Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik
E-Book, Deutsch, 757 Seiten, eBook
ISBN: 978-3-8348-9660-5
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Im stark anwendungsorientierten Teil werden tribotechnische Bauteile des Maschinenbaus und Werkzeuge der Fertigungstechnik behandelt. Der umfangreiche Anhang enthält Verschleißerscheinungsbilder, Reibungs- und Verschleißkennzahlen ausgewählter Systeme von Gleitpaarungen sowie Normen der Tribologie. In der aktuellen Auflage wurden Kapitel zur Tief- und Hochtemperaturtribologie, zu tribotechnischen Werkstoffen und zur Tribologie in der Produktionstechnik neu aufgenommen.
Prof. Dr.-Ing. Horst Czichos, ehem. Präsident der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin und Professor an der Beuth Hochschule für Technik, Berlin
Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Habig, ehem. Mitglied des Präsidiums der BAM, Berlin
Zielgruppe
Professional/practitioner
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;5
2;Vorwort der 1. Auflage;6
3;Inhaltsverzeichnis;7
4;1 Technik und Tribologic ;12
4.1;1.1 Dimensionen der Technik;12
4.2;1.2 Definition der Tribologie;13
4.3;1.3 Aufgaben und Bedeutung der Tribologie;15
4.3.1;Wissenschaft;15
4.3.2;Technik;16
4.3.3;Wirtschaft;17
5;2 Tribologische Systeme;19
5.1;2.1 Einführung in die system technische Methodik ;19
5.2;2.2 Funktion und Struktur tribologischer Systeme;20
5.3;2.3 Dimensionsbereiche tribologischer Systeme und Prozesse;23
5.3.1;2.3.1 Nanotribologic;24
5.3.2;2.3.2 Mikrotribologie;25
5.3.3;2.3.3 Makrotribologie;26
5.3.4;2.4 Method ik zu r Reibungs- und Verschleißanalyse;29
6;3 Tribologische Beanspruchung;30
6.1;3.1 Technische Oberflächen;30
6.1.1;3.1.1 Aufbau technischer Oberflächen;30
6.1.1.1;Chemische Zusammensetzung;31
6.1.1.2;Gcfüge;33
6.1.1.3;Härte;33
6.2;3.2 Kontaktvorgänge;39
6.2.1;3.2.1 Adhiision;40
6.2.1.1;Ionenbindung (heleropolare Bindung):;40
6.2.1.2;Atombindung (homöopolare oder kovalente Bindung):;41
6.2.1.3;Metallische Bindung:;42
6.2.1.4;Van-der-WaaIs-Bindung:;42
6.2.2;3.2.2 Kontaktgeometrie und Kontaktmechanik;46
6.2.2.1;Elastischer Kontakt: makroskopische Betrachtung;46
6.2.2.2;Elastischer Kontllkt: mikroskopische Betrachtung;49
6.2.2.3;Viskoelastischer Kontakt;51
6.2.2.4;Plllstischcr Kontakt;54
6.2.2.5;Kontaktmechanik mit Grenzfliichcnadhäsion;54
6.2.2.6;Elastischer Kontakt mit Tangentialbewegung;55
6.2.2.7;Plastischer Kontakt mit Tangentialbewegung;56
6.2.3;3.2.3 Werstoffanstregung;57
6.2.3.1;Werkstoffanstrengung bei Nonmlkraftbcanspruchung;58
6.2.3.2;Werkstoffanstrengung bei Normal- und Tangentialkraftbeanspruchung;59
6.2.3.3;Systcmeinflüsse auf die Werkstoffanstrengung;61
6.3;3.3 Mikro/Nano-Konta kte;64
6.3.1;Mikrokontakt und Mikroadhiision;64
6.3.2;Mikrokontakt und Mikrostrukturänderungen;68
6.4;3.4 Kinematik;70
6.4.1;3.4.1 Bewegungsarten und ßewcgungsablauf;70
6.4.2;3.4.2 Grenzfläc hendy n:lmik;73
6.4.3;3.4.3 Kontakt-Eing riffsverhältnis;76
6.5;3.5 Thermische Vorgänge;78
6.5.1;3.5.1 Temperaturen in Tribokontaktcn;79
6.5.2;3.5.2 Blitztemperaturhypothesen;83
6.5.2.1;Blitztemperaturcn bei Linienkontakt (Blok);83
6.5.2.2;Blitzlemperaturen bei Punktkontakt (Archard);84
6.5.3;3.5.3 Modellrechnungen von Reibtemperaturen;86
7;4 Reibung;92
7.1;4.1 Grundlagen und Übersicht;92
7.2;4.2 Reibungsmessgrößen;93
7.3;4.3 Reibungsmechanismen;95
7.3.1;4.3.1 Adhäsion;97
7.3.2;Einfluss des Formänderungsvermögens der Kontaktpartner;99
7.3.3;Einfluss der Elektronenstruktur;99
7.3.4;Einfluss von Obertlächcnschichten;102
7.3.5;Einfluss von Zwischenstoffen und Umgebungsmedien;102
7.3.6;4.3.2 Deformation;103
7.3.7;4.3.3 Furchung;105
7.3.8;4.3.4 Energiedissipation;106
7.3.8.1;Energieabsorption;106
7.3.8.2;Energieemission;107
7.4;4.4 Reibungsarten;110
7.4.1;4.4.1 Gleitreibung;111
7.4.1.1;Adhäsionskolllponente der Gleitreibung;112
7.4.1.2;Deformationskomponente der GIeitreibung;113
7.4.1.3;Furchungskomponente der Gleitreibung;113
7.4.2;4.4.2 Rollreibung;113
7.4.2.1;Mikroschlupfkomponente der Rollreibung;114
7.4.2.2;Adhäsionskomponente der Rollreibung;115
7.4.2.3;Deformationskomponente der Rollreibung;115
7.4.2.4;Hysterekomponenle der Rollreibung;116
7.4.3;4.4.3 Stick-slip-Vorgänge;116
7.5;4.5 Reibung und Wirkungsgrad;119
8;5 Verschleiß;124
8.1;5.1 Grundlagen und Übersicht;124
8.2;5.2 Verschleißmessgrößen;126
8.3;5.3 Verschleißmechanismen;128
8.3.1;5.3.1 Oberflächenzerrüttung;130
8.3.2;5.3.2 Abrasion;133
8.3.3;5.3.3 Adhäsion;136
8.3.4;5.3.4 Tribochemische Reaktionen;138
8.3.5;5.3.5 Materialdissipation;140
8.4;5.4 Verschleißarten;141
8.4.1;5.4.1 Glcitverschleiß;142
8.4.1.1;Mikrostrukturänderungen teehnischer Oberflächen unter Gleitverschleiß;143
8.4.1.2;Vcrschlcißpartikelbildung unter GIeiterschlciß;144
8.4.2;5.4.2 Wiilzvcrschleiß;145
8.4.3;5.4.3 Sloßvcrschleiß;147
8.4.4;5.4.4 Schwingungsverschleiß;148
8.4.5;5.4.5 Furchungsverschleiß;151
8.4.6;5.4.6 Strahlverschleiß;155
8.4.7;5.4.7 Erosion;157
8.4.7.1;Caserosion;157
8.4.7.2;Kavitationserosion;158
8.4.7.3;Tropfenschlagerosion;160
8.4.7.4;Flüssigkeitserosion;160
8.4.7.5;Erosionskorrosion;161
8.5;5.5 Verschleiß und Zuverlässigkeit;161
8.5.1;Theoretische Methoden zur Zuverlässigkeitsanalyse;161
8.5.2;ExponentiaIverteilung;164
8.5.3;Normalverteilung;164
8.5.4;Lognormalverteilung;165
8.5.5;Wcibull-Verteilung;165
8.5.6;Gamm-Verteilung;166
8.6;5.6 Maßnahmen zur Verschleißminderung;172
9;6 Schmierung;174
9.1;6.1 Hydrodynamische Schmierungstheorie;175
9.2;6.2 Elastohydrodynamische Schmierung;179
9.2.1;6.2.1 Elastohydrodynamik Hertzscher Kontakte;179
9.2.2;6.2.2 Elastohydrodynamische Gleitlagerung;181
9.3;6.3 Grenzreibung;185
9.3.1;Physisorption;185
9.3.2;Chemisorption;188
9.3.3;Tribochemische Reaktion;188
10;7 Tribokorrosion;193
10.1;7.1 Einfluss des Umgebungsmediums auftribologische Systeme;193
10.2;7.2 Definition und Mechanismen der Korrosion;194
10.3;7.3 Korrosionsarten;195
10.4;7.4 Tribokorrosion bei Gleitbeanspruchung;197
10.5;7.5 Erosionskorrosion;201
11;8 Tribologische Mess- und Prüftechnik;204
11.1;8.1 Aufgaben und Katego rien der tribologischen Prüf technik;204
11.2;8.2 Planung und Auswertung tribologischer Prüfungen;206
11.2.1;8.2.1 Versuchsplanung;207
11.2.2;8.2.2 Versuchsauswertung;210
11.2.2.1;Messunsicherheit und Messunsichcrheitsbudget;210
11.2.2.2;Grenzwert-Beurteilungen von Messwerten;213
11.2.2.3;Qualitätsmanagement im Mess- und Prüfwesen;214
11.3;8.3 Tribologische Laborprüftechnik;214
11.3.1;8.3.1 Prüfsysteme und Prüfmethodik;214
11.3.1.1;Prüfmethodik;216
11.3.1.1.1;Rechnerunterstützte tribologische Prüftechnik;218
11.3.1.1.2;Einfluss von Umgebungsatmosphäre und Luftfeuchte;219
11.3.2;8.3.2 Charakterisierung tribologisch beanspruchter Obcrnächen;220
11.3.2.1;Feinstrukturuntersuehungen;220
11.3.2.2;Abbildung von Oberflächen;221
11.3.2.3;Bestimmung von Rauheilsmessgrößen;222
11.3.2.4;Oberflächenanalytik;224
11.3.3;8.3.3 Mechanisme norientierte Prüftechnik;225
11.3.3.1;Untersuchung des Einflusses von Materialeigenschaften auf den Yerschleißwiderstand;225
11.3.3.2;Bewertung von Verschlcißschutschichten;228
11.3.4;8.3.4 Tribologische Ringversuche;229
11.4;8.4 Messtechnik der Mikro- und Nanoskala;233
11.4.1;8.4.1 Surface Force Apparatus (SFA);234
11.4.2;8.4.2 Rasler-Tunnel-Mikroskopie;235
11.4.2.1;Reibungsmessungen auf der Nanoskala;236
11.4.2.2;Kalibrierung;239
11.4.2.3;Modulierte Reibkraftmikroskopie;241
11.4.2.4;Reibungsminderung und stick-slip Eliminierung durch Normalkraftvibration im MLFM;244
11.4.3;8.4.3 Techniken im Raslcrkraftmikroskop (SFM, AFM);237
11.5;8.5 Tribologische Simulationsprüftechnik;247
11.5.1;8.5.1 Fallstudie Motortechnik: Tribosystcm Kolbenring/Zylinderlaufbahn;250
11.6;8.6 Tribologische Betriebsprüftechnik;252
11.7;8.7 Ergebnisdarstellung tribologischer Prüfungen;256
11.7.1;8.7.1 Zeitabhängigkeit von Reibung und Verschleiß;256
11.7.1.1;Reibungs-Zeit Diagramme;256
11.7.1.2;Verschleiß/Zeit-Diagramme;257
11.7.2;8.7.2 Abhängigkeiten von Beanspruchungskollektiv und Syslemstruklur;259
11.7.3;8.7.3 Tribologische Grcnzbcanspruchungs-Diagramme;259
11.7.4;8.7.4 Tribomaps;261
12;9 Tribotechnische Werkstoffe;264
12.1;9.1 Tribotechnische Werkstoffe im Maschinen- u.Anlagenbau;267
12.1.1;Transportsysteme für Schüttgüter;267
12.1.2;ßaggersysleme;268
12.1.3;Walzsysleme;268
12.2;9.2 Stähle;270
12.2.1;Gleitreibung und GIeitverschleiß;273
12.2.2;Einfluss von Materialeigenschaften;279
12.2.3;Einfluss von Schmierstoffen;282
12.2.4;Schwingungsverschleiß;287
12.2.5;Furchungsverschleiß;290
12.2.6;Wälzvcrschleiß;296
12.3;9.3 Eisen-Kohlenstoff-Gusswerkstoffe;300
12.3.1;Gleitreibung und -verschleiß;300
12.3.2;Furchungsvcrschlciß;309
12.3.3;Kerbverschleiß/MahIversehleiß;313
12.3.4;Wälzverschlciß;314
12.4;9.4 Hartlegierungen und Hartverbundwerkstoffe;317
12.5;9.6 Kupferlegierungen;330
12.5.1;Gleitreibung und Gleitverschleiß ohne Schmierung;330
12.5.2;Gleitreibung und ·verschleiß mit Schmerung;335
12.6;9.7 Aluminiumlegierungen;339
12.6.1;Gleitreibung und Gleitverschleiß;340
12.6.2;Schwingungsverschleiß;346
12.6.3;Furchungsvcrsehlciß;347
12.6.4;Beschichtungstechnologien;349
12.7;9.8 Titanlegierungen;351
12.8;9.9 Hartmetalle;354
12.8.1;Gleitverschleiß;358
12.8.2;Furchungsverschleiß;358
12.8.3;Strahlverschleiß;362
12.9;9.10 Ingenieurkeramische Werkstoffe;368
12.9.1;Gleitrcibung und -vcrschleiß;369
12.9.2;Furchungsverschleiß;382
12.9.3;Wälzverschleiß;385
12.9.4;Schwingungswrschlciß;387
12.10;9.11 Oberflächenschutzschichten;389
12.10.1;GIeitreibung und -verschleiß;399
12.10.2;Furchungsverschleiß;410
12.11;9.12 Polymere Werkstoffe;416
12.11.1;Polymer/Polymer;417
12.11.2;Polymer/Stahl;420
12.11.3;Gefütes Polymer/Stahl (und Keramik);428
13;10 Schmierstoffe;433
13.1;10.1 Schmieröle;433
13.2;10.2 Schmierfette;440
13.3;10.3 Festschmierstoffe;442
13.3.1;Verbindungen mit Schichtgitterstruktur;444
13.3.2;Oxide;446
13.3.3;Fluoride;447
13.3.4;Weiche Metalle;449
14;11 Tribologie von Konstruktionselementen;451
14.1;11.1 Lager;452
14.1.1;11.1.1 Gleitlager;454
14.1.1.1;Trockcngleitlager;467
14.1.2;11.1.2 Wälzlager;475
14.2;11.2 Zahnradpaarungen;489
14.3;11.3 Axiale Gleitringdichtungen;500
14.4;11.4 Kolbenring/Zylinderlaulbahn;508
14.5;11.5 Nocken/Nockenfolger;515
15;12 Mikromechanische Systeme - Magnetische Datenaufzeichnung;521
15.1;12.1 Prinzipien der magnetischen Datenspeicherung;521
15.2;12.2 Tribologie des Kopf-Band-Interfaces;523
15.3;12.3 Tribologie des Kopf-Platten-Interfaces;526
15.3.1;Rcynoldsglcichung;526
15.3.2;Festplattencharakteristik;527
15.3.3;Gleitreibung und Haftreibung ("stiction") im Kopf.Platten-lnterface;529
15.3.4;Laseraufrauung von Festplatten;530
15.3.5;Load-Unload-Teehnologie;531
15.3.6;Verschleiß;532
15.3.7;Schmierstoffe und Additive;533
16;13 Mikrotechnik und die Tribologie von MEMS;535
16.1;13.1 Funktion und Struktur von MEMS und MOEMS;535
16.2;13.2 Herstellungstechnologien für MEMS;536
16.3;13.3 Funktionalität und Skalierung von MEMS;538
16.3.1;13.3.1 Mikroscnsorcn;539
16.3.2;13.3.2 Mikroaktoren;540
16.4;13.4 T ribotechnik von MEMS;541
16.5;13.5 Tribomctric und Beanspruchungsanalyse von MEMS;544
16.6;13.6 Tribomaterialien für MEMS;547
16.7;13.7 Zuverlässigkeit von MEMS;551
17;14 Tribologie in der Produktionstechnik;554
17.1;14.1 Tribologische Systeme in Werkzeugmaschinen;555
17.1.1;14.1.1 Das Tribosystem der Fertigung;556
17.1.2;14.1.2 Tribologische Bewegungssysteme in Werkzeugmaschinen;556
17.2;14.2 Führungen und Lagerungen in Werkzeugmaschinen;558
17.3;14.3 Optimierung tribotechnischer Werkzeugmaschinenelemente;562
17.4;14.4 Tribologie der Zerspanungstechnik;564
17.4.1;14.4.1 Technologicn zur Verschleißminimierung an Werkzeugen;564
17.4.1.1;Physical Vapour Deposition (PVD);564
17.4.1.2;Chemical Vapour Deposition (CVD);565
17.4.2;14.4.2 Hartstoffschichten für Zerspanwerkzeuge;565
17.5;14.5 Triboinduzierte Innovationen in der Produktionstechnik;569
17.5.1;Hochgeschwindigkcitsfrä sen mit keramischen Werkzeugen;569
17.5.2;Oberniichenbearbeilung von hochharlen Schneidstoffen;570
17.5.3;Mikrowerkzeuge;571
17.5.4;Mikrostrukturierung von Spritzgusswerkze ugen für medizintechnische Stents;572
17.6;14.6 Verfügbarkeit von Produktionsanlagen und Instandhaltung;574
18;15 Tribologie von Werkzeugen;576
18.1;15.1 Zerspanwerkzeuge;576
18.2;15.2 Umformwerkzeuge;586
19;16 Vakuumtribologie;597
19.1;16.1 Tribosysteme in Vakuumumgebung;597
19.2;16.2 Bedingungen und Erfordernisse der Vakuumumgebung;598
19.3;16.3 Apparaturen für tribologische Untersuchungen im Vakuum;601
19.4;16.4 Werkstoffe für Tribosysteme im Vakuum;603
19.4.1;16.4.1 Beschichtungen, Festschmiersloffe;604
19.4.2;16.4.2 Flüssige Schmierstoffe, Fette;607
19.4.3;16.4.3 Polymere und Polymcr-Komposite;607
20;17 Tieftemperaturtribologie;610
20.1;17.1 Tribosysteme in der Kryotechnik;610
20.2;17.2 Tribologische Prüftechnik für Temperaturen unterhalb 120 K;611
20.2.1;Modellsysteme und Probengeometrie;611
20.2.2;Kühlsystem;611
20.2.3;Wärmeisolierung;612
20.2.4;Messtechnik;613
20.2.5;Tribometerausführungen;613
20.3;17.3 Werkstoffe für Tribosysteme bei tiefen Temperaturen;614
20.3.1;17.3.1 Melallische Werksloffe;614
20.3.2;17.3.2 Polymere und Polymer-Komposite;616
20.3.3;17.3.3 Festschmierstoffe;619
21;18 Hochtemperaturtribologie;622
21.1;18.1 Tribosysteme in der Hochtemperaturtechnik;622
21.2;18.2 Tribologischc Prüftechnik für Temperaturen oberhalb 400°e;624
21.3;18.3 Werkstoffe für Tribosysteme bei hohen Temperaturen;626
21.3.1;18.3.1 Melallische Werkstoffe;626
21.3.2;18.3.2 Ingenieurkeramiken;627
21.3.3;18.3.3 Hartmetalle;629
21.3.4;18.3.4 Triboaktive Werkstoffe;632
22;19 Methodik zur Bearbeitung von Reibungs- und Verschleißproblemen;635
22.1;19.1 Tribotechnische Werkstoffauswahl;635
22.1.1;19.1.1 Systemmethodik zur Werkstoffauswahl;635
22.1.2;19.1.2 Fallstudie: wartungsfreies Feinwerktechnik-Gleitlager;638
22.2;19.2 Tribotechnische Schadensanalyse;642
22.2.1;19.2.1 Fallstudie: Schadensa nalyse eines Kompressor-Dichtungssystems;643
22.2.2;19.2.2 Methodik der tribologischen Schadensanalyse;645
23;20 Atlas von Verschleißerscheinungsbildern;647
24;21 Reibungs- und Verschleißdaten;669
24.1;21.1 Methodische Grundlagen;669
24.1.1;Messtechnik in der Tribologie;671
24.2;21.2 Tribologische Datenbank für Reibungs- und Verschleißdaten ;672
25;22 Machinery Diagnostics;675
25.1;22.1 Failure Prevention Strategies;675
25.1.1;22.1.1 Root-Cause Analysis;676
25.1.2;22.1.2 Statistical Control;676
25.1.3;22.1.3 Reliability Engineering;677
25.1.4;22.1.4 Assel Maintenance;679
25.1.4.1;Failure·Based Maintcnance;680
25.1.4.2;Time-Bascd Maintcnance ;680
25.1.4.3;Rcliability·Ccntcred Maintcnance;680
25.1.4.4;Condition-Based Maintenance;681
25.1.5;22.1.5 Knowledge-Based Systems;681
25.2;22.2 Condition Monitoring;682
25.2.1;22.2.1 Vibration Monitoring;684
25.2.1.1;Signature Analysis;685
25.2.1.2;Shock Pulse Method;686
25.2.2;22.2.2 Oil Moniloring;686
25.2.2.1;Chemical and Physical Testing;686
25.2.2.2;Spectrography;687
25.2.2.3;Ferrography;687
25.2.2.4;Magnetie chip detectors;688
25.2.2.5;Particle Counting;688
25.2.2.6;Image Analysis;688
25.2.3;22.2.3 Corrosion Monitoring;689
25.2.3.1;Electrochemical Methods;689
25.2.3.2;Material Loss Methods;689
25.2.4;22.2.4 Thermal Monitoring;690
25.2.4.1;Contact Mcthods;690
25.2.4.2;Non-contact methods;691
25.2.5;22.2.5 Electrical Signature Amtlysis;692
25.3;22.3 Nondestructive Evaluation;692
25.3.1;22.3.1 Visual lnspection;692
25.3.2;22.3.2 Liquid Penetrant and Magnetic Particle Inspection;692
25.3.3;22.3.3 Eddy Currcnt Inspection;693
25.3.4;22.3.4 Radiography;693
25.3.5;22.3.5 Acoustic Emission and Ultrasonic Dclcction Inspection;694
25.4;22.4 Tribo-system Applications;695
25.4.1;22.4.1 Bearings ;695
25.4.2;22.4.2 Gears;698
25.4.3;22.4.3 Seals;699
25.4.4;22.4.4 Lubricants;699
25.4.5;22.4.5 Hydraulic Systems;701
25.4.5.1;Concluding remark;702
26;Anhang;703
26.1;Normen auf dem Gebiet der Tribologie;703
26.2;Al Tribologie, allgemein (Kapitel I, 2, 3);703
26.3;A2 Reibung (Kapitel 4);704
26.4;A3 VerschleiU (Kapitel 5);704
26.5;A4 Tribologischc Mcss- und Prüftechnik (Kapi tel 8);704
26.6;AS Schmierung und Schmierstoffe (Kapi tel 6 und 10);706
26.7;A6 Tribotechnischc Werkstoffe (Kapi tel 9);709
26.8;A 7 Tribologie von Konstruktionselementen (Kapitel 11);710
27;Literaturverzeichnis;714
28;Sachwortverzeichnis;758
Technik und Tribologie.- Tribologische Systeme.- Tribologische Beanspruchung.- Reibung.- Verschleiß.- Schmierung.- Tribokorrosion.- Tribologische Mess- und Prüftechnik.- Tribotechnische Werkstoffe.- Schmierstoffe.- Tribologie von Konstruktionselementen.- Mikromechanische Systeme – Magnetische Datenaufzeichnung.- Mikrotechnik und die Tribologie von MEMS.- Tribologie in der Produktionstechnik.- Tribologie von Werkzeugen.- Vakuumtribologie.- Tieftemperaturtribologie.- Hochtemperaturtribologie.- Methodik zur Bearbeitung von Reibungs- und Verschleißproblemen.- Atlas von Verschleißerscheinungsbildern.- Reibungs- und Verschleißdaten.- Machinery Diagnostics.
