Ein Beitrag zur experimentellen Untersuchung trockenlaufender Friktionspaarungen im Hinblick auf deren Schädigungs- und Erholungsverhalten während und nach kurzzeitig stark erhöhter Beanspruchung = A contribution to the experimental investigation of dry-running friction pairings with focus on fade and recovery during and after short-term strongly increased stress

Die Entscheidungen, welche während der Modellierung des Prinzips und der Gestalt trockenlaufender, schaltbarer Kupplungen und Bremsen getroffen werden, beeinflussen maßgeblich deren Bauraumbedarf, Masse, Komfort, Lebensdauer und Kosten. Aus diesem Grund sollte eine ressourceneffiziente Auslegung solcher Friktionsysteme und der darin verbauten Friktionspaarungen angestrebt werden. Bei deren Validierung wird unter anderem deren Beanspruchbarkeit durch bestehende Methoden aus dem Stand der Forschung untersucht. So wird zum Beispiel in den häufig verwendeten Prüfabläufen der Regulation 90 (United Nations Economic Commission for Europe, 2012) die Beanspruchungbarkeit bei unter anderem mehreren aufeinanderfolgenden Bremszyklen mit gleichbleibend hoher Beanspruchung ermittelt. ... mehrDie kurzzeitig stark erhöhte Beanspruchung, welche zum Beispiel bei Notfallbremsungen, Fehlern und Missbrauch auftreten kann, wird darin jedoch noch nicht hinreichend berücksichtigt. Es ist nicht beschrieben, wie die kurzzeitige Beanspruchbarkeit der Friktionspaarungen zu quantifizieren ist und wie diese bei der Entwicklung der schaltbaren Kupplung und Bremsen einzubeziehen ist. Zur experimentellen Untersuchung dieser Beanspruchbarkeit und zur Erforschung des hierbei wirkenden Schädigungs- und Erholungsverhaltens werden in dieser Arbeit neue Methoden entwickelt und angewandt. Dies beinhaltet die Entwicklung von Validierungsumgebungen zur Untersuchung der trockenlaufenden Friktionspaarungen und –systeme. Zur Entwicklung der Methoden und der Validierungsumgebungen werden im Wesentlichen die SPALTEN-Problemlösungsmethode, das Modell der Produktgenerationsentwicklung, die statistische Versuchsplanung sowie die faseroptische Messtechnik eingesetzt. Die Validierungsumgebungen ermöglichen es, zum einen sowohl die nominelle Flächenpressung, die Gleitgeschwindigkeit und die Temperatur zum einen stufenweise zu variieren und zum anderen kurzzeitig stark zu erhöhen.
Die experimentellen Untersuchungen und deren systematische Auswertung liefern Erkenntnisse, welche dabei unterstützen, die Leistungsdichte und die Robustheit trockenlaufender Friktionspaarungen und –systeme zu steigern. Sie zeigen beispielsweise auf, dass die kurzzeitige Beanspruchbarkeit deutlich höher ist als die dauerhafte. Zudem erholen sich die Friktionspaarungen bis auf wenige Ausnahmen nahezu immer. Darüber hinaus kann das Erholungsverhalten, wie in dieser Arbeit gezeigt, durch die Varation des Beanspruchungskollektivs nachweislich verbessert werden. Folglich können diese Erkenntnisse, welche in Form von Handlungsempfehlungen beschrieben sind, genutzt werden, um Friktionssysteme ressourceneffizient auszulegen und deren Friktionspaarungen effektiv und effizient zu erholen und somit Ressourcen zu schonen und Bauraum zu sparen.

The design of dry-running clutches and brakes determines their installation space, mass, comfort, endurance and costs. Therefore, a limit value design of these friction systems and their dry-running friction pairings is desirable. During their validation, among other things, their resilience is examined using existing methods from the state of research. For example, in the frequently used test sequences of the Regulation 90 (United Nations Economic Commission for Europe, 2012), the stress limit is examined with several successive brake cycles with consistently high stress. ... mehrShort-term strongly icreased stress, which might orrcur during emergency braking, error and misuse, is not yet sufficiently taken into account in this method. So far, this has not yet been investigated and included in the development of the clutch and brakes. Therefore, new test methods are developed and applied in order to investigate dryrunning friction pairings and their fade and recovery behavior under short-term strongly increased stress. This includes the development of validation environments for the investigation of dry-running friction pairings and systems. In order to develop these methods and validation environments, the SPALTEN problem-solving method, the model of product generation development, statistical test planning and fiber-optic measurement technology are essentially used. The new validation environments enable the variation and short-term strongly increase of the nominal surface pressure, the sliding speed and the temperature. The experimental investigations and their systematic evaluation provide insights which help to increase the power density and robustness of dry-running friction systems. They show, for example, that the short-term load capacity is much higher than the permanent one. Furthermore, the friction pairings recover almost every time. As shown, recovery can be improved by the variation of stress. As described in the form of recommendations, the new insights can be used to improve the limit value design, to recover effectively and efficiently and thus to conserve resources and to save installation space.