Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reib- und Verschleißverhalten während der Erholung trockenlaufender Friktionspaarungen nach thermomechanischer Überlastung

Forschungsgegenstand ist die versuchsgestützte Analyse des Erholungsverhaltens von trockenlaufenden Kupplungen und Bremsen. Ziel ist es die Sensitivität der Belastungsparameter auf die Erholung zu ermitteln und einen Erholungskennwert der Friktionspaarung abzuleiten. Im Projekt werden 6 Reibpaarungen mit organischem und sintermetallischen Reibbelag untersucht. Der Einfluss des Belastungskollektivs, das zur thermomechanischen Überlastung der Friktionspaarung führt, sowie der Einfluss des Lastkollektivs während der Erholung auf die Erholungsphase selbst werden untersucht. Weiterführende Untersuchungen der Reibpaarungen am Rasterelektronenmikroskop werden zur Begründung der Vorgänge im Reibkontakt herangezogen. Anhand der Ergebnisse aus Prüfstandsversuchen und Analysen der Reibpartner wird ein Erklärungsmodell für die Erholung abgeleitet.

Die Ergebnisse aus dem Projekt bieten einen Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit für KMU. Die Erkenntnisse führen zu einer Reduzierung des Zeit- und Kostenumfangs in der Entwicklung, Dimensionierung und Prüfung von Friktionspaarungen auf ihr Reib- und Verschleißverhalten bei temporärer Überlastung und Erholung der Reibpaarung. Die kritischen Betriebsparameter und deren Einfluss auf das Reib- und Verschleißverhalten sind nach Abschluss des Projekts bekannt, so dass der Versuchsumfang reduziert werden kann. Dies steigert die Effizienz sowohl bei der Entwicklung neuer, als auch beim Testen bestehender Reibbelagssysteme. Die Datenbasis für das tribologische Verhalten wird um kritische Betriebspunkte erweitert und der direkte Transfer der Ergebnisse durch zur Verfügung Stellung einer methodischen Herangehensweise und das Ableiten eines Kennwertes der Erholung in die Industrie gewährleistet. Die Erkenntnisse können zur Erweiterung bestehender Reibbelagstests bzw. neuer Tests zur Bewertung der Erholungsfähigkeit nach vorangegangener temporärer Überlastung von Friktionspaarungen genutzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsvorhaben wurden trockenlaufende Friktionspaarungen und -systeme hinsichtlich ihres Schädigungs- und Erholungsverhaltens bei kurzzeitig stark erhöhter Beanspruchung untersucht. Diese kurzzeitige Erhöhung tritt in realen Anwendungen bei zum Beispiel Notfallbremsungen, Fehlern und Missbrauch auf und wurde im Stand der Forschung bisher nicht hinreichend berücksichtigt.

Aus diesem Grund wurden sowohl Prüfstände als auch Methoden entwickelt, um dies anhand von fünf Friktionspaarungen und zwei Friktionssystemen mit bis zu vier verschiedenen Reibbelägen zu untersuchen. Dabei kamen drei massegepresste, ein gewickelter und ein sintermetallischer Reibbelag zum Einsatz, welche einen großen Querschnitt der verwendeten Reibbeläge der Industriepartner abdecken. Die Schädigungsgrenzen dieser Friktionspaarungen wurden ermittelt und deren Erholungsverhalten wurde untersucht. Es wurde zudem aufgezeigt und nachgewiesen, wie die Erholung schneller und reproduzierbarer erfolgen kann. Zwei Friktionssysteme, eine Bremse und eine Kupplung, wurden ebenso untersucht. Die Verteilung der Wärme in diesen während der Schädigung und der Erholung wurde mittels faseroptischer Messtechnik und Thermographie örtlich hochauflösend gemessen, womit Veränderungen des Tragbilds erkannt. Neben adhäsivem Verschleiß, Materialüberträgen, Ausbrüchen, Rissen, Oxidation und der Gasbildung beeinflussen diese das Schädigungs- und Erholungsverhalten.

Dem Entwickler trockenlaufender Friktionssysteme wird auf Basis der Methoden, der Ergebnisse, der gewonnen Erkenntnisse und deren Dokumentation ermöglicht, nun auch bei Beanspruchungskollektiven mit kurzzeitig stark erhöhter Beanspruchung grenzwertig auszulegen. Dieser kann die entwickelte und verwendete methodische Herangehensweise zur Ermittlung des Schädigungs- und Erholungsverhaltens auf sein Friktionssystem übertragen und mithilfe dieser die Schädigung vermeiden beziehungsweise einen schnellen und effektiven Erholungszyklus ableiten.