Schädigungsmodell Lamellenkupplungen
FVA 976 I | IGF-Nr. 01|F22692 N
Schädigungsmodell zur Lebensdauerabschätzung nasslaufender Lamellenkupplungen
Nasslaufende Lamellenkupplungen erfüllen in Antriebssträngen sicherheitskritische Funktionen . Eine Funktionseinschränkung oder ein Versagen des Reibsystems muss daher ausgeschlossen werden. Neben Spontanschäden, die infolge kurzzeitiger Überlastung zu einem sofortigen Systemausfall führen können, bestimmen Langzeitschäden die Funktionstüchtigkeit und damit die Lebensdauer nasslaufender Lamellenkupplungen. Langzeitschädigung in nasslaufenden Lamellenkupplungen äußert sich in einer kontinuierlichen Veränderung des Reibungsverhaltens bis hin zum Versagen der vorgesehenen Funktion.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde das thermisch bedingte Langzeitschädigungsverhalten nasslaufender Lamellenkupplungen im Lastschaltbetrieb mit sintermetallischen und organischen Reibbelägen untersucht und ein thermisches Schädigungsmodell zur Abschätzung der Lebensdauer von Reibsystemen entwickelt. Nach einer systematischen Bestimmung der Leistungsgrenzen wurde die thermische Schädigung charakterisiert und die Lebensdauer sowohl in Dauerschalt- als auch in Kollektivversuchen quantifiziert.
Auf Basis zweidimensionaler, zeitlich aufgelöster thermischer Simulationen wurde der thermische Haushalt der Reibsysteme berechnet. Die Haupteinflussgrößen auf die an der Reibfläche auftretenden Temperaturen wurden mittels statistischer Versuchsplanung systematisch ermittelt. Mithilfe dieser Simulationen wurde ein Kennwert zur Charakterisierung der thermischen Beanspruchung ermittelt. Im Gegensatz zu diskreten thermischen Kennwerten wie der maximalen Reibflächentemperatur berücksichtigt dieser neben den Temperatur-Zeitanteilen an der Reibfläche auch die Schädigungsrelevanz unterschiedlicher Temperaturniveaus. Die Temperaturniveaus werden hierfür mithilfe einer Gewichtungsfunktion berücksichtigt.
Die Langzeitschädigung der untersuchten Reibsysteme wurde anhand der Veränderung charakteristischer Reibungszahlkennwerte bewertet. Der Systemausfall wurde anhand eines anwendungsnahen Schadenskriteriums bestimmt. Durch die Korrelation der Ausfallzeitpunkte in den experimentellen Untersuchungen und der thermischen Beanspruchung in den Betriebspunkten wurden die Ergebnisse in ein thermisches Schädigungsmodell zur Abschätzung der Lebensdauer nasslaufender Lamellenkupplungen überführt.
Mit der entwickelten Methode steht ein vielversprechender Ansatz zur systematischen Beschreibung und Abschätzung der thermisch bedingten Langzeitschädigung nasslaufender Lamellenkupplungen zur Verfügung. Anwender können auf Basis eigener Versuchsdaten das Schädigungsverhalten eines Reibsystems charakterisieren und in ein reibsystemspezifisches Modell zur
Lebensdauerabschätzung überführen.
Mit dem Schädigungsmodell für Lamellenkupplungen wurde ein verbessertes Modellverständnis des Langzeitschädigungsverhaltens erarbeitet. Darüber hinaus besteht mit den erarbeiteten Ergebnissen erstmals eine Möglichkeit, die Lebensdauer eines Reibsystems systematisch zu untersuchen und in ein Modell zur Lebensdauerabschätzung zu überführen.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 01|F22692 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.
