Ein Beitrag zur experimentellen Untersuchung trockenlaufender Friktionspaarungen im Hinblick auf deren Schädigungs- und Erholungsverhalten während und nach kurzzeitig stark erhöhter Beanspruchung = A contribution to the experimental investigation of dry-running friction pairings with focus on fade and recovery during and after short-term strongly increased stress
Creators: name: Klotz, Thomas
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2022
Subjects: Schädigungs- und Erholungsverhalten
trockenlaufende Friktionspaarungen
Tribologie
Entwicklung von Validierungsumgebungen

description: Die Entscheidungen, welche während der Modellierung des Prinzips und der Gestalt trockenlaufender, schaltbarer Kupplungen und Bremsen getroffen werden, beeinflussen maßgeblich deren Bauraumbedarf, Masse, Komfort, Lebensdauer und Kosten. Aus diesem Grund sollte eine ressourceneffiziente Auslegung solcher Friktionsysteme und der darin verbauten Friktionspaarungen angestrebt werden. Bei deren Validierung wird unter anderem deren Beanspruchbarkeit durch bestehende Methoden aus dem Stand der Forschung untersucht. So wird zum Beispiel in den häufig verwendeten Prüfabläufen der Regulation 90 (United Nations Economic Commission for Europe, 2012) die Beanspruchungbarkeit bei unter anderem mehreren aufeinanderfolgenden Bremszyklen mit gleichbleibend hoher Beanspruchung ermittelt. Die kurzzeitig stark erhöhte Beanspruchung, welche zum Beispiel bei Notfallbremsungen, Fehlern und Missbrauch auftreten kann, wird darin jedoch noch nicht hinreichend berücksichtigt. Es ist nicht beschrieben, wie die kurzzeitige Beanspruchbarkeit der Friktionspaarungen zu quantifizieren ist und wie diese bei der Entwicklung der schaltbaren Kupplung und Bremsen einzubeziehen ist. Zur experimentellen Untersuchung dieser Beanspruchbarkeit und zur Erforschung des hierbei wirkenden Schädigungs- und Erholungsverhaltens werden in dieser Arbeit neue Methoden entwickelt und angewandt. Dies beinhaltet die Entwicklung von Validierungsumgebungen zur Untersuchung der trockenlaufenden Friktionspaarungen und –systeme. Zur Entwicklung der Methoden und der Validierungsumgebungen werden im Wesentlichen die SPALTEN-Problemlösungsmethode, das Modell der Produktgenerationsentwicklung, die statistische Versuchsplanung sowie die faseroptische Messtechnik eingesetzt. Die Validierungsumgebungen ermöglichen es, zum einen sowohl die nominelle Flächenpressung, die Gleitgeschwindigkeit und die Temperatur zum einen stufenweise zu variieren und zum anderen kurzzeitig stark zu erhöhen. Die experimentellen Untersuchungen und deren systematische Auswertung liefern Erkenntnisse, welche dabei unterstützen, die Leistungsdichte und die Robustheit trockenlaufender Friktionspaarungen und –systeme zu steigern. Sie zeigen beispielsweise auf, dass die kurzzeitige Beanspruchbarkeit deutlich höher ist als die dauerhafte. Zudem erholen sich die Friktionspaarungen bis auf wenige Ausnahmen nahezu immer. Darüber hinaus kann das Erholungsverhalten, wie in dieser Arbeit gezeigt, durch die Varation des Beanspruchungskollektivs nachweislich verbessert werden. Folglich können diese Erkenntnisse, welche in Form von Handlungsempfehlungen beschrieben sind, genutzt werden, um Friktionssysteme ressourceneffizient auszulegen und deren Friktionspaarungen effektiv und effizient zu erholen und somit Ressourcen zu schonen und Bauraum zu sparen.