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Zum Einfluss des Wärmehaushalts bei der tribologischen Prüfung von Kunststoffen

  • Kunststoffe gewinnen aufgrund ihres vorteilhaften Eigenschaftsprofils in tribologischen Anwendungen zunehmend an Bedeutung. Eine Herausforderung bei der Entwicklung tribologischer Systeme mit Kunststoffgrundkörpern stellt die eingeschränkte Übertragbarkeit experimentell ermittelter tribologischer Eigenschaften aus standardisierten Modellversuchen dar. Diese stimmen oftmals nicht mit dem Verhalten überein, welches in anwendungsnäheren Prüfkonfigurationen beobachtet wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die Temperaturverteilung innerhalb des tribologischen Systems als mögliche Ursache für diese Diskrepanzen untersucht. Tribocompounds auf Basis von PEEK wurden sowohl in Modellsystemen als auch in anwendungsnäheren Prüfkonfigurationen experimentell charakterisiert. Für die Analyse des Wärmehaushaltes und der resultierenden Temperaturverteilungen in den unterschiedlichen Prüfsystemen wurden FEM-Modelle aufgebaut. Durch die Kopplung von Modellversuchen unter gezielter Temperaturführung mit numerischen Parameterstudien konnten Reibungskoeffizienten in den anwendungsnahen Prüfkonfigurationen in guter Näherung vorhergesagt werden. Darüber hinaus wurden hilfreiche Erkenntnisse zur Modellierungsmethodik und zur Validität bekannter analytischer Berechnungsansätze für die wärmetechnische Beschreibung tribologischer Systeme gewonnen.
  • Polymer materials are becoming increasingly popular in tribological applications since they offer a set of favorable properties. A challenge in the development of polymer-based tribological systems is the limited transferability of experimental results acquired in standardized model systems. These results often differ from those observed in more application- oriented setups. In this work, the temperature distribution within the tribological system is analyzed as a potential cause for these discrepancies. Tribological compounds based on PEEK were characterized in both standardized and application-oriented experimental setups. FEM-Models were built to analyze the heat balance and the resulting temperature distributions within the different systems. By combining temperaturecontrolled experiments in model systems with numerical parameter studies, coefficients of friction in the application-oriented systems were predicted with reasonable accuracy. Furthermore, helpful insight on the modelling methodology and the validity of established analytical methods for the thermal analysis of tribological systems was gained.

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Metadaten
Author:Nicholas Christopher EckeORCiD
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-65124
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6512
Advisor:Alois K. Schlarb
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2021/08/09
Year of Publication:2021
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/07/29
Date of the Publication (Server):2021/08/10
Tag:Kunststofftechnik; Polyetheretherketon; Temperaturverteilung; Thermische Simulation; Tribologie der Kunststoffe
Number of page:XXIV, 189
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)