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Was ist das Stribeck-Diagramm?
- Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten im geschmierten System von Gleitgeschwindigkeit v, Viskosität des Schmierstoffs (n mit langem strich), Pressung/Belastung im Gleitlager
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Abhängigkeit der Übergangsgeschwindigkeit vü von der Prüflast F
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Welche Verschleißmechanismen gibt es?
- Oberflächenzerüttung
- Abrasion
- Adhäsion
- Tribochemische Reaktionen
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Was ist die Adhäsion?
Welche Verschleißerscheinungsformen?
- Ausbildung von Grenzflächen-Haftverbindungen im Kontaktbereich (z.B. Kaltverschweißung)
- Trennung durch die Relativbewegung
- Verschleißerscheinungsformen:
- Fresser, Löcher, Kuppen, Schuppen, Materialübertrag
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Welche Ursachen hat die Adhäsion?
- atomare bzw. molekulare Wechselwirkung
- chemische Bindungen
- Haupt-und Nebenvalenzbindungen
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Wovon ist die Adhäsionsneigung abhängig?
- Oberflächenmikrostruktur
- Härte
- Formänderungsvermögen
- Grenzflächendichte freier Elektronen
- Typisch für Metallpaarungen
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Was ist die Oberflächenzerrüttung?
Verschleißerscheinungsformen?
- Ermüdung und Rissbildung in Oberflächenbereichen durch tribologische Wechselbeanspruchung, die zu Materialtrennungen führen
- Verschleißerscheinungsformen:
- Risse, Grübchen
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Ursachen für Oberflächenzerrüttung?
- ähnlich der Ermüdung von Massivmaterial (Volumenermüdung)
- wiederholte Beanspruchung
- belastungs-und zyklenabhängig
- häufig bei Hertz`schen Kontakten
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Entwicklungsperioden der Oberflächenzerrüttung
- Inkubationsperiode (Gefügeänderung, Eigenspannungsbildung)
- Entstehung und Entwicklung von Submikrorissen
- Rissausbreitung (Mikrorisse) bzw. –vereinigung
- Endgültiger Bruch (Ausbruch)
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Was ist die Abrasion?
Verschleißerscheinungsformen?
- Materialabtrag durch ritzende Beanspruchung (Mikrozerspanungsprozeß)
- Kratzer, Riefen, Mulden, Wellen
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Ursachen für Abrasion?
- Gegenkörper rauer bzw. härter
- Harte Partikel
- Mikropflügen
- Mikrospanen
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Abrasion abhängig von?
- Härte
- Kontaktkräfte
- Oberflächenstruktur
- Partikelgeometrie
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Abrasion in Abhängigkeit vom Angriffswinkel
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Abrasion in Anhängigkeit von der Härte des Abrasivstoffes
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Was sind Tribochemische Reaktionen?
Verschleißerscheinungsformen?
- Entstehung von Reaktionsprodukten durch die Wirkung von tribologischer Beanspruchung bei chemischer Reaktion von Grundkörper, Gegenkörper und angrenzendem Medium
- Verschleißerscheinungsformen:
- Partikel, Schichtbildung
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Was können die Reaktionsprodukte bewirken?
- Geänderte Eigenschaften von Reaktionsprodukten z.B.: tribochemisch gebildete Oxidschichten
- Geänderte Eigenschaften der äußeren Grenzschicht können sich sowohl positiv als auch negativ auswirken
- Negativ: harte Oxide auf einem weichen Metall wie z. B. Al2O3auf Al erhöhen den Verschleiß, wenn die Oxidschichten abplatzen und anschließend abrasiv wirken
- Positiv: Oxide mit geringer Scherfestigkeit auf einem harten Substrat wirken sich wiederum reibungs-und verschleißminderndaus.
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Auswirkung der Härte auf die Verschleißmechanismen?
- Adhäsion:
- Bereich plastischer Verformung/ Deformation geringer. Bei weichen Werkstoffen werden größere Volumina erfasst.
- Oberflächenzerrüttung:
- Verringerung der kritischen Deformationen durch höhere zulässige Werkstoffanstrengung (Härte, Streckgrenze).
- Abrasion:
- Das Eindringen der Kontaktpartner wird verringert. Dadurch werden bei Relativbewegung kleinere Furchen erzeugt.
- Tribochemische Reaktion:
- Durch Verminderung der realen Kontaktfläche verkleinert sich der Reaktionsbereich.Tribochemisch gebildete Oxide (z.B.: Fe3O4mit 400 HV) sind weicher als angrenzende Kontaktfläche. (Diese Oxide wirken dann nicht abrasiv).
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Maßnahmen zur Verschleißminderung bei Adhäsion?
- Schmierung
- Vermeidung von Überbeanspruchung, durch welchen der Schmierfilm, die Absorptions-und Reaktionsschichten durchbrochen werden;
- Bei Festkörperreibung:
- Vermeidung der Paarungen Metall/Metall; statt dessen Kunststoff/Metall, Keramik/Metall, Kunststoff/Kunststoff, Keramik/Keramik, Kunststoff/Keramik;
- Bei metallischen Paarungen:
- keine kfz-Metalle,
- sondern krz und hex Metalle;
- Werkstoff mit heterogenem Gefüge
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Maßnahmen zur Verschleißminderung bei Oberflächenzerrüttung?
- Werkstoff mit hoher Härte und hoher Zähigkeit (Kompromiss)
- Homogene, feinkörnige und verunreinigungsfreie Werkstoffe (z. B. Wälzlagerstähle)
- Druckeigenspannungen in den Oberflächenzonen, z. B. durch induktives Randschichthärten, Kaltverfestigen, Aufkohlen oder Nitrieren
- Vermeidung von Verunreinigungen
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Vermeidung von Schwingungsverschleiß?
- Keine Relativbewegung
- -Konstruktiv
- -Erhöhung der Pressung z.B. durch Schrumpfen oder durch Rillen
- Trennung der Werkstoffe
- -Fett mit Zusätzen (MoS2, Teflon…)
- -Schichten: z.B.: Phosphatieren, Nitrieren, Verchromen, Verkupfern
- Werkstoffe
- -GGL anstelle Stahl
- -Hart besser als weich
- -Glatt besser als rau
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Maßnahmen zur Verschleißminderung bei Abrasion?
- Härte des beanspruchten Werkstoffs mindestens um den Faktor 1,3 größer als die Härte des Gegenkörpers
- Harte Phasen, z.B. Carbide in zäher Matrix
- Wenn das angreifende Material härter als der Werkstoff ist: zäher Werkstoff
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Maßnahmen zur Verschleißminderung bei Tribochemischer Reaktion?
- Keine Metalle, höchstens Edelmetalle, statt dessen Kunststoffe und keramische Werkstoffe
- Formschlüssige anstelle von kraftschlüssigen Verbindungen
- Zwischenstoffe und Umgebungsmedium ohne oxidierende Bestandteile
- Hydrodynamische Schmierung
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Aufgaben der Schmierstoffe?
- Trennen der Kontaktpartner
- Verbesserung der Wärmeabfuhr (Kühlung)
- Gewährleistung des Korrosionsschutzes
- Schutz gegen von außen eindringende Verunreinigungen
- Schwingungsdämpfung
- Minderung des Verschleißes mit seinen schädigenden Auswirkungen
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Wie lassen sich die Schmierstoffe einteilen und welche sind die wichtigsten?
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Prinzip und Aufbau von Festschmierstoffen?
- Lamellenstruktur:
- Durch die Lamellenstruktur der Festschmierstoffe werden aufeinander gleitende Oberflächen getrennt.
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Werkstoffliche Maßnahmen zum Verschleißschutz
- Auswahl des Grundwerkstoffes:
- Geringe Adhäsionsneigung
- hohe Härte (Abrasion)
- hohe Zähigkeit (Oberflächenzerrüttung)
- Randschichtbehandlung zur Erhöhung der Härte des Grundwerkstoffes
- Kaltverfestigen, Härten, Nitrieren, Borieren, Vanadieren, Implantieren, Oxidieren,
- Randschichtumschmelzen
- Erhöhung der Härte und Verringerung der Reibung durch Beschichtung des Grundwerkstoffes
- Auftragsschweißen, Verbundguss, galvanische Schichten, PVD-und CVD-Schichten
- Konstruktive Lösungen für „Schichten“
- Aufschrauben, Aufkleben, Auflöten
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