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Diplomarbeit aus dem Jahr 2007 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,6, Technische Universität Ilmenau (Maschinenbau, Werkstofftechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Am Institut für Werkstofftechnik der Technischen Universität Ilmenau werden derzeit Untersuchungen zur Optimierung der Reibung von Werkstoffen gegen Eis durchgeführt. Als Optimierung wird hierbei die Verringerung der Reibung betrachtet, welche vor allem für Schneidwerkzeuge in der Lebensmittelindustrie, Eisbrecher oder Kufen für Wintersportgeräte von großer Bedeutung ist. Eine Optimierung im Sinne der Erhöhung der Reibung, zum Beispiel für Winterreifen wird hier nicht betrachtet. Zu diesem Zweck wurde in Zusammenarbeit mit der Firma TETRA ein Tieftemperatur-Tribometer nach dem Stift-Scheibe-Prinzip gebaut. Die wesentlichen Merkmale sind der Durchmesser der feststehenden Eisscheibe von 1,2 m und das rotierende Messsystem, welches sowohl Messungen auf einer Kreisbahnals auch auf einer Spiralbahn ermöglicht. Mit dem Tieftemperatur-Tribometer können materialabhängige und materialunabhängige Einflussfaktoren auf das tribologische Verhalten verschiedener Werkstoffe auf Eis untersucht werden.
In dieser Diplomarbeit stehen die Abhängigkeiten der Reibungszahl von äußeren Einflussgrößen, wie Normalkraft, Eistemperatur und Gleitgeschwindigkeit im Vordergrund. Dabei sollen erstmals umfangreiche Messungen auf einer Spiralbahn und damit Bewegung auf einer unbenutzten Eisoberfläche weitere Einblicke in den Reibungsvorgang geben. Während des Reibungsprozess entsteht infolge des Schmelzens von Eis ein Wasserfilm an den Kontaktstellen zwischen Probe und Eis, welcher zu einen Schmierfilm führt der die Reibungszahl verändert. Da die Dicke des Wasserfilms noch nicht direkt gemessen werden kann, wurde ein Temperatur-Messsystem eingebaut. Damit sollen Abschätzungen der Wärmeströme in dem tribologischen System Probe / Eis möglich sein.
Des Weiteren soll begonnen, werden ein geeignetes FEM-Modell aufzubauen und mit den Experimenten zu vergleichen. Vordergründig geht es dabei um die Simulation der realen thermodynamischen Verhältnisse.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
VERZEICHNIS VON ABKÜRZUNGEN UND FORMELZEICHENVI
0.EINLEITUNG1
1.GRUNDLAGEN2
1.1STRUKTURMECHANISCHE UND THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON EIS2
1.1.1PHYSIK VON EIS2
1.1.2SCHMELZEN VON EIS6
1.1.2.1DRUCKSCHMELZEN7
1.1.2.2GRENZFLÄCHENSCHMELZEN8
1.1.2.3OBERFLÄCHENSCHMELZEN9
1.1.2.4REIBSCHMELZEN10
1.1.2.5QUASI FLÜSSIGER FILM11
1.2TRIBOLOGISCHE SYSTEME MIT EIS12
1.2.1TRIBOLOGIE ALLGEMEIN12
1.2.1.1REIBUNG13
1.2.1.2VERSCHLEIß15
1.2.1.3SCHMIERUNG15
1.2.2REIBUNG AUF EIS16
1.3WÄRMEÜBERTRAGUNG UND TEMPERATURMESSUNG18
1.3.1WÄRMEAUSBREITUNG18
1.3.1.1WÄRMELEITUNG19
1.3.1.2WÄRMEKONVEKTION20
1.3.1.3WÄRMESTRAHLUNG21
1.3.1.4WÄRMEÜBERTRAGUNG IM REIBSPALT21
1.3.2TEMPERATURMESSUNG25
1.3.2.1THERMOELEMENT25
1.3.2.2WIDERSTANDSTHERMOMETER26
1.3.2.3INFRAROTSENSOREN27
2.UNTERSUCHUNGEN ZUR REIBUNG AUF EIS29
2.1TRIBOMETER UND MESSSYSTEM29
2.2HERSTELLUNG UND PRÄPARATION DES EISES31
2.3AUSWAHL UND MODIFIZIERUNG DES PROBEKÖRPERS33
2.4VERSUCHSPLAN34
2.4.1BEMERKUNGEN ZUR REIBUNGSZAHL36
2.4.2BEMERKUNGEN ZUR TEMPERATURMESSUNG37
3.ERGEBNISSE UND DISKUSSION40
3.1REIBUNGSZAHL IN ABHÄNGIGKEIT DER NORMALKRAFT, GESCHWINDIGKEIT UND EISTEMPERATUR40
3.1.1ALLGEMEINES REIBUNGSVERHALTEN40
3.1.2BELASTUNGS- ODER GLEITGESCHWINDIGKEITSABHÄNGIGE
REIBUNGSZAHL41
3.1.3REPRODUZIERBARKEIT DER ERGEBNISSE44
3.1.4ABHÄNGIGKEIT DER REIBUNGSZAHL VON DER EISTEMPERATUR45
3.1.5REIBUNGSZAHL IN DEN KRITISCHEN BEREICHEN47
3.2TEMPERATURMESSUNG IM REIBSPALT49
3.2.1GESCH...
Am Institut für Werkstofftechnik der Technischen Universität Ilmenau werden derzeit Untersuchungen zur Optimierung der Reibung von Werkstoffen gegen Eis durchgeführt. Als Optimierung wird hierbei die Verringerung der Reibung betrachtet, welche vor allem für Schneidwerkzeuge in der Lebensmittelindustrie, Eisbrecher oder Kufen für Wintersportgeräte von großer Bedeutung ist. Eine Optimierung im Sinne der Erhöhung der Reibung, zum Beispiel für Winterreifen wird hier nicht betrachtet. Zu diesem Zweck wurde in Zusammenarbeit mit der Firma TETRA ein Tieftemperatur-Tribometer nach dem Stift-Scheibe-Prinzip gebaut. Die wesentlichen Merkmale sind der Durchmesser der feststehenden Eisscheibe von 1,2 m und das rotierende Messsystem, welches sowohl Messungen auf einer Kreisbahnals auch auf einer Spiralbahn ermöglicht. Mit dem Tieftemperatur-Tribometer können materialabhängige und materialunabhängige Einflussfaktoren auf das tribologische Verhalten verschiedener Werkstoffe auf Eis untersucht werden.
In dieser Diplomarbeit stehen die Abhängigkeiten der Reibungszahl von äußeren Einflussgrößen, wie Normalkraft, Eistemperatur und Gleitgeschwindigkeit im Vordergrund. Dabei sollen erstmals umfangreiche Messungen auf einer Spiralbahn und damit Bewegung auf einer unbenutzten Eisoberfläche weitere Einblicke in den Reibungsvorgang geben. Während des Reibungsprozess entsteht infolge des Schmelzens von Eis ein Wasserfilm an den Kontaktstellen zwischen Probe und Eis, welcher zu einen Schmierfilm führt der die Reibungszahl verändert. Da die Dicke des Wasserfilms noch nicht direkt gemessen werden kann, wurde ein Temperatur-Messsystem eingebaut. Damit sollen Abschätzungen der Wärmeströme in dem tribologischen System Probe / Eis möglich sein.
Des Weiteren soll begonnen, werden ein geeignetes FEM-Modell aufzubauen und mit den Experimenten zu vergleichen. Vordergründig geht es dabei um die Simulation der realen thermodynamischen Verhältnisse.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
VERZEICHNIS VON ABKÜRZUNGEN UND FORMELZEICHENVI
0.EINLEITUNG1
1.GRUNDLAGEN2
1.1STRUKTURMECHANISCHE UND THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON EIS2
1.1.1PHYSIK VON EIS2
1.1.2SCHMELZEN VON EIS6
1.1.2.1DRUCKSCHMELZEN7
1.1.2.2GRENZFLÄCHENSCHMELZEN8
1.1.2.3OBERFLÄCHENSCHMELZEN9
1.1.2.4REIBSCHMELZEN10
1.1.2.5QUASI FLÜSSIGER FILM11
1.2TRIBOLOGISCHE SYSTEME MIT EIS12
1.2.1TRIBOLOGIE ALLGEMEIN12
1.2.1.1REIBUNG13
1.2.1.2VERSCHLEIß15
1.2.1.3SCHMIERUNG15
1.2.2REIBUNG AUF EIS16
1.3WÄRMEÜBERTRAGUNG UND TEMPERATURMESSUNG18
1.3.1WÄRMEAUSBREITUNG18
1.3.1.1WÄRMELEITUNG19
1.3.1.2WÄRMEKONVEKTION20
1.3.1.3WÄRMESTRAHLUNG21
1.3.1.4WÄRMEÜBERTRAGUNG IM REIBSPALT21
1.3.2TEMPERATURMESSUNG25
1.3.2.1THERMOELEMENT25
1.3.2.2WIDERSTANDSTHERMOMETER26
1.3.2.3INFRAROTSENSOREN27
2.UNTERSUCHUNGEN ZUR REIBUNG AUF EIS29
2.1TRIBOMETER UND MESSSYSTEM29
2.2HERSTELLUNG UND PRÄPARATION DES EISES31
2.3AUSWAHL UND MODIFIZIERUNG DES PROBEKÖRPERS33
2.4VERSUCHSPLAN34
2.4.1BEMERKUNGEN ZUR REIBUNGSZAHL36
2.4.2BEMERKUNGEN ZUR TEMPERATURMESSUNG37
3.ERGEBNISSE UND DISKUSSION40
3.1REIBUNGSZAHL IN ABHÄNGIGKEIT DER NORMALKRAFT, GESCHWINDIGKEIT UND EISTEMPERATUR40
3.1.1ALLGEMEINES REIBUNGSVERHALTEN40
3.1.2BELASTUNGS- ODER GLEITGESCHWINDIGKEITSABHÄNGIGE
REIBUNGSZAHL41
3.1.3REPRODUZIERBARKEIT DER ERGEBNISSE44
3.1.4ABHÄNGIGKEIT DER REIBUNGSZAHL VON DER EISTEMPERATUR45
3.1.5REIBUNGSZAHL IN DEN KRITISCHEN BEREICHEN47
3.2TEMPERATURMESSUNG IM REIBSPALT49
3.2.1GESCH...