| Titel | Tribologische Untersuchungen an Polyoxymethylen (POM)- und Polyamid (PA6)-Materialien auf einem Rollverschleiß-Prüfstand |
| Autor | M. Harraß, T. Peifer, K. Friedrich |
| Infos zum Autor | M. Harraß, T. Peifer, K. Friedrich Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, Technische Universität Kaiserslautern, Erwin-Schrödinger-Str., 67663 Kaiserslautern, Korrespondierender Autor: harrass@ivw.uni-kl.de |
| Inhalt | Der vermehrte Einsatz von Polymeren und polymeren Verbundwerkstoffen für antreibende Maschinenteile, wie z.B. Zahnräder oder Rollen, bedingt die tribologische Untersuchung der unter gemischten Roll- und Gleitkontakt beanspruchten Werkstoffe. Eine systematische Untersuchung des Verschleißverhaltens polymerer Materialien in Abhängigkeit von spezifischen Systemparametern kann in Modellexperimenten auf einem Rollverschleiß-Prüfstand durchgeführt werden. Der hier vorgestellte Versuchsstand arbeitet nach dem ″Kugel-auf-Platte″ Prinzip. Eine einzelne als Gegenkörper wirkende Stahlkugel (Durchmesser=6mm) rollt auf einer fixierten polymeren Probenplatte in konzentrischen Kreisbewegungen (Durchmesser=30mm). Die Rollbewegung der Stahlkugel geschieht ähnlich wie in einem Axiallager durch einen angetriebenen Lagerring. Zur Erreichung einer statistischen Sicherheit bei der Auswertung der Messergebnisse wurde der Prüfstand derart ausgelegt, dass während eines Experiments an vier nebeneinander liegenden Prüfstellen gleichzeitig vier unter exakt gleichen Bedingungen durchgeführte Prüfungen möglich sind. Als zu untersuchende Materialien wurden zwei Polyoxymethylen (POM)-Typen, Delrin 100 und Delrin 500 von DuPont, und ein Polyamid (PA6), Heramid B von RADICI PLASTICS GmbH + Co.KG, ausgewählt. Die POM- und PA6-Materialien werden als Werkstoffe oft für vorwiegend unter Roll-Gleitkontakt beanspruchte Maschinenkomponenten verwendet. Die Experimente wurden jeweils bei zwei verschiedenen Belastungen (50 und 100N) und bei unterschiedlichen Versuchszeiten (0,5-30 h) durchgeführt. Die anschließende Auswertung der Versuche erfolgte sowohl durch die verschleißbedingte Massen- sowie durch die Volumenabnahme der Probenkörper. Die Tiefe und Breite der Rollverschleißspur wurde mithilfe von Laserprofilometriescans bestimmt, wodurch sich dann rechnerisch eine Volumenabnahme der Proben ergab. Die Ermittlung des Massenverlustes geschah durch Wiegen der Proben vor und nach den Versuchen. Die nach den beiden unterschiedlichen Methoden ermittelten, nahezu identischen Verschleißwerte zeigen lineares Verhalten in Abhängigkeit von der Versuchszeit. Somit konnte nicht nur die Reproduzierbarkeit der Messungen, sondern vor allen die prinzipielle Eignung des Prüfstandes für Rollverschleißuntersuchungen gezeigt werden. Ebenso stellte sich die Verwendbarkeit der Auswertung sowohl über die Volumen- wie auch über die Massenabnahme als gleichwertig heraus. Dass bei der Auswertung von Rollverschleißversuchen entweder die Volumen- oder die Massenabnahme verwendet werden kann, zeigte sich auch dadurch, dass sich aus den jeweiligen Verschleißbeträgen die Dichte des POM berechnen lies. Der PA6-Werkstoff zeigte insgesamt die größte Verschleißfestigkeit. Von den beiden POM-Materialien war das Delrin 500 am meisten verschleißresistent. The increased use of polymers and polymer composites for driven machine parts, e.g. gear wheels or rolls, demands the tribological investigation of the materials loaded under mixed rolling and sliding contact. A systematic examination of the wear behaviour of polymer materials in dependency of specific system parameters can be carried out in model experiments on a rolling-wear testing machine. The test rig introduced here works on the ″ball-on-plate″ principle. A single steel ball (Durchmesser=6mm) is acting as the counter part and rolls on a fixed polymer plate in concentric revolutions (Durchmesser=30mm). The rolling motion of the steel ball happens similarly as in an axial bearing and is driven through the bearing ring. To the achievement of a statistical reliability in the analysis of the results, the testing machine was designed in order to allow simultaneously four measurements during one experiment. Four test units are lying next to another, so that four tests can be carried out under the same conditions. As materials to be examined, two polyoxymethylene (POM) types, Delrin 100 and Delrin 500 by DuPont, and a polyamide (PA6), Heramid B by RADICI PLASTICS GmbH + Co.KG, were selected. The POM and PA6 materials are often used as materials for machine components loaded predominantly under rolling-sliding contact. The experiments were carried out in two different loads (50 and 100N), respectively, and in different experimental running times (0,5-30 h). The subsequent analyses of the tests were done both through the mass and volume loss of the specimen. The depth and the width of the wear groove were determined by laser-profilometry scans. In consequent, the volume loss of the worn sample was mathematically calculated. The determination of the mass loss happened through weighing of the specimen before and after the experiment. The wear results obtained by both different methods show almost identical values and linearly behaviour dependent to the running time. Therefore, not only the reproducibility of the measurements could be shown, but also the fundamental qualification of the test rig for rolling wear measurements was mainly demonstrated. Similarly, the usability of the analysis both over the volume and mass loss are confirmed to be equal. Furthermore, the equality of the wear amounts calculated by the volume loss as well as by the mass loss is shown in an imposing manner since it offers the unconventional possibility to compute accurately the density of POM. The PA6 material showed altogether the best wear resistance. Of both POM-materials, the Delrin 500 was more wear resistant. |
| Datum | 2005 |
