TRIBOLOGIE: Reibung · Verschleiß · Schmierung: Abrasivverschleiß, Mischreibung, Betriebsverhalten von Reibungssystemen, Oberflächenbehandlung PDF
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Dokumentation zum Forschungs- und Entwicklungsprogramm des Bundesministeriums fUr Forschung und Technologie (BMFT) TRIBOLOGIE Reibung . VerschleiB . Schmierung Band 12 AbrasiwerschleiB, Mischreibung, Betriebsverhalten von Reibungssystemen, Oberflachenbehandlung Herausgeber: Projektleitung Material- und Rohstofforschung des BMFT bei der KFA, Julich Wissenschaftliche Leitung und Redaktion: H. Haag, R. Gunther Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo 1988 Dr. rer. nat. Reinhard Gunther Projektbevollmachtigter in der Projektleitung Material-und Rohstofforschung der Kernforschungsanlage JOlich GmbH Dipl.-Ing. Hermann Haag Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Projektleitung Material- und Rohstofforschung der Kernforschungsanlage JOlich GmbH Mit 340 Abbildungen und 30 Tabellen CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Trib%gie: Reibung, VerschleiB, Schmierung; Dokumentation zu dem Forschungs-und Entwicklungsprogramm des Bundesministeriums fUr Forschung und Technologie (BMFT) Hrsg.: Projektleitung Mat!lrial-und Rohstofforschung des BMFT bei der KFA, Julich. Wissenschaftliche Leitung und Redaktion: H. Haag ... -Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer NE: Haag, Hermann (Red.); Kernforschungsanlage JOIich GmbH, Projektleitung Material- und Rohstofforschung Band 12: AbrasiwerschleiB, Mischreibung, Betriebsverhalten von Reibungssystemen, Oberfliichenbehandlung ISBN-13: 978-3-540-50099-5 e-ISBN-13: 978-3-642-83558-2 001: 10 .1007/978-3-642-83558-2 Das Werk ist urheberrechtlich geschutzt. Die dadurch begrundeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder iihnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten. Die Vergutungsanspruche des § 54, Abs. 2 UrhG, werden durch die, Verwertungsgesellschaft Wort". Munchen, wahrgenommen. © Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1988 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zur Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wiiren und daher von jedermann benutzt werden durfen. VORWORT Z U M 12. BAND Uberall dort, wo siCh OberfUichen aufeinander bev.regen, tritt Reibung auf. Unter ungUnstigen Bedingungen bev.rirkt die Reibung erhebliChe VerschleiB und Energieverluste. Bei MasChinen und technischen Anlagen filhren Rei btmg und VerschleiB zur Minderung der Lebensdauer des Wirkungsgrades I und der SiCherheit. Reibungsbedingter Energieaufwand, Instandi1.altung, Ersatzteilbedarf und Ausfallzeiten verursaChen betrachtlidhe Verluste an wertvollen Rohstoffen und Energie sCMie eine Belastung der Utwelt. FUr die Bundesrepublik DeutsChland werden die jahrlich durch Reibung und VerschleiB direkt anfallenden !<Osten auf ca. 39 Milliarden [M bezif fert. Die internationale KOrikurrenzsituation der deutschen Industrie erfordert HasChinenanlagen mit groBeren Leistungsdidhten, erhooten Bauteilaus lastungen und verbesserten Wirkungsgraden. Hit dieser Entwicklung wachsen aber auCh die durch Reibung und VerschleiB bedingten SChwierigkeiten er hebliCh an. Aus diesen Erkenntnissen erwadhst die Forderung naCh groBen Anstrengun gen, urn mit den Problemen der Reibung und des VerschleiBes fertig zu werden. Das systematisdhe Zusammenwirken mehrerer Wissensgebiete in dem interdisziplinaren Fach "Trioologie" liefert hierzu einen beachtli chen Beitrag. Nadh einer entspreChenden Analyse der Situation beschloB der BMFT 1977 eine sChwerpuriktmaBige Forderung der Trioologie ~eren Betreuung der DFVLR, KOln libertragen wurde. Die Forderung begann 1978 und konnte 181 Einzelvorhaben mit einem BMFT-Anteil von ca. 49 Mio. [M bei einem Gesamtaufwand von ca. 102 Mio. [M unterstlitzen. Diese Trioologie-Forderung von liberwiegend Einzelvorhaben in der bisheri gen FOnTI endete im Mai 1985 mit der 3. offentlichen Prasentation der For schungsergebnisse. Aufbauend auf den positiven Erfahrungen entschloB sich der BMFT zur Fortftihrung der Forderung, in der trioologische Schwerpurikt thenen in Verbundprojekten behandelt werden. Eine iibersicht i.lOer die bis herige Forderung und ihre Fortfilhrung gibt die "1. Fortschreibung der Stu die Tribologie". Nach Meinung von Fachleuten kOnnen rund 50 % der durch Reibu.ng und Ver schleiB verursachten Verluste durch die intensive Nutzung bekannter tri bologischer Erkenntnisse eingespart werden. 1m Kampf gegen Reibungs- und VerschleiBverluste mUssen deshalb der For schung und Entwicklung in der Tribologie die KOrrmunikation, Infornation und Innovation konsequent folgen, urn eine mOglichst gute Breitenwirkung dieser Forderung zu erreichen. Diesem Ziel dienten und dienen drei Aktivitaten der Projekttragerschaft: - Die Durchflihrung von offentlichen Prasentationen, bei denen 1981, 1983, 1985 und 1988 tiber die erarbeiteten Ergebnisse berichtet und disku tiert wurde. die Dokumentation der SchluBberichte der geforderten Vorhaben in dieser Buchreihe - die UnterstUtzung der Tribologie-Beratungs-Gesellschaft bei der Einrich tung einer Tribologie-Beratungs-Stelle im Technologie-Zentrum Dortmund. Seit November 1985 wird die Projekttragerschaft fUr den Forderhereich "Tribologie" von der Projektleitung Material- und Rohstofforschung der Kernforschungsanlage JUlich GmbH wahrgenommen. JUlich, im, September 1988 ,H. Haag, R. GUnther I N HAL T S V E R Z E I C H N I S G. Kampschulte, M. Schlatter, P. Willems 11 VerschleiBminderung an Schleuderradern durch konstruktive und werkstofftechnische MaBnahmen und Erprobung im Feld versuch (FE-Vorhaben 03 1 ZT 212, Fraunhofer-Institut fUr Produk tionstechnik und Automatisierung, Stuttgart) O. Deutscher, M. Laude 49 VerschleiBminderung beim Fordern abrasiver Schiittgiiter in der Mollervorbereitung (FE-Vorhaben 01 ZT 372, Betriebsforschungsinstitut, DUsseldorf) H. Berns, A. Fischer 89 Entwicklung hochverschleiBfester AuftragsschweiBlegierun- gen (FE-Vorhaben 01 ZT 152 X, RU Bochum) J. Fohl, K. Gehr, H. Horn, E. Saumweber, K. Sommer 161 Untersuchungen und Weiterentwicklung des tribologischen Systems Bremsscheibe/Belag fUr HochgeschwindigkeitszUge (FE-Vorhaben 01 ZT 322, Knorr-Bremse AG, MUnchen FE-Vorhaben 01 ZT 332, MPA, Stuttgart) H. Krause, P. Neumann 223 Untersuchung der BetriebseinflUsse auf die Standzeit von Drahtseilen in HUttenwerkskrananlagen (FE-Vorhaben 01 ZT 548 S, RWTH Aachen FE-Vorhaben 01 ZT 558 S, Hoesch HUttenwerke AG) C. Hammel, H. Krause 273 VerschleiBverhal ten hochbeanspruchter Iverkstoffpaarungen bei unterschied1ichen Schmierungsbedingungen ~m Mischrei bungsgebiet (FE-Vorhaben 01 ZT 202, RWTH Aachen) W. Coenen, H. Peeken, H.-G. StUber 325 Untersuchung des Einflusses der Schmierung auf das Ver schleiBverhalten von Rollenketten (FE-Vorhaben 01 ZT 162, RWTH Aachen) H. Ferchl, A. Konrad, P. Oster, H. Pflaum, H. Winter 403 Reibungs- und Versch1eiBverhalten von Synchronisations einrichtungen in KFZ-Scha1tgetrieben (FE-Vorhaben Ql ZT 269, Daimler-Benz AG FE-Vorhaben 01 ZT 049, 01 ZT 302 A, TU MUnchen) P. Ballhause, U. Konig, Ch. Weist, H. Westheide, 463 G. K. Wolf VerschleiBverhalten von Werkzeugen aus Stahl und Hartme tall nach Ionenimplantation (FE-Vorhaben 01 ZT 211, Uni Heidelberg FE-Vorhaben 03 T 0002 C, Uni Stuttgart FE-Vorhaben 03 T 0002 D, Krupp Widia GmbH, Essen) W. Amende 491 Untersuchungen zu rasch erstarrten Oberflachenschichten zur Verbesserung von tribologischen Eigenschaften (FE-Vorhaben 01 ZT 261, MAN Neue Technologie, MUnchen P. Mayr, H.-R. Stock 539 Untersuchung der Gebrauchseigenschaften von Stahlbautei- len, die mit Titanoxicarbonitrid mittels Plasma-CVD-Technik bei Ternperaturen unter 550°C beschichtet wurden. (FE-Vorhaben 03 ZT 014 und 03 T 0010, Stiftung Institut fUr Werkstofftechnik, Bremen) A. Droese, W. Konig 583 Untersuchung der VerschleiBmechanismen an hartstoffbe schichteten Bohrwerkzeugen aus Schnellarbeitstahl (FE-Vorhaben 01 ZT l72 X, RWTH Aachen) J. Ebberink, B. Kerschl 669 Untersuchung der VerschleiBmechanismen an hartstoffbe schichteten Schmeidwerkzeugen aus Schnellarbeitstahl (F~-Vorhaben 01 ZT 182 X, G. GUhring) Autorenverzeichnis Deskriptorenliste zu Band 1 - 12 711 Deskriptorenliste zu Band 1 - 12 (alphabetisch) 723 Liste der Vorhaben (Faltblatt) 731 VerschleiBminderung an Schleuderradern durch konstruktive und werkstofftechnische MaBnahmen und Erprobung im Feldversuch von Dr. rer. nat. G. Kampschulte Dr.-Ing. M. Schlatter P. Willems Fraunhofer-Institut fUr prodpktionstechnik und Automatisierung (IPA) Abteilung Fertigungsverfahren Stuttgart Forderkennzeichen: 01 ZT 212 11 ZUSAMMENFASSUNG Urn die Lebensdauer der Wurfschaufeln in Schleuderrad-Strahl anlagen zu erh6hen, wurden Versuche d urchge flihrt, zum e i nen mit Schaufeln aus unterschiedlichen Werkstoffen und zum andern mit solchen, die eine, von der liblichen Plattenform abweichende Gestalt haben. Speziell zu diesem Teil wurde auch eine mathematische Behandlung des Bewegungsverhaltens der Strahlmittelpartikel wahrend des Passierens der Schaufel durchgeflihrt. Es zeigte sich, daB die Formgebung einen EinfluB auf die Abwurfgeschwindigkeit der Partikel und den VerschleiB der Schaufeln hat; allerdings sind die Tendenzen gegenlaufig, so daB dieser Weg nach den vorliegenden Erkenntnissen als nicht erfolgversprechend angesehen werden muB. Positiv beurteilt werden die Versuche, bei denen Schaufeln aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt wurden. Hart guBlegierungen zeigten sowohl beim Durchsatz von reinem Strahlmittel, als auch nach Zugabe von 3 % GieBereisand ein sehr differenziertes VerschleiBverhalten. Eigentlimlicher weise war diese Charakteristik an den in der Industrie ein gesetzten Wurfschaufeln, bei denen sicherlich auch einige Prozent Sand als Verunreinigung mit im Strahlmittel umlau fen, nicht festzustellen. Die Unterschiede im Volumenver lust waren sehr klein und standen bezliglich der Reihenfolge auch nicht im Einklang mit den bei reinem Strahlmittel ge wonnenen Ergebnissen. Als sehr verschleiBfest erwiesen sich Schaufeln mit einer AuftragsschweiBung aus Duranit M18. unter allen Bedingungen verhielten sich die mit dem Hartme tallbelag versehenen Platten eindeutig am besten: Auch bei Verunreinigung des Strahlmittels mit GieBereisand war nahezu kein VersdhleiB festzustellen. Allerdings sollte die Dukti litat des Hartmetalls auf den Anwendungsfall abgestimmt se in. 12 INHALT 1 Einleitung 14 2 Z iel se tz ung 15 3 Anlagenbeschreibung - Versuchsaufbau - Kenndaten 16 4 Vorversuche 18 4. 1 Versuche zum Nachweis der Partikelsprlinge 18 4.2 Partikelgeschwindigkeit und -verteilung 20 4.3 Bestimmung der durchgesetzten Strahlmittelmenge 21 4.4 VerschleiB-Anstrahlwinkel (V-A)-Diagramme 22 5 VerschleiBversuche an der Strahl anlage - Ergebnisse 24 5.1 Versuchsreihen A und B (Schaufeln aus HartguB) 24 5.2 Versuchsreihe C (Nichteisen-Werkstoffe) 27 5.3 Versuchsreihe D (Duranit M18 und Hartmetall) 28 5.4 Versuchsreihe E (unterschiedliche Schaufelformen) 30 5.5 Versuchsreihe F (Strahlmittel plus 3% GieBereisand) 32 5.6 Schaufeln im industriellen Einsatz 33 6 Berechnungen 34 6. 1 Berechnung der Partikelgeschwindigkeit 37 6.2 Berechnung des VerschleiBes 40 6.3 Diskussion der Rechnerergebnisse 42 7 SchluBbetrachtung 47 8 Schrifttum 48 13
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