Zur Verwendung von durch Spaltprofilieren hergestellten Blechstrukturen als wälzbeanspruchte Oberflächen im Vergleich zum Ausgangszustand
Schriftenreihe LBF-Berichte, Band FB-245
Ivan Karin
Hrsg.: Fraunhofer LBF, Darmstadt
2016, 231 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Darmstadt, TU, Diss., 2016
Fraunhofer Verlag
ISBN 978-3-8396-0995-8

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Inhalt
Das Fertigungsverfahren Spaltprofilieren impliziert die Eigenschaften einer glatten Oberfläche, bei gleichzeitig hoher Härte bzw. Festigkeit, bereits aus dem Fertigungsprozess heraus. Basierend darauf wurde das Potenzial erkannt, spaltprofilierte Blechstrukturen als hochbeanspruchte Linearführungen in integraler Bauweise unter Nutzung der spaltprofilierten Oberfläche als Laufflächen für Wälzkörper zu verwenden. Eine derartige Anwendung spaltprofilierter Blechstrukturen setzt eine vorherige Bewertung dieser Beanspruchungsart mittels experimenteller und numerischer Untersuchungen voraus. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Bewertung des Wälzfestigkeits- und Wälzverschleißverhaltens von spaltprofilierten gradientenbehafteten Blechstrukturen aus dem Werkstoff ZStE340 unter schlupfbehafteten Kontaktbedingungen sowie unter zyklischer konstanter Hertzscher Pressung. Damit soll eine Aussage zur Anwendbarkeit der spaltprofilierten Oberflächen als wälzbeanspruchte Laufflächen ermöglicht werden. Die nach dem Stand der Technik geltenden Lösungsansätze für homogene Werkstoffzustände und die bisher etablierten rotationssymmetrischen Prüfprinzipien reichen für eine Untersuchung der gradientenbehafteten Spaltprofile nicht aus, da diese eine profilartige Form und eine inhomogene Festigkeitsverteilung aufweisen. An diesem Punkt knüpft die vorliegende Arbeit an und stellt ein Konzept vor, mit dem ein Versuch zur Bewertung des Werkstoffverhaltens von Spaltprofilen unter Wälzbeanspruchungen sowie der entstehenden Schädigungen unternommen wird. Das Bewertungskonzept wird durch Anwendung des örtlichen Dehnungskonzepts mit dem Mittelspannungs-Parameter nach Bergmann und aus Ergebnissen numerischer Untersuchungen an wälzbeanspruchten Spaltprofilen entwickelt und zur Abschätzung der Lebensdauer verwendet. Dabei wird die Lebensdauer mit numerisch ermittelten Beanspruchungen an einem simulierten Lastzyklus eines schlupfbehafteten Wälzkontakts für den Werkstoff ZStE340 als Ausgangsmaterial und als Spaltprofil ermittelt.
Ein Abgleich mit ebenfalls durchgeführten experimentellen Untersuchungen an Spaltprofilen soll die unter einer Wälzbeanspruchung auftretenden Schädigungen untersuchen und eine Aussage zur Abschätzungsgüte der Bewertungsmethode erlauben. Damit wird das mögliche Potential von spaltprofilierten Blechstrukturen für einen Einsatz als wälzbeanspruchte Lauf-flächen, gegenüber dem Ausgangszustand vor dem Spaltprofilieren, demonstriert sowie ein aktiver Beitrag zur effizienten Gestaltung und Nutzbarmachung technologieinduzierter Eigenschaften für spaltprofilierte Blechstrukturen geschaffen, die wiederum von Beginn an in den Auslegungsprozess einbezogen werden können.
An einem praxisnahen Anwendungsbeispiel in Form eines Fassadenreinigers aus spaltprofilierten Blechen mit integrierten Laufflächen für Wälzkörper, erfolgt die Bewertung der spaltprofilierten Laufflächen in Bezug auf eine Eignung als wälzbeanspruchte Oberflächen. Diese basiert auf der Übertragung der Ergebnisse aus den zuvor durchgeführten experimentellen Untersuchungen am Werkstoff ZStE340 aus spaltprofierten Proben, die in eine Korrelation mit den realen Belastungen am Fassadenreiniger und den resultierenden Beanspruchungen, gebracht werden.

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