Table Of ContentDokumentation
zum Forschungs- und Entwicklungsprogramm
des Bundesministeriums fUr Forschung und Technologie
(BMFT)
TRIBOLOGIE
Reibung . VerschleiB . Schmierung
Band 12
AbrasiwerschleiB, Mischreibung, Betriebsverhalten von
Reibungssystemen, Oberflachenbehandlung
Herausgeber:
Projektleitung Material- und Rohstofforschung des BMFT
bei der KFA, Julich
Wissenschaftliche Leitung und Redaktion:
H. Haag, R. Gunther
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo 1988
Dr. rer. nat. Reinhard Gunther
Projektbevollmachtigter in der Projektleitung Material-und Rohstofforschung der
Kernforschungsanlage JOlich GmbH
Dipl.-Ing. Hermann Haag
Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Projektleitung Material- und Rohstofforschung der
Kernforschungsanlage JOlich GmbH
Mit 340 Abbildungen und 30 Tabellen
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Trib%gie: Reibung, VerschleiB, Schmierung; Dokumentation zu dem Forschungs-und
Entwicklungsprogramm des Bundesministeriums fUr Forschung und Technologie (BMFT) Hrsg.:
Projektleitung Mat!lrial-und Rohstofforschung des BMFT bei der KFA, Julich. Wissenschaftliche Leitung
und Redaktion: H. Haag ... -Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer
NE: Haag, Hermann (Red.); Kernforschungsanlage JOIich GmbH, Projektleitung Material- und
Rohstofforschung
Band 12: AbrasiwerschleiB, Mischreibung, Betriebsverhalten von Reibungssystemen,
Oberfliichenbehandlung
ISBN-13: 978-3-540-50099-5 e-ISBN-13: 978-3-642-83558-2
001: 10 .1007/978-3-642-83558-2
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Munchen, wahrgenommen.
© Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 1988
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ohne besondere Kennzeichnung nicht zur Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen
und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wiiren und daher von jedermann benutzt
werden durfen.
VORWORT Z U M 12. BAND
Uberall dort, wo siCh OberfUichen aufeinander bev.regen, tritt Reibung auf.
Unter ungUnstigen Bedingungen bev.rirkt die Reibung erhebliChe VerschleiB
und Energieverluste. Bei MasChinen und technischen Anlagen filhren Rei
btmg und VerschleiB zur Minderung der Lebensdauer des Wirkungsgrades
I
und der SiCherheit. Reibungsbedingter Energieaufwand, Instandi1.altung,
Ersatzteilbedarf und Ausfallzeiten verursaChen betrachtlidhe Verluste
an wertvollen Rohstoffen und Energie sCMie eine Belastung der Utwelt.
FUr die Bundesrepublik DeutsChland werden die jahrlich durch Reibung
und VerschleiB direkt anfallenden !<Osten auf ca. 39 Milliarden [M bezif
fert.
Die internationale KOrikurrenzsituation der deutschen Industrie erfordert
HasChinenanlagen mit groBeren Leistungsdidhten, erhooten Bauteilaus
lastungen und verbesserten Wirkungsgraden. Hit dieser Entwicklung wachsen
aber auCh die durch Reibung und VerschleiB bedingten SChwierigkeiten er
hebliCh an.
Aus diesen Erkenntnissen erwadhst die Forderung naCh groBen Anstrengun
gen, urn mit den Problemen der Reibung und des VerschleiBes fertig zu
werden. Das systematisdhe Zusammenwirken mehrerer Wissensgebiete in
dem interdisziplinaren Fach "Trioologie" liefert hierzu einen beachtli
chen Beitrag.
Nadh einer entspreChenden Analyse der Situation beschloB der BMFT 1977 eine
sChwerpuriktmaBige Forderung der Trioologie ~eren Betreuung der DFVLR, KOln
libertragen wurde. Die Forderung begann 1978 und konnte 181 Einzelvorhaben
mit einem BMFT-Anteil von ca. 49 Mio. [M bei einem Gesamtaufwand von ca.
102 Mio. [M unterstlitzen.
Diese Trioologie-Forderung von liberwiegend Einzelvorhaben in der bisheri
gen FOnTI endete im Mai 1985 mit der 3. offentlichen Prasentation der For
schungsergebnisse. Aufbauend auf den positiven Erfahrungen entschloB sich
der BMFT zur Fortftihrung der Forderung, in der trioologische Schwerpurikt
thenen in Verbundprojekten behandelt werden. Eine iibersicht i.lOer die bis
herige Forderung und ihre Fortfilhrung gibt die "1. Fortschreibung der Stu
die Tribologie".
Nach Meinung von Fachleuten kOnnen rund 50 % der durch Reibu.ng und Ver
schleiB verursachten Verluste durch die intensive Nutzung bekannter tri
bologischer Erkenntnisse eingespart werden.
1m Kampf gegen Reibungs- und VerschleiBverluste mUssen deshalb der For
schung und Entwicklung in der Tribologie die KOrrmunikation, Infornation
und Innovation konsequent folgen, urn eine mOglichst gute Breitenwirkung
dieser Forderung zu erreichen.
Diesem Ziel dienten und dienen drei Aktivitaten der Projekttragerschaft:
- Die Durchflihrung von offentlichen Prasentationen, bei denen 1981, 1983,
1985 und 1988 tiber die erarbeiteten Ergebnisse berichtet und disku
tiert wurde.
die Dokumentation der SchluBberichte der geforderten Vorhaben in dieser
Buchreihe
- die UnterstUtzung der Tribologie-Beratungs-Gesellschaft bei der Einrich
tung einer Tribologie-Beratungs-Stelle im Technologie-Zentrum Dortmund.
Seit November 1985 wird die Projekttragerschaft fUr den Forderhereich
"Tribologie" von der Projektleitung Material- und Rohstofforschung der
Kernforschungsanlage JUlich GmbH wahrgenommen.
JUlich, im, September 1988 ,H. Haag, R. GUnther
I N HAL T S V E R Z E I C H N I S
G. Kampschulte, M. Schlatter, P. Willems 11
VerschleiBminderung an Schleuderradern durch konstruktive
und werkstofftechnische MaBnahmen und Erprobung im Feld
versuch
(FE-Vorhaben 03 1 ZT 212, Fraunhofer-Institut fUr Produk
tionstechnik und Automatisierung, Stuttgart)
O. Deutscher, M. Laude 49
VerschleiBminderung beim Fordern abrasiver Schiittgiiter in
der Mollervorbereitung
(FE-Vorhaben 01 ZT 372, Betriebsforschungsinstitut,
DUsseldorf)
H. Berns, A. Fischer 89
Entwicklung hochverschleiBfester AuftragsschweiBlegierun-
gen
(FE-Vorhaben 01 ZT 152 X, RU Bochum)
J. Fohl, K. Gehr, H. Horn, E. Saumweber, K. Sommer 161
Untersuchungen und Weiterentwicklung des tribologischen
Systems Bremsscheibe/Belag fUr HochgeschwindigkeitszUge
(FE-Vorhaben 01 ZT 322, Knorr-Bremse AG, MUnchen
FE-Vorhaben 01 ZT 332, MPA, Stuttgart)
H. Krause, P. Neumann 223
Untersuchung der BetriebseinflUsse auf die Standzeit von
Drahtseilen in HUttenwerkskrananlagen
(FE-Vorhaben 01 ZT 548 S, RWTH Aachen
FE-Vorhaben 01 ZT 558 S, Hoesch HUttenwerke AG)
C. Hammel, H. Krause 273
VerschleiBverhal ten hochbeanspruchter Iverkstoffpaarungen
bei unterschied1ichen Schmierungsbedingungen ~m Mischrei
bungsgebiet
(FE-Vorhaben 01 ZT 202, RWTH Aachen)
W. Coenen, H. Peeken, H.-G. StUber 325
Untersuchung des Einflusses der Schmierung auf das Ver
schleiBverhalten von Rollenketten
(FE-Vorhaben 01 ZT 162, RWTH Aachen)
H. Ferchl, A. Konrad, P. Oster, H. Pflaum, H. Winter 403
Reibungs- und Versch1eiBverhalten von Synchronisations
einrichtungen in KFZ-Scha1tgetrieben
(FE-Vorhaben Ql ZT 269, Daimler-Benz AG
FE-Vorhaben 01 ZT 049, 01 ZT 302 A, TU MUnchen)
P. Ballhause, U. Konig, Ch. Weist, H. Westheide, 463
G. K. Wolf
VerschleiBverhalten von Werkzeugen aus Stahl und Hartme
tall nach Ionenimplantation
(FE-Vorhaben 01 ZT 211, Uni Heidelberg
FE-Vorhaben 03 T 0002 C, Uni Stuttgart
FE-Vorhaben 03 T 0002 D, Krupp Widia GmbH, Essen)
W. Amende 491
Untersuchungen zu rasch erstarrten Oberflachenschichten
zur Verbesserung von tribologischen Eigenschaften
(FE-Vorhaben 01 ZT 261, MAN Neue Technologie, MUnchen
P. Mayr, H.-R. Stock 539
Untersuchung der Gebrauchseigenschaften von Stahlbautei-
len, die mit Titanoxicarbonitrid mittels Plasma-CVD-Technik
bei Ternperaturen unter 550°C beschichtet wurden.
(FE-Vorhaben 03 ZT 014 und 03 T 0010, Stiftung Institut fUr
Werkstofftechnik, Bremen)
A. Droese, W. Konig 583
Untersuchung der VerschleiBmechanismen an hartstoffbe
schichteten Bohrwerkzeugen aus Schnellarbeitstahl
(FE-Vorhaben 01 ZT l72 X, RWTH Aachen)
J. Ebberink, B. Kerschl 669
Untersuchung der VerschleiBmechanismen an hartstoffbe
schichteten Schmeidwerkzeugen aus Schnellarbeitstahl
(F~-Vorhaben 01 ZT 182 X, G. GUhring)
Autorenverzeichnis
Deskriptorenliste zu Band 1 - 12 711
Deskriptorenliste zu Band 1 - 12 (alphabetisch) 723
Liste der Vorhaben (Faltblatt) 731
VerschleiBminderung an Schleuderradern durch konstruktive
und werkstofftechnische MaBnahmen und Erprobung
im Feldversuch
von
Dr. rer. nat. G. Kampschulte
Dr.-Ing. M. Schlatter
P. Willems
Fraunhofer-Institut fUr
prodpktionstechnik und Automatisierung (IPA)
Abteilung Fertigungsverfahren
Stuttgart
Forderkennzeichen: 01 ZT 212
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ZUSAMMENFASSUNG
Urn die Lebensdauer der Wurfschaufeln in Schleuderrad-Strahl
anlagen zu erh6hen, wurden Versuche d urchge flihrt, zum e i
nen mit Schaufeln aus unterschiedlichen Werkstoffen und zum
andern mit solchen, die eine, von der liblichen Plattenform
abweichende Gestalt haben. Speziell zu diesem Teil wurde
auch eine mathematische Behandlung des Bewegungsverhaltens
der Strahlmittelpartikel wahrend des Passierens der Schaufel
durchgeflihrt.
Es zeigte sich, daB die Formgebung einen EinfluB auf die
Abwurfgeschwindigkeit der Partikel und den VerschleiB der
Schaufeln hat; allerdings sind die Tendenzen gegenlaufig, so
daB dieser Weg nach den vorliegenden Erkenntnissen als nicht
erfolgversprechend angesehen werden muB.
Positiv beurteilt werden die Versuche, bei denen Schaufeln
aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt wurden. Hart
guBlegierungen zeigten sowohl beim Durchsatz von reinem
Strahlmittel, als auch nach Zugabe von 3 % GieBereisand ein
sehr differenziertes VerschleiBverhalten. Eigentlimlicher
weise war diese Charakteristik an den in der Industrie ein
gesetzten Wurfschaufeln, bei denen sicherlich auch einige
Prozent Sand als Verunreinigung mit im Strahlmittel umlau
fen, nicht festzustellen. Die Unterschiede im Volumenver
lust waren sehr klein und standen bezliglich der Reihenfolge
auch nicht im Einklang mit den bei reinem Strahlmittel ge
wonnenen Ergebnissen. Als sehr verschleiBfest erwiesen sich
Schaufeln mit einer AuftragsschweiBung aus Duranit M18.
unter allen Bedingungen verhielten sich die mit dem Hartme
tallbelag versehenen Platten eindeutig am besten: Auch bei
Verunreinigung des Strahlmittels mit GieBereisand war nahezu
kein VersdhleiB festzustellen. Allerdings sollte die Dukti
litat des Hartmetalls auf den Anwendungsfall abgestimmt
se in.
12
INHALT
1 Einleitung 14
2 Z iel se tz ung 15
3 Anlagenbeschreibung - Versuchsaufbau - Kenndaten 16
4 Vorversuche 18
4. 1 Versuche zum Nachweis der Partikelsprlinge 18
4.2 Partikelgeschwindigkeit und -verteilung 20
4.3 Bestimmung der durchgesetzten Strahlmittelmenge 21
4.4 VerschleiB-Anstrahlwinkel (V-A)-Diagramme 22
5 VerschleiBversuche an der Strahl anlage - Ergebnisse 24
5.1 Versuchsreihen A und B (Schaufeln aus HartguB) 24
5.2 Versuchsreihe C (Nichteisen-Werkstoffe) 27
5.3 Versuchsreihe D (Duranit M18 und Hartmetall) 28
5.4 Versuchsreihe E (unterschiedliche Schaufelformen) 30
5.5 Versuchsreihe F (Strahlmittel plus 3% GieBereisand) 32
5.6 Schaufeln im industriellen Einsatz 33
6 Berechnungen 34
6. 1 Berechnung der Partikelgeschwindigkeit 37
6.2 Berechnung des VerschleiBes 40
6.3 Diskussion der Rechnerergebnisse 42
7 SchluBbetrachtung 47
8 Schrifttum 48
13
