Entwicklung eines neuartigen Gleitlagers mit Faserverbundstruktur und Hochleistungskunststoffen — Auslegung, Modellierung & Prozessentwicklung

Aufgrund des geringen Eigengewichts, der herausragenden Trockenlaufeigenschaften und hohen Zuverlässigkeit sind Kunststoffgleitlager bereits heute in diversen Hochleistungsanwendungen ein essentieller Bestandteil. Nach dem Stand der Technik werden Kunststoffgleitbuchsen jedoch meist in ihre umgebende Struktur eingepresst, wobei es aufgrund des Kriechverhaltens zeitlich zu einer Verminderung der Fugenpressung kommt. Ein dauerhafter Einsatz der Lager bei erhöhten Temperaturen kann so zu einem Versagen führen. Hochleistungskunststoffcompounds kombiniert mit faserverstärkten Kunststoffen mit duroplastischer Matrix können hier die Leistungsgrenzen verschieben, wurden derzeit jedoch nicht systematisch beschrieben oder entwickelt. Das volle Potenzial der Werkstoffe ausreizend, liegt das Ziel der Arbeit in der Entwicklung eines derartigen Faserverbundgleitlagers mit einer Gleitschicht aus Hochleistungskunststoffen, einer faserverstärkten Stützschale auf duroplastischer Basis und einer Anbindung mittels SIPNs. Im Rahmen der Arbeit erfolgt die Auslegung und Modellierung eines solchen Gleitlagers und die Prozessentwicklung zur Herstellung dieser. Abgestimmt auf das Herstellungsverfahren wird ein Simulationsmodell entwickelt, mit welchem die mechanischen Eigenschaften neu entwickelter Compounds mit anisotropen Additiven ohne Werkstoffprüfung berechnet werden können. Basierend auf mechanischen Untersuchungen und auf Lösungsversuchen wird das Potenzial der Anbindung gezeigt. Wichtige Einflussgrößen werden identifiziert und relevante Prozessparameter und -grenzen für die Gleitlagerherstellung werden ebenfalls ermittelt. Rückgekoppelt mit den berechneten mechanischen Eigenschaften der Gleitschichtcompounds erfolgt eine Optimierung des Lagenaufbaus der Stützschale. Hierbei wird anhand der auftretenden Lagerkräfte der Lagenaufbau berechnet und die Auslegung des Gesamtsystems gesamthaft vorgenommen. Alle gewonnenen Erkenntnisse werden in der Prozessentwicklung zusammengeführt, woraus ein Herstellungsverfahren für die Gleitlager abgeleitet wird. Anschließend werden zur Validierung des Konzepts Lager gefertigt und erprobt. Somit zeigt diese Arbeit schlussendlich eine gesamthafte Auslegung samt zugehörigem Herstellungsverfahren des neuartigen Gleitlagers.