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Untersuchungen zur zeitlichen Entwicklung von heißen Oberflächen in Reibkontakten in Abhängigkeit der Konstruktionswerkstoffe

16.11.2013

Heiße Oberflächen stellen eine bedeutende Zündquellenart in Reibsituationen dar. Mittels eines Stift/Scheibe Kontaktes wurde eine Reibsituation modelliert, in der die Temperaturentwicklung und Temperaturverteilung relevanter Konstruktionswerkstoffe untersucht wurde.

Lennart Meyer1, Paul Lange1, Gisbert Gramse1, Michael Beyer1
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Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Fachbereich 3.7 „Zündquellensicherheit“, Braunschweig

Heiße Oberflächen entstehen in Reibkontakten erst nach einer bestimmten Kontaktzeit. Die Zeit bis zum Wirksamwerden der Zündquelle hängt wesentlich von der Wärmeleitfähigkeit der Reibpartner ab. In dieser Arbeit wurde speziell die zeitliche Entwicklung der Zündquellenentstehung in Abhängigkeit der relevanten Konstruktionswerkstoffe (Baustahl und vier Edelstähle) für explosionsgeschützte Geräte untersucht.

Variationsparameter war neben den Konstruktionswerkstoffen auch die Leistungsdichte in der Reibstelle, als Kombination aus Relativgeschwindigkeit und Flächenpressung.

Tabelle 1

Die Temperaturmessung erfolge über mehrere Thermoelemente, die zum einen die Temperatur in der Reibstelle und zum anderen die Oberflächentemperatur des Stiftes messen. Weiterhin wurde ein Zweistrahlpyrometer eingesetzt um die Temperaturentwicklung des sich bildenden Grates zu ermitteln und eine Wärmebildkamera, um die Temperaturverläufe in der gesamten Anordnung darstellen zu können.

Leistungsdichte in der Reibstelle in Abhängigkeit der Flächenpressung und Relativgeschwindigkeit

Die Versuche zeigten, dass sich bei den unterschiedlichen Stählen, aber sonst gleichen Versuchsparametern, sowohl die gemessenen Maximaltemperaturen als auch die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs unterschieden. Je größer die Wärmeleitfähigkeit des eingesetzten Stahls ist, desto langsamer erwärmt sich der Stift. Je größer der Abrieb des eingesetzten Stiftes ist, desto geringer ist die auftretende Maximaltemperatur.

Darstellung der Reibstellentemperatur über der Zeit

 

Kontakt: Lennart Meyer, FB 3.7, Opens window for sending emaillennart.meyer(at)ptb.de