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Wirksamkeit tribologischer Mikrostrukturen bei extremen Einsatzbedingungen und Ableitung eines Fertigungsmodells für das UKP-Laserabtragen

 
: Janssen, Andreas

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Aachen: Apprimus-Verlag, 2019, V, 194 S.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2018
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 2019,11
ISBN: 978-3-86359-704-7
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPT ()
Reibpaarung; Zwischenschicht; Fluid-Feststoff-System; Schmierstoff; Temperatur; Systemanalyse; Technische Oberfläche; Strukturierung; Mikrobearbeitung; Laserablation; Ultrakurzzeitlaser

Abstract
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von tribologischen Mikrostrukturen, die durch UKP-Laserabtragen gefertigt wurden. Es wurde untersucht, wie sich die Fähigkeiten von tribologischen Mikrostrukturen verändern, wenn durch das Schmiermedium das Tribosystem erhitzt wird. Weiterhin wurde der Fall betrachtet, in dem das Zwischenmedium feststoffbeladen ist, also explizit abrasive Eigenschaften gegenüber den beiden beteiligten Festkörperoberflächen aufweist. Durch die Offenlegung von tribologischen Wirkmechanismen auf Basis etablierter Erklärungsmodelle wurde die umfangreiche Wissensbasis ergänzt. Im ersten Fall konnte gezeigt werden, wie die Wirksamkeit tribologischer Mikrostrukturen über einen Temperaturbereich stark variiert. Dadurch wurde ermittelt, in welchen Bereic hen welche Strukturen optimal sind und welche Strukturen für einen großen Bereich zu favorisieren sind. Im zweiten Fall konnte eine hohe Bedeutung tribologischer Mikrostrukturen bei feststoffbeladenen Zwischenmedien nachgewiesen werden. Das Vorhandensein von Näpfchen führte stets zu einer Reibungssenkung. Es konnte ein neuartiger Effekt postuliert und indirekt nachgewiesen werden: Die temporäre Partikelfalle beschreibt das kurzzeitige Eintauchen von Partikeln in Näpfchen und die daraus resultierende kurzzeitige Entnahme eines abrasiven Partikels aus dem Festkörperkontakt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass verschiedene Mechanismen gleichzeitig wirken. Im Fall feststoffbeladener Medien überlagerten vor allem hydro-dynamische Effekte den Effekt temporäre Partikelfalle. Im zweit en Teil der Arbeit wurden die Aspekte Laserfertigungsstrategie und der genauigkeit von Tribostrukturen untersucht. Um die Vergleichbarkeit und die Wiederholbarkeit von Untersuchungen zu tribologischen Mikrostrukturen zu ermöglichen, wurden Vorgehensweisen zur Vermessung derer entwickelt, die auf gängigen optischen 3D-Messsystemen anwendbar sind. Unter Angabe der resultierenden Genauigkeit werden diese oder vergleichbare Methoden für zukünftige Arbeiten empfohlen. Abschließend wurde für näpfchenförmige Tribostrukturen ein Fertigungsmodell entwickelt. Dieses wurde in eine Methode überführt, die in verschiedenen gängigen Fertigungssystemen einsetzbar ist, um Mikronäpfchen durch UKP-Laserstrahlung mit hoher Genauigkeit fertigen zu können. Dabei lässt das Modell insbesondere eine freie Gestalt ung der Näpfchendimensionen zu, ohne dabei die geometrischen Relationen zu verändern.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-574688.html