Abschätzung der Wärmeströme bei der Reibung von metallischen Werkstoffen auf Eis (PDF)

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 Kreisbahn als 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 [...]