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  • Publication
    Prototype tilting pad thrust bearing with novel ceramic material for harsh service environments
    ( 2022)
    Raeve, Karel de
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    Borsoi Klein, Tiago
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    Kraenzler, Thomas
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    Faulhaber, Stephan
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    Product-lubricated pumping applications require extremely robust bearings, especially in the case of sand-loaded lubrication fluids. For high power/high speed pump applications, tilting pad bearings are the preferred bearing solution, due to their superior rotordynamic characteristics. For product-lubricated applications, materials with good corrosion and abrasion resistance characteristics have to be used. The lubricant for the bearing in these applications is often a water based fluid (e.g. sea water) with low viscosity and with particle contamination (e.g. sand). Existing tilting pad product lubricated bearings (PLB) solutions have the issue that catastrophic failures tend to occur under severe conditions or that they are limited in available size (e.g. polycrystalline diamond (PCD) bearings). A tilting pad thrust bearing and a thrust collar made of a novel ceramic material with improved tribological properties was designed, manufactured and tested for use in such applications.
  • Publication
    Verbundprojekt SmartStream: Intelligente Bearbeitung durch die Verwendung schaltbarer Fluide
    ( 2019)
    Schmiedel, C.
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    Bierwisch, C.
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    Uhlmann, E.
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    Menzel, P.
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    Mohseni-Mofidi, S.
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    Breinlinger, T.
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    Nutto, C.
    Strömungsschleifen und Hydroerosiv (HE)-Verrunden sind einzigartige Verfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie funktionelle Oberflächen im Inneren eines Bauteils bearbeiten können, die sonst mechanisch nicht zugänglich sind. Jedoch unterliegen die Verfahren Begrenzungen aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik. Daher können die Verfahren nicht bei allen Anwendungen für eine technisch sowie wirtschaftlich sinnvolle Bearbeitung genutzt werden. Im Verbundprojekt SmartStream werden Möglichkeiten zur Überwindung bisher geltender Verfahrensgrenzen untersucht. Zur lokalen Beeinflussung der Zerspanungsleistung der auf die Oberflächen wirkenden Abrasivmedien werden diese durch ein externes magnetisches Feld schaltbar gemacht. Mit Hilfe des angelegten Magnetfeldes lassen sich zum einen strömungsmechanisch ungünstig gelegene Bereiche des Werkstücks bearbeiten und zum anderen die Zeitspanvolumina lokal gezielt steuern. Im vorliegenden Beitrag werden erreichte Entwicklungsziele am Beispiel des Strömungsschleifens vorgestellt.
  • Publication
    Wear of abrasive media and its effect on abrasive flow machining results
    Abrasive media were examined before and after application in abrasive flow machining to evaluate the wear of media due to the machining process. Both media were tested on workpieces under the same working conditions to study the effect of abrasive media wear on the results of the machining process. With the help of rheological and granulometric characterisation methods, it has been shown that alterations of rheological behaviour and composition of the abrasive medium as well as particle shape and size are responsible for the degradation of the abrasive efficiency. The increasing viscosity of the abrasive medium and progressing rounding of the large abrasive particles as a result of the machining process are the main factors that cause a decreased material removal rate and reduced surface quality.
  • Publication
    Technologie zur Herstellung vollkeramischer Fräswerkzeuge
    (Fraunhofer IPK, 2011)
    Bäcker, C.
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    Herrmann, M.
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    Hübert, C.
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    Koplin, C
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    Oberschmidt, D.
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    Uhlmann, E.
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    Renz, A.
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    Schulz, I.
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    Wacinski, M.
    Im InnoNet-Projekt "TechVolk" wurde die Entwicklung vollkeramischer Fräswerkzeuge ganzheitlich betrieben. Das Projekt war in fünf Arbeitspakte unterteilt, die sich den verschiedenen Fragestellungen beginnend von der Herstellung von keramischen Rohlingen bis zum Einsatz der Werkzeuge auf modernen Werkzeugmaschinen widmen. Als potenzielle Schneidstoffe wurden verschieden SiAlON und Whisker-Keramiken identifiziert und untersucht. Dabei wurde die Zusammensetzung der Werkstoffe bestimmt und charakteristische Kennwerte wie die Bruchzähigkeit und das Weibullmodul ermittelt. Neben der Herstellung von Rohlingen für die Werkzeuge wurde eine Gradierung von SiAlON-Keramiken vorgenommen. Es wurden dafür die Pulverbett-Methode sowie das Drucktempern in Stickstoffatmosphäre eingesetzt. Im Rahmen von Modellverschleißuntersuchungen konnten grundlegende Mechanismen der Kantendegradation beobachtet und analysiert werden. Bei der Entwicklung von Geometrien für die vollkeramischen Werkzeuge wurde ein iteratives Vorgehen gewählt. Es wurden ausgehend von sehr einfachen und robus ten Geometrien zunehmend komplexe Werkzeuge entwickelt, die hinsichtlich Zähnezahl und Drallwinkel kommerziell verfügbarer Hartmetallwerkzeuge übertreffen. Belastungssimulationen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wurden für den Optimierungsprozess genutzt. Die Gestaltung der Keilgeometrie wurde durch die Ergebnisse von Vorversuchen mit keramischen Wendeschneidplatten beeinflusst. Es wurden Stirn- und Umfangsfräswerkzeuge mit Durchmessern zwischen 20 und 2 Millimetern entwickelt. Der Schwerpunkt lag auf einem Umfangsfräser mit 8 Mil limeter Durchmesser. Im Rahmen der Untersuchungen zur Schleiftechnologie wurden grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Schleifwerkzeuge, Schleifparameter und der Schleifstrategie auf die Festigkeit von keramischen Biegebruchproben angestellt. Die darauf aufbauenden technologischen Untersuchungen zum Werkzeugschleifprozess beinhalteten die Analyse der Zusammenhänge zwischen Prozessführung und Arbeitsergebnis. Darüber hinaus wurde der Abrichtprozess optimiert und die Eingriffsbedingungen bei dem Spannutschleifen simuliert. Die entwickelten Werkzeuggeometrien und Bearbeitungsstrategien wurden einer technologisch-wirtschaftlichen Betrachtung unterzogen. Dafür wurde ein direkter Vergleich von Hartmetall- und Keramikwerkzeugen durchgeführt, in dem die unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten herausgearbeitet werden konnten. Bei gleichem Standvolumen konnte für keramische Werkzeuge mit vier Millimetern Durchmesser das Zeitspanungsvolumen um den Faktor Acht gesteigert werden. Darüber hinaus wurden das Verschleißverhalten von ausgereiften Werkzeuggeometrien für verschiedenen Werkstückwerkstoffe und Schnittgeschwindigkeiten bis 1.400 m/min untersucht.
  • Publication
    Endbearbeitung von Mikrofräsern mittels Ionenstrahltechniken
    ( 2004)
    Borek, S.
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    Schauer, K.
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    Füting, M.
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    Heilmann, A.
    Um die Anwendungsmöglichkeiten von Mikrowerkzeugen zu erweitern, wurde untersucht, ob sich die Oberflächenqualität von Mikro fräsern durch eine Ionenstrahlbehandlung verbessern lässt. Dazu wurden zunächst die Abtragraten verschiedener Ionenätzverfahren bestimmt und miteinander verglichen. Mit einer speziell konzipierten Vakuum anlage wurden Mikrowerkzeuge mit Hilfe einer Kaltkathoden-Ionenquelle nachbehandelt. Die Werkzeugoberflächen wurden vor und nach der Ionenbestrahlung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) unter sucht. Nach der Ionenbestrahlung konnte eine deutliche Ober flächenglättung und ein Selbstschärf-Effekt der Mikrofräser festgestellt werden.
  • Publication
    Optimierung von Mikrofräswerkzeugen in der Werkzeugplanungsphase
    ( 2004)
    Uhlmann, E.
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    Füting, M.
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    Schauer, K.
    Die Mikrosystemtechnik verlangt auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftliche Fertigungsverfahren, die den Qualitätsanforderungen gerecht werden. In zunehmendem Maße findet hierfür die Mikrozerspanung mit Hartmetallwerkzeugen ihren Einsatz. Diese Technologie bietet neben den Vorteilen der herstellbaren Geometriekomplexität und flexibilität auch die Möglichkeit der Bearbeitung funktionaler Materialien (beispielsweise Stahllegierungen). Grundvoraussetzungen für die Prozesssicherheit dieser Technologie sind hohe Werkzeugstandzeiten sowie die Kenntnis der technologischen Bearbeitungsparameter. Dieser Fachbeitrag zeit Lösungswege, wie die Schwachstellen heutiger Mikrozerspanwerkzeuge, die insbesondere aus ihrer Herstellung resultieren, reduziert und eine sichere Prozessgestaltung für deren Anwendung entwickelt werden können.