzung der Leistungsfähigkeit verschiedener Flüssigkeiten untereinander gelten die gleichen Einschränkungen.
  • Die Erweiterung der vorhandenen Berechnungsgrundlagen für Wälzlager konnte aus den o.g. Gründen nicht erreicht werden, bzw. das für HFC-Flüssigkeiten erarbeitete Material reicht zur statistisch gesicherten Bestimmung z.B. eines linearen Faktors in der Gleichung zur Berechnung der Lebensdauer von Wälzlagern nicht aus.
Peter Hermann, Klaus Bauer, Knut Koltzenburg, Karl-Heinz Korten

Abschlussbericht

Übertragbarkeit von Laborergebnissen von Schmierstoffen auf Anwendungen in der Praxis
Zusammenfassung
Im ersten Teil des Forschungsvorhabens [1] zeigte sich, daß Laufversuche mit Wälzlagern zuverlässige Aussagen über die Leistungsfähigkeit von Wälzlagerschmierstoffen liefern. Lager unterschiedlicher Bauart und -große beanspruchen den Schmierstoff erfahrungsgemäß unterschiedlich. Ziel dieses Vorhabens war es, durch Versuche mit Lagern verschiedener Bauart und -große sowie verschiedenen Schmierstoffen den Einfluß von Lager und Schmierstoff auf das Reibungs- und Verschleißverhalten zu ermitteln. Die Untersuchungen sollten sich auf den schmiertechnisch interessanten Bereich der Mischreibung beschränken. Aus den Ergebnissen sollte ein günstiges und aussagefähiges Prüfverfahren — kleines Prüflager, einfacher und kleiner Prüfstand — abgeleitet werden. Dabei war die primäre Frage zu klären, ob die damit gewonnene Beurteilung auf größere Lager übertragen werden kann. Bei diesen Untersuchungen waren die gleichen Fette vorzusehen wie für den ersten Teil des Forschungsvorhabens [1], Lagerbauarten, Schrägkugellager, Axialzylinderrollenlager und Kegelrollenlager der Größe Bohrungsdurchmesser 30, 60, 150 bzw. 200 mm. Als Käfig sollte eine praxisübliche Ausführung verwendet werden.
E. Kleinlein, E. Broszeit, K. H. Kloos, H. Peeken, H.-G. Stüber

Tribologische Untersuchungen an wartungspflichtigen Gelenklagern der Gleitpaarung Stahl/Stahl

Zusammenfassung
Gelenklager sind einbaufertige, nach DIN 648 genormte Lagerelemente mit sphärischen Gleitflächen, die sich in wartungsfrei und nachschmierbar unterteilen lassen. Typische Einsatzbedingungen sind hohe Lagerbelastungen, oszillierende Bewegungen bei kleinen Gleitgeschwindigkeiten, Wechselbelastungen und Schlageinwirkung.
Während sich die wartungsfreien Gelenklager vornehmlich für ruhigen Betrieb bei einseitiger Lastrichtung eignen, können nach- schmierbare Lager auch bei turbulentem Betrieb mit Schlageinwirkungen und Wechsellasten eingesetzt werden.
Die schmierungsbedürftigen Lager werden in erster Linie aus Wälzlagerstahl gefertigt, gehärtet, feinstbearbeitet und mangan- phosphatiert. Beim Neueinsatz tritt in der Regel eine kritische Einlaufphase ein, wobei eine Rauheitsegalisierung der Gleitpartner stattfindet. Im Zusammenhang mit zusätzlichem Aufscheren von Feststoff ergibt sich eine größtenteils steile Reib- und Temperaturspitze. In Verbindung mit Laufversuchen an Radial-Gelenkla- gern der Nenngröße 40, Maßreihe E konnte eindeutig nachgewiesen werden, daß eine möglichst große MoS2-Menge an den Gleitflächen von entscheidender Bedeutung für eine günstige Einlaufphase ist. Wird zusätzlich ein Fett mit einem hochprozentigen Zusatz an hellen Feststoffen eingesetzt (Sulfide, Phosphate, Pyrophosphate, Oxide und/oder Hydroxide), ergeben sich überraschend gute Ergebnisse sowohl in den Laufeigenschaften als auch in der Laufleistung. Dem mitgetesteten Wälzlagerfett ohne Feststoff und den MoS2-Fetten war es größtenteils weit überlegen.
Bei kleinen Oszillationswinkeln zeigten sich unabhängig von der Lastrichtung und der Art des Fettes stark reduzierte Lebensdauerwerte, die auch trotz periodischer Nachschmierung nicht wesentlich zu verbessern waren. Zu häufiges Schmieren zeigt die Tendenz reduzierter Laufzeiten.
Intermittierender Betrieb ergab bei feststoffhaltigen Fetten LaufzeitSteigerungen. Feststoffreies Fett dagegen reagiert in Verbindung mit Stillstandszeiten durch erhöhten Metallkontakt der Gleitflächen beim Anfahren, was sich durch gesteigerte Haftreibung und starke Lebensdauereinbußen, insbesondere bei höheren Lagerlasten bemerkbar macht.
Wechsellastversuche zeigten eindeutig, daß — bezogen auf eine Verschleißauswertung — der bisher in Gebrauchsdauerberechnungen allgemein übliche Wechsellastfaktor fL = 5 gegenüber fL = 1 für einseitige Lastrichtung als Lebensdauermultiplikator nicht gerechtfertigt ist. Die Verschleißwerte bei beiden Betriebsarten waren fast gleich.
Die Auswertung gelaufener Lager zeigte primär bei niedrigeren Lagerbelastungen ausgeprägtere Verschleißmerkmale als bei höhe-ren Beanspruchungen. Eine Berechnung der maximalen spezifischen Lagerbelastung p max ergab, daß sich durch elastische Verformung im Lager bei kleinen Belastungen nur ein sehr geringer Traganteil einstellt, und sich somit eine sehr viel größere Verhältniszahl im Unterschied zum rechnerischen p ergibt als bei höheren Lasten.
Die erzielten Verbesserungen der Lebensdauer geschmierter Gelenklager sind im Vergleich zum Ausgangszustand sehr groß. Die Erfahrungen, die in den Untersuchungen gesammelt wurden, sind durchaus auch in anderen artverwandten Lagerungen mit ähnlichen Beanspruchungen im Grenz- und Mischreibungsgebiet verwertbar.
Max Schlar

Verschleißverhalten von Laufringen und Gummitüchern

Zusammenfassung
Um die Ursachen und Entstehungsmechanismen für die Verschleißerscheinungen an Laufringen und Gummitüchern unter Berücksichtigung ihrer Wechselwirkungen im Druckwerk von Rollenoffsetmaschinen erfassen zu können, wurde das dynamische Modell, aufbauend auf den Ergebnissen aus dem Forschungsvorhaben „Verschleißverhalten von Laufringen“ [1], auf die Beschreibung der räumlich angeordneten Druckwalzengruppe ausgedehnt und das Gummituch als rheologisches Modell miteinbezogen. Dazu wurde ein Zeitbereichsmodell bestehend aus der Parallelschaltung einer linearen Feder und eines viskosen Dämpfers aus Ein- Ausgangsmessungen, durchgeführt an einem Laborprüfstand, identifiziert. Die ermittelten Gummituchkennwerte sind sowohl von der Frequenz als auch von der Vorspannkraft abhängig. Die experimentell ermittelte Frequenz- abhängigkeit entspricht in der Tendenz jener, die aus der Physik für einfache Elastomere bekannt ist.
Es wird der Aufbau des räumlichen Schwingungsmodells zur Berechnung der ver koppelten Biege- und Torsionsdynamik der räumlichen Druckwalzengruppe beschrieben und es werden einige Simulationsergebnisse dargestellt. Dabei wird auch kurz auf die Kraftschlußbeziehungen eingegangen. Mittels Abtrags- hypothesen an den Lauf ringen, den Gummitüchern und den Druckplatten lassen sich qualitative Verschleißprofile vorab berechnen und damit optimale Betriebsparameter finden.
Von großem Einfluß auf das Verschleißverhalten von Laufringen und Gummitüchern ist die Höhe der Vorspannung der Druckwalzen in einem Druckwerk. Mit dem im Rahmen dieses Vorhabens verfeinerten und erweiterten mathematischen Modell ist es möglich, schon im Konstruktionsstadium die hinsichtlich der Verschleißentwicklung optimale Vorspannkraft theoretisch zu ermitteln.
Da der Schlupf zwischen den Laufringen starken Einfluß auf die Verschleißintensität hat, ist bei der Laufringfertigung auf die Einhaltung enger Durchmessertoleranzen zu achten.
Durch geeignet gewählte Gummituch- und Druckplattenjustierungen lassen sich die Verschleißerscheinungen an den Gummitüchern und Druckplatten von Rollen Offsetmaschinen reduzieren.
A. Engl, K. Perger, H. Stöckl

Einfluß der Kühlschmierung auf Prozeßverlauf und Arbeitsergebnis beim Schleifen

Zusammenfassung
Der Anwender von Kühlschmierstoffen sieht sich heute einer kaum noch überschaubaren Angebotspalette gegenüber. Er muß die Wahl einer geeigneten Flüssigkeit nach verschiedenen Gesichtspunkten treffen. Neben den primären Anforderungen an einen Kühlschmierstoff, nämlich den Schleifprozeß und das Arbeitsergebnis günstig zu beeinflussen, sind eine Reihe sekundärer Kriterien zu berücksichtigen. Hierzu gehören z.B. die Hautverträglichkeit, das Korrosionsschutzverhalten, die Stabilität, die Entsorgungsfreundlichkeit, u.a.. Erst nach Prüfung aller dieser Faktoren kann eine umfassende wirtschaftliche Beurteilung erfolgen, die bei der Kühlschmierstoffauswahl letztlich entscheidend ist.
W. König, R. Vits

Einfluß der Kühlschmierung auf den Verschleiß stehender Abrichtwerkzeuge

Zusammenfassung
Schleifscheiben befinden sich nach der Zerspanung eines bestimmten Werkstoffvolumens in einem nicht mehr „gebrauchsfähigen“ Zustand. Vor ihrer weiteren Verwendung müssen sie durch Abrichten neu profiliert und geschärft werden. Man verwendet dazu meist diamanthaltige Abrichtwerkzeuge, die insbesondere aus Gründen der Verschleißreduzierung unter Hinzugabe eines beim Schleifen ohnehin erforderlichen Kühlschmierstoffs zum Einsatz kommen.
W. König, R. Vits

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