Einfluss von Temperatur und Luftfeuchte auf die tribologische Performance von Graphitplatten in Gleitmodulen für Bandanlagen

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist es, der Einfluss von Temperatur, Luftfeuchte und Rauheit auf die tribologische Performance von Graphitplatten in Gleitmodulen für Bandanlage zu klären und zu untersuchen. Teil der Projektziele erscheint die Adaptierung eines tribotechnischen Teststands für die thermisch belastete Untersuchung des dynamischen Reibverhaltens zwischen einer Edelstahlt-Ringscheibe und Graphit-Gleitsegmente, was eine vereinfachte Version eines realen Gleitmoduls darstellen soll. Wichtig dabei ist die Identifikation der tribologischen Einflussparameter, die die größte Rolle für das Graphitverhalten spielen. Die Motivation für die Durchführung der Versuche war der starke Verschleiß, die akustische Äußerung und die Änderung der Oberflächenoptik der Graphitplatten während des Betriebs, sowie die Forderung für geringere Reibwerte im Gleitmodul. Deswegen untersucht diese Studie die Änderung der Reibungskoeffizienten und der Verschleißrate unter verschiedenen Temperaturbedingungen in trockener Umgebung im belasteten Zustand unter Berücksichtigung der Rauheit der Gegenlaufpartner. Eine Reproduzierbarkeit der Versuche wird erwünscht. Der Verglasungseffekt soll durch die vorhandene Technik detektiert werden. Kern dieser Arbeit ist die Frage, inwieweit der Graphit als Festschmierstoff in einem Gleitkontakt unter spezifischen Umgebungsbedingungen seine Aufgabe erfüllen und schmierfähig bleiben kann. Daher sollte sein Anwendungsbereich genauer durch quantitative und qualitative Methoden untersucht und definiert werden. Profilometrie, Lichtmikroskopie und Raman-Spektroskopie sind einige der wichtigsten Methoden, um Veränderungen der Graphitproben zu erkennen. Die vorliegende Arbeit behandelt auch die Frage, welche konstruktiven Maßnahmen die rotatorische Gleitbewegung verbessern können und deswegen wird eine Optimierung des existierenden Tribostands vorgenommen. Da Festschmierstoffe die Reibung in Industrieanlagen reduzieren und viele Anwendungen im Maschinenbau finden, sind sie von großem Interesse, um die Lebensdauer vieler Systeme und Maschinen zu verlängern. Leider sind die Kohlenstoffverbindungen nicht ausreichend erforscht und die mit Graphit durchgeführten Studien sind begrenzt. Daher sind weitere Tests erforderlich, um mehr Erkenntnisse über die Performance dieses Materials zu gewinnen.

The aim of the present master thesis is to clarify and investigate the influence of temperature, humidity and roughness on the tribological performance of graphite plates in sliding modules for conveyor systems. Part of the project goals is the adaptation of a tribotechnical test stand for the thermally loaded investigation of the dynamic friction behavior between a stainless steel ring and graphite sliding segments, which is supposed to be a simplified version of a real sliding module. It is important to identify the tribological parameters that play the biggest role in graphite behavior. The motivation for carrying out the experiments was the heavy wear, the acoustic expression and the change of the surface appearance of the graphite plates during operation, as well as the requirement for lower coefficients of friction in the sliding module. Therefore, this study investigates the change in friction coefficients and wear rate under different temperature conditions in a dry environment in the loaded state taking into account the roughness of the mating partners. A reproducibility of the experiments is desired. The changes in the surface should be detected by the existing technique. The core of this work is the question to what extent the graphite as a solid lubricant in a sliding contact under specific environmental conditions can fulfill its task and remain lubricated. Therefore, its scope should be more closely examined and defined by quantitative and qualitative methods. Profilometry, light microscopy and Raman spectroscopy are some of the most important methods for detecting changes in graphite samples. The present work also deals with the question of which constructive measures can improve the rotational sliding movement and therefore an optimization of the existing tribological stand is made. Because solid lubricants reduce friction in industrial equipment and find many applications in engineering, they are of great interest to extend the life of many systems and machines. Unfortunately, the carbon compounds have not been sufficiently researched and the studies conducted with graphite are limited. Therefore, further testing is needed to gain more insight into the performance of this material.