Ein Beitrag zur Tribologie hochgefüllter Duroplaste im geschmierten Gleitkontakt
Creators: name: Rocker, Dominik
Publisher: name: Universitätsbibliothek der HSU / UniBwH
Year: 2021
Subjects: subject: Gefülltes Duroplast
subject: Phenolharz
subject: Mischreibung
subject: Polymer
subject: Kunststoff
subject: Kunststofftribologie
subject: Reibung
subject: Verschleiß
subject: Gleitlager
subject: Kantenträger
subject: 620 Ingenieurwissenschaften

description: Um den Dieselmotor in Zukunft auch als Antrieb in Fahrzeugen anzuwenden, müssen die gesetzlichen Grenzwerte hinsichtlich der ausgestoßenen Schadstoffe eingehalten werden. Die zunehmende Verschärfung der gesetzten Grenzen überschreitet dabei die Wirksamkeit innermotorischer Maßnahmen und es bedarf nachgeschalteter Systeme zur Behandlung der Abgase. Bereits heute kommen hierzu hauptsächlich SCR1-Systeme zum Einsatz. Durch das Eindosieren einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas und den hervorgerufenen chemischen Reaktionen wird der Ausstoß von Stickoxiden reduziert. Grundvoraussetzung für die Verwendung solcher Systeme in Fahrzeugen ist eine zuverlässige Funktion des SCR-Systems. Dies gilt während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs und unter allen Betriebsbedingungen. Ein wesentlicher Bestandteil des Gesamtsystems ist die verbaute Pumpe, welche das Reduktionsmittel vom Tank an das Dosiermodul fördert. Zukünftige SCR-Systeme sollen mit Rotationspumpen ausgestattet werden, die nach dem sogenannten COR-Prinzip arbeiten. Dieses Pumpenprinzip erlaubt es durch Richtungsumkehr das Medium wieder vom Dosiermodul zurückzusaugen, um dieses vor gefrierendem Medium zu schützen. Zudem kann Verschleiß durch ein automatisches Nachstellen der Pumpe kompensiert werden. Einen weiteren Vorteil bietet die Skalierbarkeit der Pumpe. Dadurch kann diese einfach an verschiedene Fahrzeugtypen angepasst werden. Getrieben durch die komplexe Geometrie der einzelnen Bauteile, aber auch durch den am Markt herrschenden Kostendruck, wird diese Pumpe aus Kunststoffen hergestellt. Bauartbedingt wirkt das niedrigviskose Reduktionsmittel als Zwischenmedium in den tribologischen Kontaktstellen der Pumpe, welche ausschlaggebend für eine zuverlässige Funktion sind. Hieraus ergibt sich ein neues, noch unbekanntes tribotechnisches System. In der vorliegenden Arbeit wurden hierzu Werkstoffpaarungen hinsichtlich ihrer Eignung für den Gleitlagerkontakt zwischen der Welle und der Lagerbuchse untersucht. Durch eine Systemanalyse konnten die Lagerlasten sowie das vorherrschende Reibungsregime abgeschätzt werden. Anhand orientierender Vorversuche zeigten sich hochgefüllte Duroplaste als geeignete Werkstoffe für das betrachtete tribologische System. Für diese wurden ergänzend mechanische und physikalische Kennwerte bestimmt. In Modellversuchen der Zielpaarung wurden für die Anwendung wichtige Erkenntnisse, wie die Versagensgrenze und das stationäre Verhalten in unterschiedlichen Betriebspunkten ermittelt. Zusätzlich erfolgte eine Betrachtung der Unterschiede zwischen ungetemperten und getemperten Duroplastpaarungen. Das unterschiedliche Verhalten ungetemperter und getemperter Duroplastpaarungen konnte nicht auf die Änderung mechanischer oder physikalischer Kennwerte zurückgeführt werden. Vielmehr kommt es zu einer chemischen Änderung der Randschichten durch die Oxidation beim Tempern. Durch das Tempern verschwinden die hydrophoben CH2-Gruppen aus der Randschicht. Infolge der dadurch verbesserten Benetzbarkeit der Oberflächen kann ein tragender Schmierfilm leichter aufgebaut werden. Während den Untersuchungen zur Bestimmung der Einsatzgrenzen zeigt sich eine deutlich ausgeprägte und wiederholt feststellbare Fresslastgrenze der ungetemperten Werkstoffpaarung. Im Falle der getemperten Paarung kann diese, unter den gegebenen Versuchsbedingungen, nicht definiert bzw. gefunden werden. Erweiternde Untersuchungen zeigen edoch auch hier ein Versagenverhalten in Abhängigkeit der getemperten Randschicht und machen diese Paarung für die Anwendung in einem tribologischen Kontakt weniger prognostizierbar. Als Auslöser für das Fressen wird der lokale Anstieg der Kontakttemperatur an sogenannten Hotspots ausgemacht, welche sich infolge der Ansammlung von Verschleißpartikeln ergeben. Die Verhaltensweise der Werkstoffpaarung in verschiedenen Betriebspunkten diente zur Ableitung eines Reibungs- und Verschleißmodells. Während sich für die Reibung eine Abhängigkeit zwischen Reibungszahl und den Eingangsparametern: Flächenpressung, Gleitgeschwindigkeit und Temperatur gezeigt hat, konnte für den Verschleiß keine ausreichende Korrelation gefunden werden. Dieser ist in großem Maße von den Füll- und Verstärkungsstoffen im Werkstoff abhängig. Weiterer Forschungsbedarf ergibt sich aus den Fragestellungen zur Modellierung der Reibung und des Verschleißes der betrachteten ungetemperten Duroplastpaarung. Das Verhalten der getemperten Werkstoffpaarung bietet darüber hinaus Bedarfe für weitere Forschungen. Insbesondere hinsichtlich der Möglichkeiten die oxidierte Randschicht in tiefere Bereiche der Werkstoffe auszudehnen oder diese verschleißfester zu gestalten, ergeben sich weitere Forschungsfragen.