Reaktionsschichtbildung auf bleifreien Bronze- und Messingwerkstoffen im Kontakt von Zylinder und Steuerscheibe einer Axialkolbenpumpe

  • Tribolayer Formation on Lead-Free Bronze and Brass Materials in the Contact between Cylinder and Valve Plate in an Axial Piston Pump

Paulus, Andreas; Jacobs, Georg (Thesis advisor); Murrenhoff, Hubertus (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Ziel dieser Arbeit ist es, im Kontakt zwischen Zylinder und Steuerscheibe einerAxialkolbenpumpe die bleihaltige Legierungen durch bleifreie Legierungen zu substituieren,ohne dass die Leistungsfähigkeit oder Lebensdauer der Axialkolbenpumpe herabgesetzt wird.Um dieses Ziel zu erreichen, muss die verschleißmindernde Wirkung des Bleianteils imoberflächennahen Werkstoffbereich auf andere Art und Weise erzielt werden. EineMöglichkeit dazu besteht in der gezielten Erzeugung funktionaler oberflächennaherWerkstoffbereiche (sogenannter Grenzschichten), die durch eine tribologische Belastungi. Allg. in Kombination mit Schmierstoffen entstehen und in Zahnrädern und Wälzlagernsowohl Reibung als auch Verschleiß reduzieren können.Im Rahmen dieser Arbeit wurde in experimentellen Versuchen gezeigt, dass Grenzschichtenauch in geschmierten Gleitkontakten auf Bronze- und Messingwerkstoffen entstehen undReibung und Verschleiß reduzieren können. Es wurde eine Methodik entwickelt, mit Hilfederer es möglich ist, bestimmte tribologische Systeme hinsichtlich der Bildung und Wirkungvon Grenzschichten zu untersuchen. Diese Methodik wurde erfolgreich angewendet, um diebleihaltige Bronze im Kontakt zwischen Zylinder und Steuerscheibe in einerAxialkolbenpumpe durch einen bleifreien Bronze- oder Messingwerkstoff zu ersetzen.Nach der Analyse des tribologischen Systems und der Definition von geeignetenErsatzsystemen wurden fünf bleifreie Bronze- und Messingwerkstoffe sowie zwei additivierteSchmierstoffe untersucht. Neben experimentellen Modell- und Komponentenversuchenwurden die Grenzschichten in mikroanalytischen Untersuchungen systematisch analysiert.Die bleifreie Legierung CuSn12Ni2 wurde in den Versuchen als mögliche Alternative zu derbleihaltigen Serien-Legierung qualifiziert. Die positiven Eigenschaften der LegierungCuSn12Ni2 beruhen unter anderem auf der Ausbildung eine stabilen Grenzschicht im Betrieb,die mit Hilfe der hier vorgestellten Methodik untersucht und gesteuert werden kann.

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