Umweltverträgliche Tribosysteme (eBook)

Die Vision einer umweltfreundlichen Werkzeugmaschine

Hubertus Murrenhoff (Herausgeber)

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2010
XXIX, 377 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-642-04997-2 (ISBN)

Infos

Das Buch stellt die Entwicklung und Erprobung umweltverträglicher Schmierstoffe und kohlenstoffbasierter Beschichtungen vor. Am Beispiel einer Werkzeugmaschine untersucht der Autor die tribologischen Systeme, also die Systeme, in denen Reibung und Verschleiß maßgeblich auftreten. Die Erkenntnisse werden in Form von Prozessketten verknüpft und die Neuentwicklungen unter realitätsnahen Bedingungen geprüft. Das Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert und erforscht neben den Grundlagen auch die industrielle Umsetzung.

Prof. Dr.-Ing. H. Murrenhoff promovierte nach seinem Maschinenbaustudium an der RWTH Aachen am Institut für hydraulische und pneumatische Antriebe und Steuerungen in Aachen und übernahm dort die Aufgabe des Oberingenieurs. Im Anschluss daran arbeitete er bei verschiedenen Firmen im Bereich elektro-mechanischer Umformer und Servoantriebe für industrielle und automobiltechnische Anwendungen sowie der Luftfahrttechnik und Biomedizin. Seit Oktober 1994 ist er Direktor des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen in Aachen und ist Sprecher des Sonderforschungsbereiches 'Umweltverträgliche Tribosysteme in Werkzeugmaschinen'.

Inhalt

Vorwort 5
Inhalt 7
Autorenverzeichnis 12
Abbildungsverzeichnis 15
Kapitel 1 28
Einleitung 28
1.1 Vision einer effizienten und umweltverträglichen Werkzeugmaschine 30
1.2 Vom Modell zum System 31
1.3 Einflüsse der Gesetzgebung auf die technologischen Entwicklungen 32
1.4 Exemplarische Ergebnisse der Forschungsarbeiten 33
Quellenverzeichnis 40
Kapitel 2 44
Aufbau und Belastung tribologischer Systeme 44
2.1 Tribologische Grundlagen 44
2.2 Tribosysteme in der Werkzeugmaschine 46
2.2.1 Getriebe 46
2.2.2 Linearführungen 48
2.2.3 Kugelgewindetrieb 48
2.2.4 Wälzlager 50
2.2.5 Hydraulische Verdrängereinheit 51
2.2.6 Zerspanung 52
2.2.7 Kaltumformung 54
2.3 Konventionelle Tribosysteme und der Ansatz des SFB 442 55
Quellenverzeichnis 55
Kapitel 3 58
Entwicklung umweltverträglicher Schmierstoffe 58
3.1 Schmierstoffsynthese 58
3.1.1 Grundgedanke der aktuellen Diskussion um die Entwicklung biogener Schmierfluide 61
3.1.2 Die verwendeten Edukte 62
3.1.3 Mögliche Reaktionen von Oleochemikalien 62
3.1.4 Selektion von Reaktionssystem und Katalysatoren 65
3.1.5 Prozessbegleitende Analytik 67
3.1.6 Prozessoptimierung und Scale-Up 70
3.1.7 Ökobilanzanalyse der synthetisierten Schmierstoffe 72
3.1.8 Neue Verfahrensweisen zur Oxidation und weiteren Funktionalisierung von Oleochemikalien in überkritischem Kohlendioxid 74
3.1.9 Zusammenfassung und Fazit 85
3.2 Synthesebegleitende ökotoxikologische und toxikologische Risikobewertung 86
3.2.1 Biologische Testverfahren 87
3.2.2 Chemische Analytik 91
3.2.3 Untersuchungen zur synthesebegleitenden Prozessoptimierung 93
3.2.4 Zusammenfassende Bewertung der entwickelten Schmierstoffe 103
Quellenverzeichnis 104
Kapitel 4 110
Entwicklung neuer PVD-Beschichtungen 110
4.1 Einleitung 110
4.2 Methodik der Schichtentwicklung 111
4.2.1 Anforderungen an die Entwicklung von Dünnschichtsystemen für Bauteile 112
4.2.2 Anforderungen an die Entwicklung von Dünnschichtsystemen für Werkzeuge 113
4.3 Grundlagen der PVD-Technologie 114
4.3.1 Entwicklungen in der PVD-Technologie 114
4.3.2 Grundlagen der PVD-Technologie 115
4.4 Prüfverfahren 117
4.4.1 Schichteigenschaften 118
4.4.2 Verbundeigenschaften 119
4.4.3 Systemeigenschaften 119
4.4.4 Anwendungsnahe Prüfung 122
4.4.5 Plasmadiagnostik 122
4.5 PVD-Schichten für umweltfreundliche Tribosysteme 123
4.5.1 Gradiertes Zirkoniumkarbid ZrCg 123
4.5.2 Das Niedertemperaturschichtsystem CrAlN 132
4.5.3 (Ti,Al)N und (Ti,Al)N/Al2O3 für Zerspanaufgaben 141
4.5.4 Das Hochtemperaturschichtsystem TiHfCrN 149
4.6 Zusammenfassung und Fazit 158
Literaturverzeichnis 160
Kapitel 5 164
Grundlagenuntersuchungen 164
5.1 Grundlagenuntersuchungen für den schmierstoffoptimierten Betrieb 164
5.2 Gebrauchsbedingte Veränderungen der Schmierstoffeigenschaften und Bewertung der Umweltverträglichkeit 181
5.2.1 Veränderung der rheologischen Eigenschaften 181
5.2.2 Toxikologische und ökotoxikologische Charakterisierung 188
Quellenverzeichnis 197
Kapitel 6 200
Bauteiluntersuchungen 200
6.1 Umweltverträgliche Tribosysteme in Getrieben 200
6.1.1 Tragfähigkeitsuntersuchungen 200
6.1.2 Grundlagenuntersuchungen 207
6.1.3 Theoretische Arbeiten 214
6.2 Wälzlager, Linearführungen und Kugelgewindetriebe für den schmierstoffoptimierten Betrieb 217
6.2.1 Spindellageruntersuchungen 218
6.2.2 Tribometerversuche 219
6.2.3 Theoretische Untersuchungen der Lastbedingungen und Schichthaftung 221
6.2.4 Analyse der Betriebseigenschaften beschichteter Spindellager 223
6.2.5 Linearführungsund Kugelgewindetriebsuntersuchungen 228
6.2.6 Untersuchung von Linearführungssystemen 230
6.2.7 Untersuchung von Kugelgewindetrieben 232
6.3 Tribologische Untersuchungen an beschichteten Wälzlagern unter Berücksichtigung der Schmierfilmeigenschaften 236
6.3.1 Verschleißkritische Untersuchungen 236
6.3.2 Ermüdungskritische Untersuchungen 241
6.3.3 Einfluss der Schichtstruktur auf die Wirkungsweise der PVD-Beschichtungen im Wälzlagereinsatz 243
6.3.4 Einfluss von Partikeln auf den Wälzlagerbetrieb 247
6.3.5 Riffelbildungsuntersuchungen 248
6.3.6 Schmierfilmbildung umweltverträglicher Ester 249
6.3.7 Reibwertuntersuchungen 251
6.3.8 Zusammenfassung und Ausblick 252
6.4 Hydraulische Verdrängereinheit 253
6.4.1 Aufbau der Versuchspumpe 253
6.4.2 Tribosystem Kolben/Buchse 255
6.4.3 Optimierung des Tribosystems Kolben/Buchse 256
6.4.4 Prüfstandsversuche des Tribosystems Kolben/Buchse 258
6.4.5 Zusammenfassung 262
6.5 Umweltverträgliche Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide 263
6.5.1 Einleitung 263
6.5.2 Esteröle als Kühlschmierstoffe in der Zerspantechnik 263
6.5.3 Hochleistungs-PVD-Schichtsysteme für das Bohren, Drehen und Fräsen 265
6.5.4 Untersuchungen zu den Ursachen, die zur Entschichtung beschichteter Werkzeuge führen 266
6.5.5 Analyse des Verschleißverhaltens nanostrukturierter Hartstoffschichten auf PCBN-Werkzeugen 272
6.5.6 Zusammenfassung und Fazit 280
6.6 Umweltfreundliche Tribosysteme in der Umformtechnik 280
6.6.1 Einleitung 280
6.6.2 Vorstellung der Ergebnisse 281
6.6.3 Erforschung umweltverträglicher Additive für Umformschmierstoffe 292
6.6.4 Zusammenfassung und Fazit 299
Quellenverzeichnis 300
Kapitel 7 304
Untersuchung komplexer Baugruppen einer Werkzeugmaschine 304
7.1 Prozesskette Schmierstoffsynthese 304
7.1.1 Rückkopplungsoptimierung der Schmierstoffsynthese 305
7.1.2 Zusammenfassung 308
7.2 Alterungsprüfstand 309
7.2.1 Zielsetzung und Versuchsträger 309
7.2.2 Prüfstandsaufbau und Vorgehen 311
7.2.3 Vorversuche 313
7.2.4 Versuchsergebnisse 314
7.2.5 Ökotoxikologische Charakterisierung der gebrauchsbedingten Veränderungen der Schmierstoffeigenschaften 319
7.2.6 Wälzlagereinsatz in einer Axialkolbenpumpe 321
7.2.7 Zusammenfassung und Fazit 325
7.3 Prozesskette Getriebe 325
7.3.1 Tragfähigkeitsuntersuchungen an einem Industriegetriebe 325
7.3.2 Effizienzuntersuchungen am Getriebe 333
7.3.3 Untersuchung des neuartigen Getriebe-Esters HISM/HIGTS 336
7.4 Abbildung einer umweltverträglichen Prozesskette zur Fertigung von Zahnrädern 339
7.4.1 Aufbau und Arbeitspakete der Prozesskette 340
7.4.2 Tribologische Untersuchungen beim Feinschneiden der Zahnradrohlinge 341
7.4.3 Spanende Bearbeitung feingeschnittener Zahnräder 346
7.4.4 Ökotoxikologische Charakterisierung der gebrauchsbedingten Veränderungen der Schmierstoffeigenschaften10 350
7.4.5 Zusammenfassung und Fazit 352
7.5 Zusammenführung der erarbeiteten SFB-Ergebnisse in einem Bearbeitungszentrum11 353
7.5.1 Vorschubantriebssysteme 355
7.5.2 Hauptspindelsysteme 360
7.5.3 Bohren und Fräsen unter Einsatz von Esteröl als Kühlschmierstoff auf einem Bearbeitungszentrum14 364
7.5.4 Ökotoxikologische Charakterisierung der gebrauchsbedingten Veränderungen der Schmierstoffeigenschaften15 368
7.5.5 Zusammenfassung und Fazit 369
Quellenverzeichnis 370
Kapitel 8 374
Erfassung tribologischer Zusammenhänge und Erkenntnisse in einer Datenbank 374
Quellenverzeichnis 391
Kapitel 9 392
Fazit 392
Sachverzeichnis 396

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 3.8.2010
• Zusatzinfo: XXIX, 377 S. 257 Abb.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Themenwelt: Wirtschaft
• Schlagworte: Beschichtung • Bioöl • Datenbank • Einheit • Entwicklung • Forschung • Getriebe • Hydraulik • Industrie • Maschine • REACH • Reibung • Schmierstoff • Systeme • Tribologie • Umwelt • Umweltverträglichkeit • Verschleiß • Wälzlager • Werkzeug
• ISBN-10: 3-642-04997-4 / 3642049974
• ISBN-13: 978-3-642-04997-2 / 9783642049972