JAHRESBERICHT 2012 - DGMK

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Kraftstoffe das FVV-Vorhaben durch Bereitstellung von Kraftstoffen unterstützt. Im FVV- Vorhaben konnte gezeigt werden, dass die Lagerstabilität der Kraftstoffblends für den Untersuchungszeitraum von 18 Monaten gegeben ist. Bei den Motorversuchen im Kurzzeittest wurde gezeigt, dass sich der Einfluss der unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften hinsichtlich Brennverhalten kaum detektieren lässt. Lediglich im hohen Lastbereich wiesen die Kraftstoffe mit HVO-Anteil einen verringerten Zündverzug auf. Des Weiteren konnte bestätigt werden, dass der FAME-Anteil im Kraftstoff eine Minderung der Partikelemission bewirkt. Ein Einfluss der Kraftstoffblends auf das Abgasnachbehandlungssystem konnte nicht nachgewiesen werden (DGMK-Projekt 734). Die im Schmierstoff- und im Brennstoffbereich bearbeiteten Forschungsprojekte werden über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Durch den Fachausschuss Schmierstoffe wurden u.a. folgende Projekte bearbeitet: In Werkzeugmaschinen, Neigeantrieben von Bahnen, Armaturen sowie in der Haustechnik werden unter anderem Schmierfette NLGI 1 und NLGI 2 im Aussetz- oder Dauerbetrieb für die Schmierung von Zahnrädern und Spindeln verwendet. In Abhängigkeit der Betriebsbedingungen und der Fettfüllmenge fließt der Schmierstoff im Getriebe nach oder die Zahnräder graben sich frei. Das Nachfließverhalten oder das Freigraben der Zahnräder in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen und der Fettfüllmenge im Getriebe ist ebenso wie das Schadensverhalten bei solchen Betriebsbedingungen systematisch zu erforschen (DGMK- Projekt 671, IGF-Vorhaben-Nr.: 15883 N). In der Praxis werden zunehmend bei offen laufenden Getrieben auch Haftschmierstoffe NLGI 0 und Fluide mit höchster Grundölviskosität gefordert. Schmierstoffe mit derartig hoher Viskosität sind in der Handhabung schwierig und müssen zum Transport an die Schmierstelle erwärmt werden. Mögliche Vorteile der hohen Viskositäten für die Zahnradtragfähigkeit sind nicht nachgewiesen. Der Einfluss dieser hohen Grundölviskositäten von Haftschmierstoffen NLGI 0 und höchstviskosen Fluiden auf das Verschleißverhalten, die Schmierfilmstandzeit und die Grübchentragfähigkeit wurde systematisch untersucht. Das legierte Grundöl erreicht höchste Reibungszahlen und Schmierfilmstandzeiten, zeigt niedrigen Verschleiß und mit der Berechnung nach DIN 3990 / ISO 6336 übereinstimmende Grübchenlebensdauern. Mit steigender Viskosität eingestellt durch steigenden Anteil an PMA als VI-Verbesserer bei Fluiden zeigen sich niedrigere Reibungszahlen und kürzere Schmierfilmstandzeiten, keine Vorteile hinsichtlich der Verschleiß- und Grübchentragfähigkeit, jedoch längere Grübchenlebensdauern. Fette weisen niedrigste Schmierfilmstandzeiten und Grübchenlebensdauern und höchste Verschleißbeträge auf. Insgesamt zeigen Fette teilweise deutliche Nachteile hinsichtlich der Zahnradtragfähigkeit im Vergleich zu Fluiden (DGMK- Forschungsbericht 670, IGF-Vorhaben-Nr.: 16222 N). In modernen Fahrzeuggetrieben verursachen die nicht geschalteten Synchronisierungen Reibungsverluste, da sie unter Differenzdrehzahl leer mitgeschleppt werden. Diese Reibungsverluste tragen zu einer Reduzierung des Gesamt-Getriebewirkungsgrads bei und erhöhen den Kraftstoffverbrauch und damit den CO 2 -Ausstoß der Fahrzeugflotte. Bisher gibt es nur einen unzulänglichen Kenntnisstand über die Höhe dieser Schleppverluste bzw. über die Einflussparameter und deren Wirkung. Es ist insbesondere nicht bekannt, ob und gegebenenfalls welchen Einfluss die Ölviskosität oder das verwendete Grundöl haben. Bezüglich der Additivierung sind Einflüsse insbesondere aus der Molekülstruktur des VI- Verbesserers zu erwarten. In systematischen Versuchsreihen sollen, ausgehend vom aktuellen Kenntnisstand, die Einflüsse des Schmierstoffs auf die Schleppleistung der nicht geschalteten Synchronisierung in Fahrzeuggetrieben untersucht werden. (DGMK-Projekt 700, IGF-Vorhaben-Nr. 16458 N). Eine in allen Betriebszuständen gesicherte Schmierung ist nötig um Schäden zuverlässig zu vermeiden. Die Berücksichtigung des Einflusses von Getriebefetten NLGI 00 auf den Zahnradverschleiß hilft dabei, angepasst zu dimensionieren und hohe Kosten bei Überdimensionierung oder bei Schäden zu vermeiden. Gegebenenfalls einfachere Schmiersysteme reduzieren ebenfalls die Kosten. Daher wird der Einfluss der Grundölviskosität auf das Langsamlauf-Verschleißverhalten einsatzgehärteter Zahnräder bei Schmierung mit Getriebefetten in NLGI 00 untersucht. Dies soll der Einführung von relevanten Kennwerten für Getriebefette in standardisierte Berech- 14
nungsverfahren zum Verschleißverhalten von einsatzgehärteten Zahnrädern dienen (DGMK- Projekt 725, IGF-Vorhaben 17067 N.) Hybridlager haben in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Daher soll der Einfluss unterschiedlicher Fette auf Stahl- Keramik-Kontakt in Hybridlagern ermittelt werden. Im Vordergrund stehen Fragen der Zuverlässigkeit der Systeme sowie insbesondere auch der Reduzierung von Verlustleistungen und somit Ressourceneinsparungen. Der Einfluss von 6 Modellfetten auf die Schmierfettgebrauchsdauer soll in Form von Lebensdauerversuchen erfasst werden. Ergänzend zu den Bauteilversuchen sollen die tribologisichen Eigenschaften der Grenz- und Randschichten erfasst werden, da andere Effekte als im Stahl/Stahl-Kontakt zu erwarten sind. Im Wesentlichen sollen Erkenntnisse über die physikalischen und chemischen Eigenschaften bzw. Zusammensetzungen der Randschichten gewonnen werden (DGMK-Projekt 724, IGF- Vorhaben 17093 N). Die Leistungsfähigkeit von Industrieschmierstoffen wird entscheidend durch die Eigenschaft bestimmt, in hochbelasteten Wälzkontakten verschleißschützende Grenzschichten aufzubauen. Die Ausbildung dieser Schichten, die sowohl auf der Oberfläche als auch innerhalb des Werkstoffes auftreten, hängt dabei entscheidend von den Bedingungen im Kontakt ab und wird u. a. während der Einlaufphase ausgebildet. Wie stark die Veränderung ausgeprägt ist und welche Auswirkung dies auf das Verschleißverhalten hat, ist z. Z. nur unzureichend erforscht. Am Beispiel von fettgeschmierten Wälzlagern soll in dieser Arbeit unter Anwendung von mikroanalytischen Methoden die oberflächennahe Werkstoffveränderung erforscht werden. Im Rahmen von Einlauf- und Verschleißversuchen sollen mit Versuchsschmierstoffen Unterschiede im Reaktionsschichtaufbau untersucht werden. Hierbei werden umfangreiche Oberflächenanalysemethoden verwendet. Zudem erfolgt der Aufbau von Berechnungs- und Simulationsmodellen unter Verwendung von Topografie, Schichtaufbau und Teilschichtdicken sowie mechanischen Kennwerten der tribologischen Grenzschicht. (DGMK-Projekt 730, IGF-Vorhaben 17280 N). Für die Beurteilung des Zusammenwirkens von Öl und in der Dichtungstechnik eingesetzten Elastomeren, stehen lediglich statische Standardtests zur Verfügung, mit denen z. B. Quellen, Schrumpfen oder Veränderungen bei der Härte geprüft werden können. Daher wurde im DGMK-Projekt 664 (IGF-Vorhaben 15551 N) ein dynamisches Prüfverfahren auf der Basis einfacher Prüfkörper zur Beurteilung von Öl- Elastomer-Paarungen unter den Aspekten Reibung und Verschleiß erarbeitet. Um eine Standardisierung der Prüfmethode zu erreichen, muss die bisher erarbeitete Kalibrierprozedur validiert werden. Im Projekt soll exemplarisch eine Methode erarbeitet werden, die den Reibwert µ in Abhängigkeit von variierenden Betriebsparametern (Umfangsgeschwindigkeit, Ölsumpftemperatur, Laufzeit und Linienlast) mit möglichst wenigen Versuchen erfasst (DGMK-Projekt 738, IGF-Vorhaben 17313 N) Im Brennstoffbereich wurden 6 Forschungsprojekte bearbeitet: Im Raumwärmemarkt wird nach der Einführung des schwefelarmen Heizöls die Entwicklung von flüssigen Brennstoffen auf die Substitution mit alternativen und biogenen Komponenten fokussiert. Weil die im Markt befindlichen Heizgeräte für flüssige Brennstoffe teilweise eine komplexe Gemischaufbereitung besitzen, können brennstoffseitige Veränderungen zu höheren Emissionen bzw. zur Ablagerungsbildung in den Geräten führen. Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass die eingesetzten Biobrennstoffe und Brennstoffmischungen über eine ausreichende Lagerstabilität verfügen. Daher wurde der Einfluss der Brennstoffe mit einem Anteil von bis zu 20 % (V/V) FAME auf die Stabilität und den störungsfreien Einsatz in Ölfeuerungsanlagen praxisnah untersucht. Im ersten Teilbereich wurden die Brennstoffe über zwei Jahre eingelagert und die Eigenschaftsänderungen über ausgewählte Brennstoffanalytik charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass die eingesetzten Brennstoffe mit bis zu 20 % (V/V) FAME auch nach einer zweijährigen Lagerung den jeweiligen Brennstoffnormen entsprechen. Der zweite Teilbereich befasst sich mit der Untersuchung zur Ablagerungsneigung in einer idealisierten Prüfapparatur und in drei unterschiedlichen, marktrepräsentativen Heizgeräten. In der idealisierten Prüfapparatur wurde aufgezeigt, dass prinzipiell mit steigendem FAME-Gehalt die Ablagerungsbildung bei der Verdampfung steigt. Dieser Sachverhalt konnte in den untersuchten Heizgeräten jedoch nicht beobachtet werden. Eindeutige brennstoffspezifische Ausfälle konnten nicht nachgewiesen werden (DGMK-Forschungsbericht 714, IGF-Vorhaben-Nr. 16129 N). Moderne Brennersysteme für flüssige Brennstoffe besitzen eine Gemischaufbereitung, die 15
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