Tribologie
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Tribologie
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Benjamin Kanzari<br />
<strong>Tribologie</strong><br />
Referat im Fach<br />
Entwicklung&Konstruktion
Was ist <strong>Tribologie</strong>?<br />
�� -Ziel der <strong>Tribologie</strong><br />
�� -Was ist <strong>Tribologie</strong>?<br />
Ziel der <strong>Tribologie</strong><br />
�� -Anwendungen<br />
Agenda:<br />
��<br />
Anwendungen<br />
-Aufgaben Aufgaben<br />
�� -Tribologisches Tribologisches System<br />
�� -Funktion Funktion und Wirkung<br />
�� -Reibungszahlen/Reibungsarten<br />
Reibungszahlen/Reibungsarten<br />
�� -Experiment<br />
Experiment<br />
�� -Reibungszust<br />
Reibungszustände nde<br />
�� -Schmierdruck<br />
Schmierdruck<br />
�� -Schmierstoffe/Eigenschaften/Einteilung<br />
Schmierstoffe/Eigenschaften/Einteilung<br />
�� -Schmierungsarten<br />
Schmierungsarten<br />
�� -Sch Schäden den an Maschinenelementen<br />
�� -Formeln Formeln<br />
�� -Berechnungen<br />
Berechnungen<br />
�� -Hertz Hertz´sche sche Pressung (Berechnung)
Was ist <strong>Tribologie</strong>?<br />
�� -Reibung Reibung<br />
�� -Verschlei Verschleiß<br />
�� -Schmierung<br />
Schmierung<br />
Denk nach!!!!!
Ziel der <strong>Tribologie</strong><br />
�� Das Bewegungssystem zu optimieren. In<br />
ökologischer,<br />
kologischer,ökonomischer konomischer und<br />
funktioneller Hinsicht. Das heißt hei t<br />
Minderung von Verschleiß Verschlei und<br />
Optimierung von Reibungsbedingungen
Wo kommt es zur Anwendung?<br />
�� Maschinenbau<br />
�� Fertigungstechnik<br />
�� Antriebs- Antriebs und Fördertechnik<br />
F rdertechnik<br />
�� Kraftfahrzeug- Kraftfahrzeug und Motorenindustrie<br />
�� Bautechnik<br />
�� Luft und Raumfahrt<br />
�� Schienenfahrzeugtechnik<br />
�� Feinwerktechnik<br />
�� EDV Technik<br />
�� Energieversorgung<br />
�� Medizintechnik
Aufgaben:<br />
�� Ressourcen (allgemein)<br />
�� Betriebssicherheit<br />
�� Produktionskosten senken<br />
�� Energie/Emissionen verringern
Tribologisches System
Funktion und Wirkung<br />
�� Reibung/Verschleiß Reibung/Verschlei auf ein minimales<br />
reduzieren!<br />
�� Energieverlust reduzieren!<br />
�� !!! verstärkte verst rkte Wirkung erwünscht, erw nscht, z.B.<br />
Reibradgetriebe/Bremsen!!!
Reibung<br />
�� In der Kontaktzone zweier Bauteile treten<br />
Reibungskräfte Reibungskr fte auf.<br />
�� Coulombsches Gesetz:<br />
�� FR = Reibungskraft<br />
�� µ = Reibungszahl<br />
�� FN = Normalkraft<br />
F = R = µ * F N
Das Experiment!!<br />
�� Wir wollen feststellen, von welchen<br />
Faktoren die Reibwirkung abhängt? abh ngt?
Reibungszahlen:<br />
�� Die Reibungszahlen hängen h ngen ab von:<br />
�� - der Werkstoffpaarung<br />
�� - dem Schmierstoff<br />
�� - dem Reibungszustand<br />
�� - der Reibungsart
�� Es gilt:<br />
Reibungszahlen:<br />
Gleitreibungszahlµ
Reibungsarten:<br />
�� Bei den Reibungsverhältnissen<br />
Reibungsverh ltnissen<br />
unterscheidet man nach Art der<br />
Relativbewegung zwischen zwei<br />
Bauteilen, die<br />
�� Rollreibung, Gleitreibung, Wälzreibung<br />
W lzreibung<br />
und Bohrreibung.
Reibungsarten:<br />
�� Bsp. Zahnradgetriebe:
Lösungen:<br />
Gleitreibung!<br />
Rollreibung!<br />
Bohrreibung!<br />
Wälzreibung!<br />
Reibungsarten:
Reibungszustände:<br />
Reibungszust nde:<br />
�� Das Reibungs- Reibungs bzw. Verschleißverhalten Verschlei verhalten wird<br />
insbesondere durch den vorliegenden<br />
Reibungszustand beeinflusst.<br />
�� Man unterscheidet in:<br />
�� -Festk Festkörperreibung<br />
rperreibung<br />
�� -Grenzreibung<br />
Grenzreibung<br />
�� -Mischreibung<br />
Mischreibung<br />
�� -Fl Flüssigkeitsreibung<br />
ssigkeitsreibung<br />
�� -Gasreibung<br />
Gasreibung
Reibungszustände:<br />
Reibungszust nde:
Schmierdruck<br />
Der Schmierdruck zur vollständigen<br />
vollst ndigen<br />
Trennung beider Bauteile kann auf<br />
unterschiedliche Weise erzeugt werden.<br />
�� -hydrostatische hydrostatische Schmierung<br />
�� -hydrodynamische hydrodynamische und<br />
elastohydrodynamische Schmierung
Schmierstoffe<br />
Schmieröle<br />
Schmier le<br />
Vorteile:<br />
-leichte leichte Reibstellenversorgung (somit<br />
Verbesserung hinsichtlich Reibung/Verschleiß)<br />
Reibung/Verschlei )<br />
-gute gute Abführung Abf hrung von Reibungswärme<br />
Reibungsw rme<br />
-gute gute Abführung Abf hrung von Abrieb aus dem Kontakt<br />
- kann durch zusätzliche zus tzliche Maßnahmen Ma nahmen auf<br />
gewünschte gew nschte Eigenschaften eingestellt werden<br />
(z.B. Kühlung,Filterung)<br />
K hlung,Filterung)
Schmierstoffe<br />
Schmieröle Schmier le<br />
Nachteile:<br />
-ziemlich ziemlich Aufwendige Abdichtung notwendig<br />
-teilweise teilweise große gro e Schmierölmengen<br />
Schmier lmengen<br />
erforderlich
Eigenschaften der Schmieröle<br />
Schmier le
Einteilung der Schmieröle<br />
Schmier le<br />
Es gibt 2 grundlegende Einteilungen!!!<br />
1.) nach der Herstellung<br />
2.) nach der kinematischen Viskosität<br />
Viskosit
Paraffine (geradkettig)<br />
Aromat (ringförmig)<br />
Schmieröle<br />
Schmier le<br />
Naphten (ringförmig)
�� Vorteile:<br />
Synthetische Öle le<br />
-größerer Temperatureinsatzbereich<br />
-bessere Alterungsbeständigkeit(3-5 mal<br />
längere Lebensdauer<br />
-höherer Flammpunkt (z.B. wichtig bei<br />
Gasturbinen und Kompressoren)<br />
-Möglichkeit der Einstellung der Reibungszahl<br />
(0,7-2x Mineralöl-Reibungszahl)
Nachteile:<br />
Synthetische Öle le<br />
-stärkere hygroskopische Wirkung (ziehen<br />
Wasser an)<br />
-ungünstigeres hydrolytisches Verhalten<br />
(Zersetzung bei Wasserzusatz)<br />
-die Gefahr chemischer Reaktionen mit<br />
Dichtungen, Buntmetallen und Lacken bzw.<br />
von Korrosion<br />
-nur eingeschränkte oder keine Mischbarkeit<br />
mit Mineralölen<br />
-stärkeres toxisches Verhalten, häufig<br />
deutlich teurer
nach der kinematischen Viskosität:<br />
SAE-Klassen<br />
SAE Klassen<br />
RM: Bild 4-14
Einteilung der Schmieröle<br />
Schmier le<br />
�� nach dem Anwendungsgebiet:<br />
-Maschinenschmieröle<br />
-Zylinderöle<br />
-Turbinenöle<br />
-Motorenöle<br />
-Getriebeöle*<br />
-Kompressorenöle<br />
-Umlauföle<br />
-Hydrauliköle<br />
-Isolieröle<br />
-Wärmeträgeröle<br />
-Prozessöle<br />
-Metallbearbeitungsöle/Kühlschmierstoffe<br />
-Korrosionsschutzmittel<br />
-Textil- und Textilmaschinenöle<br />
*Eine Klassifikation für Kfz-Getriebeöle findet Ihr im Roloff/Matek Bild 4-15.
Schmierfette<br />
�� Schmierfette setzen sich aus folgenden 3<br />
Anteilen zusammen:<br />
Grundöl<br />
�� -Grund<br />
�� -Eindicker Eindicker<br />
�� -Additiven Additiven<br />
�� Die Art und Konzentration der drei<br />
Grundkomponenten bestimmen die<br />
Eigenschaften des Schmierfetts.
�� Vorteile<br />
Schmierfette<br />
Vorteile von Schmierfetten: geringe<br />
Mengen reichen aus, eine aufwendige<br />
Abdichtung entfällt entf llt<br />
Nachteile von Schmierfetten: schlechte<br />
bzw. gar keine Abführung Abf hrung von Wärme W rme und<br />
Verschleißpartikeln Verschlei partikeln aus dem Kontakt<br />
�� Nachteile
Sonstige Schmierstoffe<br />
�� -Festschmierstoffe<br />
Festschmierstoffe<br />
�� -Schmierpasten<br />
Schmierpasten<br />
�� -Gleitlacke Gleitlacke<br />
�� -Schmierwachse<br />
Schmierwachse
Schmierungsarten<br />
-manuelle manuelle Schmierstoffversorgung<br />
-halbautomatische halbautomatische Schmierstoffversorgung<br />
-automatische automatische Schmierstoffversorgung
Schmierungsarten<br />
Bei der Versorgung einer großen gro en Anzahl<br />
von Schmierstellen ist eine wirtschaftliche<br />
Lösung sung nur durch Zentralschmieranlagen<br />
zu erreichen. Darunter fallen:<br />
-Einleitungsanlagen<br />
Einleitungsanlagen<br />
-Zweileitungsanlagen<br />
Zweileitungsanlagen<br />
-Mehrleitungsanlagen<br />
Mehrleitungsanlagen<br />
-Progressivanlagen<br />
Progressivanlagen
Schäden Sch den an Maschinenelementen<br />
�� Die Schäden Sch den sind in Wiki ausführlich ausf hrlich<br />
dokumentiert…<br />
dokumentiert
Formeln:<br />
�� Allg.: Reibung ist eine Kraft, die der Bewegung<br />
eines Körpers K rpers auf einer Unterlage Widerstand<br />
entgegensetzt. Die Größ Größe<br />
e der Reibungskraft F R<br />
ist abhängig abh ngig von:<br />
�� 1.) Normalkraft F N des zu bewegenden Körpers. K rpers.<br />
�� 2.) Oberflächenqualit<br />
Oberfl chenqualität t der Berührungsfl<br />
Ber hrungsflächen chen<br />
�� 3.) Werkstoffpaarung an den Berührungsfl<br />
Ber hrungsflächen chen<br />
�� 4.) Schmiermittelzugabe an den Berührungsfl<br />
Ber hrungsflächen chen<br />
�� Hierzu wurde durch Versuche die Reibungszahl µ ermittelt.<br />
�� !!!Die Größ Größe<br />
e der Reibungskraft hängt h ngt nicht von der Größ Größe<br />
e der<br />
Berührungsfl<br />
Ber hrungsflächen chen ab!!! ab!!!
Formeln:<br />
Berechnung der Reibungskraft:<br />
�� FR = Reibungskraft<br />
F = R = µ * F N<br />
�� µ = Reibungszahl (TB Europa S. 41)<br />
�� FN = Normalkraft ( wirkt die Gewichtskraft senkrecht auf die Reibfläche, Reibf che, gilt<br />
FG = F N )
Formeln:<br />
Berechnung des Reibmomentes:<br />
�� FR = Reibungskraft<br />
�� MR = Reibmoment<br />
�� d = Durchmesser (Körper) (K rper)<br />
M = R = F * R * d/2
Formeln:<br />
Berechnung der Rollreibzahl:<br />
µ = f/r<br />
�� f = Rollreibzahl<br />
µ = Reibungszahl (TB Europa S. 41)<br />
r = Radius des Rollkörpers<br />
Rollk rpers
Formeln:<br />
Berechnung der Reibungskraft bei<br />
Rollreibung:<br />
�� FR = Reibungskraft<br />
�� f = Rollreibungszahl<br />
�� FN = Normalkraft<br />
�� r = Radius des Rollkörpers<br />
Rollk rpers<br />
F = R = (f ( f * F N)/r )/r
Berechnungen<br />
�� Bitte löst l st das Aufgabenblatt!
�� RM: Bild 4-6 4<br />
Hertz´sche Hertz sche Pressung<br />
�� Linienberührung<br />
Linienber hrung �� Punktberührung<br />
Punktber hrung
Formeln:<br />
�� Punktberührung Punktber hrung Kugel - Kugel<br />
�� Für r den einfachen Berührungsfall<br />
Ber hrungsfall<br />
Kugel - Kugel (oder Ebene) gilt:<br />
�� r1,2 -- Kugelradien Kugel 1, Kugel 2; Sonderfall<br />
Ebene: und damit r = r1
Formeln:<br />
�� Linienberührung Linienber hrung Zylinder - Zylinder<br />
�� Für r den einfachen Berührungsfall<br />
Ber hrungsfall<br />
Zylinder - Zylinder (oder Ebene) gilt:<br />
�� ν -- Poissonzahl (auch: Querkontraktionszahl) (Bei 2 verschiedenen Reaktionspartnern Reaktionspartnern<br />
wird gemittelt)<br />
�� E1,2 -- Elastizitätsmodul Elastizit tsmodul der Werkstoffe Körper K rper 1, Körper K rper 2<br />
�� l -- Berührungsl<br />
Ber hrungslänge nge der Zylinder<br />
�� F -- als Linienlast über ber die Berührungsl<br />
Ber hrungslänge nge wirkende Kraft<br />
�� r1,2 -- Zylinderradien Zylinder 1, Zylinder 2; Sonderfall Ebene: und damit r = r1
Berechnungen<br />
�� 1.Aufgabe zur Hertz´schen Hertz schen Pressung:<br />
�� Flächenpressung Fl chenpressung bei Zahnrädern<br />
Zahnr dern<br />
�� Ein Tram übertr berträgt gt seine Gewichtskraft gleichmäß gleichmäßig<br />
ig<br />
verteilt über ber alle Räder R der auf die Schienen. Die<br />
Flächenpressung Fl chenpressung ist dabei weit unterhalb kritischer<br />
Werte.<br />
�� Berechnen Sie die Hertzsche Pressung zwischen Rad<br />
und Schiene:
Gegeben: Material Rad: Stahl 41CrMo4<br />
Berechnungen<br />
Material Schiene: Stahl C35E+A<br />
Gewicht des Trams voll beladen: FG =380 000 N<br />
Anzahl Räder: 12
Ende:<br />
Vielen Dank für f r Eure Aufmerksamkeit!!<br />
(Lösungen (L sungen werden ausgeteilt!)
Berechnungen<br />
�� 2.Aufgabe zur Hertz´schen Hertz schen Pressung:<br />
�� Flächenpressung Fl chenpressung bei Zahnrädern<br />
Zahnr dern<br />
�� Ein Zahnradgetriebe, bestehend aus einem kleineren<br />
Antriebsrad und einem größ größeren<br />
eren Abtriebsrad, wird mit<br />
einem Antriebsmoment belastet.<br />
�� Berechnen Sie die Hertzsche Pressung zwischen den<br />
belasteten Zähnen: Z hnen:
Berechnungen<br />
Gegeben: Material Zahnrad 1: Stahl 16 MnCr5<br />
Material Zahnrad 2: Alu EN AW-7022
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