Einfluss von Oberflächengestaltung und Werkstoffwahl auf das tribologische Verhalten von Gleit- und Dichtungskontakten hydraulischer Komponenten
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Aachen
Shaker
2006
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| Schriftenreihe: | Reihe Fluidtechnik
42 |
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TRIBOLOGISCHE VERHALTEN VON GLEIT- UND DICHTUNGSKONTAKTEN HYDRAULISCHER
KOMPONENTEN VON DER FAKULTAET FUER MASCHINENWESEN DER
RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE AACHEN ZUR ERLANGUNG DES
AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER INGENIEURWISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE
DISSERTATION VORGELEGT VON ANDREAS HOPPERMANN AUS WESEL BERICHTER:
UNIV.- PROF. DR.- ING. H. MURRENHOFF UNIV.- PROF. DR.- ING. P. W. GOLD
TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 22. DEZEMBER 2005 INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG 1 1.1 MOTIVATION ZUR SUBSTITUTION DER
GALVANISCHEN HARTVERCHROMUNG FUER KOLBENSTANGEN DURCH UMWELTFREUNDLICHERE
VERFAHREN 1 1.2 MOTIVATION ZUR MIKROSTRUKTURIERUNG TRIBOLOGISCHER
KONTAKTFLAECHEN 2 1.3 INTEGRATION DER VERWENDETEN VERFAHREN IN DIE
FERTIGUNGSFOLGE 3 1.4 TECHNOLOGIE DES SUPERFINISH 4 1.5 AUFGABENSTELLUNG
5 2. TRIBOLOGISCHE BEDEUTUNG DER KONTAKTFLAECHE 6 2.1 DEFINITION DER
TRIBOLOGISCHEN KONTAKTFLAECHE 6 2.1.1 MODELLVORSTELLUNG DES
TRIBOLOGISCHEN SYSTEMS 6 2.1.2 WECHSELWIRKUNGEN IM TRIBOSYSTEM 7 2.1.3
RANDZONENAUFBAU MECHANISCH BEARBEITETER WERKSTOFFE 8 2.1.4 TECHNISCHE
OBERFLAECHEN ALS KRAFTEINLEITUNGSEBENEN 8 2.1.5 GESTALTBESCHREIBUNG
TECHNISCHER OBERFLAECHEN 9 2.2 KRAEFTEMAESSIGE WECHSELWIRKUNGEN 12 2.2.1
FESTKOERPERREIBUNG 12 2.2.2 FLUESSIGKEITSREIBUNG 14 2.2.3 STRIBECK-KURVE
15 2.3 STOFFLICHE WECHSELWIRKUNGEN 17 2.3.1 EINFLUSS DER WERKSTOFFE AUF
REIBUNG UND VERSCHLEISS 17 2.3.2 BLITZTEMPERATURHYPOTHESE 18 2.3.3
BENETZUNGSVERHALTEN 19 2.3.4 MINDERUNG VON VERSCHLEISSMECHANISMEN 20 2.4
STAND DER TECHNIK AUF DEM GEBIET DER OBERFLAECHENSTRUKTURIERUNG 21 2.4.1
MIKROHYDRODYNAMIK GLOBALER OBERFLAECHENSTRUKTUREN 21 2.4.2
MIKROHYDRODYNAMIK UEBERLAGERTER MIKROSTRUKTUREN 23 2.4.3 ZUSAMMENFASSUNG
27 2.5 KONZEPTION ZUR OPTIMIERUNG VON KONTAKTFLAECHEN DURCH MIKRO-
STRUKTUREN 28 INHALTSVERZEICHNIS 3. ALTERNATIVE
KOLBENSTANGENBESCHICHTUNGEN FUER FAHRWERKSDAEMPFER 32 3.1 FAHRWERKSDAEMPFER
IN EINROHR- UND ZWEIROHR- BAUWEISE 32 3.2 ABLEITUNG DER TRIBOLOGISCHEN
MODELLE AUS DEM FEDERBEIN 35 3.3 PRUEFSTANDSKONZEPTE 41 3.3.1
VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN AN GLEITLAGERBUCHSEN 41 3.3.2
VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN AN DICHTUNGEN 43 3.3.3 REIBKRAFTUNTERSUCHUNGEN
AN DICHTUNGEN UND GLEITLAGERN 44 3.3.4 VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN AN
PROTOTYPEN 46 4. UNTERSUCHUNGEN ZUR REIBKRAFT VON
KOLBENSTANGENDICHTUNGEN 48 4.1 FUNKTIONSWEISE UND EINFLUSSGROESSEN 48
4.1.1 SPALTBILDUNG 48 4.1.2 ERWEITERTER ANSATZ ZUR REIBUNGSBESCHREIBUNG
49 4.2 BEREITSTELLUNG VON SCHMIERSTOFF IM DICHTSPALT 50 4.2.1
EINLAGERUNG VON SCHMIERSTOFF IM DICHTUNGSWERKSTOFF 50 4.2.2
SCHMIERFILMBILDUNG AUF DER BEWEGTEN KOLBENSTANGE 52 4.3 EINFLUSS DER
OBERFLAECHENTOPOGRAPHIE AUF DIE DICHTUNGSREIBUNG 54 4.3.1 REIBUNG ZU
BEWEGUNGSBEGINN 54 4.3.2 VARIATION DES RAUHEITSPROFILS DER KOLBENSTANGE
56 4.3.3 VERAENDERUNG DER SYSTEMTEMPERATUR UND DES FLUIDDRUCKES 58 4.3.4
STICK-SLIP REIBUNG 60 4.4 DICHTUNGSVERFORMUNG ALS FOLGE PARTIELLER
FESTKOERPERREIBUNG 62 4.4.1 RADIALE BEOBACHTUNG DURCH EINE TRANSPARENTE
KOLBENSTANGE 62 4.4.2 RADIALE BEOBACHTUNG DURCH EINE TRANSPARENTE
DICHTUNGSNUT 65 4.4.3 TANGENTIALE BEOBACHTUNG MITTELS EINES
SCHNITTMODELLS 66 5. GALVANISCH HARTVERCHROMTE KOLBENSTANGEN 70 5.1
HERSTELLUNGSVERFAHREN UND OBERFLAECHENTOPOGRAPHIE 70 5.2 TRIBOLOGISCHES
SYSTEM KOLBENSTANGE - GLEITLAGER 71 5.2.1 VERSCHLEISSVERHALTEN 71 5.2.2
REIBUNGSVERHALTEN 77 5.3 TRIBOLOGISCHES SYSTEM KOLBENSTANGE - DICHTUNG
79 5.3.1 VERSCHLEISSVERHALTEN 79 5.3.2 REIBUNGSVERHALTEN 83
INHALTSVERZEICHNIS 6. HVOF SCHMELZVERBUNDSCHICHT AUF KOLBENSTANGEN 6.1
HERSTELLUNGSVERFAHREN UND OBERFLAECHENTOPOGRAPHIE 6.2 TRIBOLOGISCHES
SYSTEM KOLBENSTANGE - GLEITLAGER 6.2.1 VERSCHLEISSVERHALTEN 6.2.2
REIBUNGSVERHALTEN 6.3 TRIBOLOGISCHES SYSTEM KOLBENSTANGE - DICHTUNG
6.3.1 VERSCHLEISSVERHALTEN 6.3.2. REIBUNGSVERHALTEN 7. PLASMANITRIERTE
UND OXIDIERTE KOLBENSTANGEN 7.1 HERSTELLUNGSVERFAHREN UND
OBERFLAECHENTOPOGRAPHIE 7.2 TRIBOLOGISCHES SYSTEM KOLBENSTANGE -
GLEITLAGER 7.2.1 VERSCHLEISSVERHALTEN 7.2.2 REIBUNGSVERHALTEN 7.3
TRIBOLOGISCHES SYSTEM KOLBENSTANGE - DICHTUNG 7.3.1 VERSCHLEISSVERHALTEN
7.3.2 REIBUNGSVERHALTEN 8. PROTOTYPENTEST MIT FAHRWERKSDAEMPFERN 88 88 90
90 94 98 98 105 110 110 114 114 116 119 119 123 128 8.1 EIGNUNG
ALTERNATIVER KOLBENSTANGENBESCHICHTUNGEN FUER FAHRWERKS- DAEMPFER 128 8.2
DAUERVERSUCHE MIT FAHRWERKSDAEMPFERN 129 9. TRIBOMETERUNTERSUCHUNGEN AN
MIKROSTRUKTURIERTEN GLEITRINGEN 134 9.1 PRUEFSTANDSAUFBAU UND
VERSUCHSKONZEPT 134 9.2 VERAENDERUNG DER MIKROSTRUKTUR BEI KONSTANTER
MATERIALKOMBINATION 138 9.2.1 REIBUNGSVERHALTEN 140 9.2.2
VERSCHLEISSVERHALTEN 142 9.2.3 VERSCHLEISSBILDER 144 VERAENDERUNG DER
MATERIALKOMBINATION BEI KONSTANTER MIKROSTRUKTUR 145 9.3.1
REIBUNGSVERHALTEN 148 9.3.2 VERSCHLEISSVERHALTEN 153 INHALTSVERZEICHNIS
10. REIBUNGSUNTERSUCHUNGEN AN MIKROSTRUKTURIERTEN KOMPONENTEN IN
HYDRAULISCHEN VERDRAENGEREINHEITEN 158 10.1 HYDRAULIKZYLINDER /
SCHWINGUNGSDAEMPFER 158 10.1.1 KOLBENSTANGE - GLEITLAGER 158 10.1.2
KOLBENSTANGE - DICHTUNG 162 10.2 INNENZAHNRADPUMPE 164 10.3
AXIALKOLBENMOTOR IN SCHRAEGSCHEIBENBAUWEISE 166 11. ZUSAMMENFASSUNG UND
AUSBLICK 172 11.1 ZUSAMMENFASSUNG 172 11.2 AUSBLICK 174 ANHANG A.
LITERATURVERZEICHNIS I B. ABBILDUNGSVERZEICHNIS XI C.
TABELLENVERZEICHNIS XVIII
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