02: Tribologie Teil 1 Flashcards
Tribologie
- Die Wissenschaft und Technik von aufeinander wirkenden Oberflächen in Relativbewegung
- umfasst Gesamtgebiet von reibung und Verschleiß einschließlich Schmierung
-> schließt Grenzflächenwirkungen sowohl zwischen Festkörper als auch Festkörper und Flüssigkeiten/Gasen ein
Tribologische Systeme: Einteilung in Funktionsklassen
- Energie-determinierte tribologische Systeme
-> Maschbau, Feinwerktechnik - Informations-determinierte tribologische Systeme
-> Informationstechnik - Stoff-determinierte tribologische Systeme
-> Produktionstechnik, Transportwesen
Reibungs- und Verschleißverhalten
Sind keine Werkstoffgrößen, sondern Systemeigenschaften
–> min Änderungen im Tribosystem können beträchtlichen Einfluss auf das Verhalten ausüben
Das tribologische System / Tribosystem
- Reibung und Verschleiß entstehen als Folge der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück
- Interaktion zwischen Werkzeug und
Werkstück wird durch das Tribosystem
beschrieben - Wissenschaftliche Beschreibung von
Reibung und Verschleiß wird als Tribologie
bezeichnet - Reibung und Verschleiß minimiert durch:
-> Schmierstoff und/oder
-> Beschichtung
Tribosystemeinflüsse
- Eigenspannungen
- Werkstoffe (Material, Struktur)
- Mikrogeometrie (Rauheit, Defekte)
- Randhärte (Eindringwiderstand, Elastizität)
- Makrogeometrie (Form, Abmessung)
- Lokale Lastspannungen
Reibungsarten
- Festkörperreibung ( lam –> 0)
- Grenzreibung (lam < 1)
- Mischreibung (1 < lam < 3)
- Flüssigkeitsreibung (lam>3)
-> Reibung ist der mechanische Widerstand gegen die Relativbewegung zweier Oberflächen. Das Verhältnis von Reibungskraft und Normalkraft bezeichnet man als Reibungskoeffizient bzw. Reibungszahl
Grenzschichten
- Durch Einlaufprozess bilden sich Grenzschichten -> Einebnung von Rauheitsspitzen
- Bsp.: Windradlager, Kolben im Motor
- konventionell: Schichten, die währen des Betriebs bestehen
- Struktur der Randzone nach Fertigung ebenfalls durch Schichten gekennzeichnet, sodass auch von Grenzschichten gesprochen werden kann
Aufbau von Granzschichten
- Grundgefüge
- Innere Grenzschicht / Tribomutationsschicht
–> innere Grenzschicht - Oxidschicht
- Reaktionsschicht
- Adsorptionsschicht
–> äußere Grenzschicht
Entstehung von Grenzschichten
- Physisorption
- Chemiesorption
- Chemische Reaktion
- Cross-Linking
- Tribomutation
- Mechanische Umwälzung
Reibung in der Umformtechnik: Reibgesetzt
Coulomb´sche Gesetz:
Beschreibt den Zusammenhang zwischen der Reibschub- und Normalspannung durch eine lineare Beziehung -> Blechumformung
Scherreibungs-Gesetzt:
Annahme, dass die Reibschubspannung konstant und unabhängig vom Normaldruck
-> m=1 Haftreibung & m=0 reibungsfrei
-> Massivumformung
Verschleißmechanismen
- Adhäsion:
WW an Oberfläche können Bindungskräfte innerhalb des Werkstoffes überschreiten - Abrasion:
Furchung oder Mikrozerspanung durch formschlüssige Kontakt - Oberflächenzerrüttung:
Zyklische Beanspruchung, die zu Rissbildung/-wachstum und Partikelabtrag führt - Tribochemische Reaktion:
Stoffliche Oberflächenänderung durch chem. Reaktion mit Bestandteil und Zwischenstoff
Verschleiß
der fortschreitende Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers (Grundkörper), hervorgerufen
durch Kontakt- und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers
Zwischenmedium
Erfüllt unterschiedliche techn. Aufgaben:
Kühlung, Korrosionsschutz, Kraftübertragung, Dämpfung, Isolierung
Tribologische Ziele in FT:
Reduktion von Reibung und Verschleiß sowie Kühlung
Einsatzbereich von Schmierstoffen
hoher Druck:
Pulver -> Gleitlacke -> Pasten
niedrige Geschwindigkeit:
Fette -> Öle
(Ü2 Folie 32 genaue Abbildung)
Warum Kühlschmierstoffe (KSS)?
- Umwandlung der Prozessenergie in Wärme in Scherzone, Trennzone, Reibzone Freifläche, Spanfläche, Bindung
- Höhere erforderliche Zerspanleistung als bei definierter Zerspanung
- KSS-Einsatz ist erforderlich, um thermische Schädigung von Werkstück und Werkzeug zu vermeiden
KSS am Beispiel des Schleifens
Primäraufgaben:
* Reduzierung der Reibung Korn / Werkstück
* Reduzierung der Reibung Bindung / Werkstück
* Wärmetransport
Sekundär:
* Reinigung von Schleifscheibe und Werkstück
* Spänetransport aus der bearbeitungsstelle
* Korrosionsschutzbildung
Einfluss der KSS-Viskosität auf das Einsatzverhalten
- Filtierbarkeit (hV: n; nV: p)
- Kühl- und Spülwirkung (hV: n; nV: p)
- Luftabscheidevermögen (hV: n; nV: p)
- Verdampfungsneigung (hV: p; nV: n)
- Hautirritation (hV: p; nV: n)
- Flammpunkt (hV: p; nV: n)
Hohe Viskosität: hV niedrige Viskosität: nV
positiv: p negativ: n
Schmierstoffprüfverfahren
- Falex-Prüfmaschine
- Reichert- und Brugger-Test
- Shell-Vierkugelapparat
- SRV-Gerät (Schwingreibverschleiß)
Anforderung an Schmierstoffe: Fertigungsprozess
- Trennen von Werkzeug- und Werkstückoberfläche
- Verhindern von adhäsivem Verschleiß
- Reduzierung von abrasivem Verschleiß
- Niedrige Reibwerte
- Gute Kühlwirkung
- Gute Benetzung und Schmierfilmhaftung
- Hohe Temperaturbeständigkeit
Anforderung an Schmierstoffe: Umwelt, Gesundheit
- Schnelle biologische Abbaubarkeit
- Geringe Ökotoxizität
- Geringe Humantoxizität
- Geringe Arbeitsplatzbelastung:
-> Verdampfung
-> Vernebelung - Geringer Anteil an Schad- und Gefahrenstoffe
Anforderung an Schmierstoffe: weitere Anforderung
- Geringer Verbrauch
- Niedrige Kosten
- Einfacher Auftrag
- Minimaler Aufwand zur Teilereinigung und Entfettung
- Guter Korrosionsschutz
- Maschinenverträglichkeit:
-> Lack
-> Dichtungen - Verträglichkeit mit nachfolgenden Prozessen
