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Friction and wear investigations on single chain joints

  • A. BeckerEmail author
  • D. Meffert
  • B. Sauer
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Abstract

The tribological behavior of machine elements is mostly influenced by the contact surfaces and the lubricant, especially for transient conditions and mixed or boundary friction. Both can be found in chain joint contacts. Chains of different types and structural designs are commonly used in drive and convey applications as well as timing drives of combustion engines, e. g. bush, roller and silent chains. The critical operating time is fundamentally limited by the wear inside the chain joints. Especially for timing chains, only a small elongation of 0.5% is admissible. Optimization of component surfaces, which includes reduction of friction and wear, is the primary goal of the German Research Foundation (DFG) Collaborative Research Centers 926 “Microscale Morphology of Component Surfaces (MICOS)”. Potential of timing chain components with modified surfaces are the focus of present research. Chain wear test rigs for investigation of entire chain drives require a considerable number of modified parts, which is not suitable for systematic tests. Therefore, a chain joint tribometer was developed and commissioned to close the gap between model tests on standard tribometers and investigations on whole chain drives by focusing on a single chain joint. Realistic load conditions were applied to the tested chain segment using a highly-dynamic engine (rotation) and linear actor (tension force) to investigate wear and friction on a single chain joint. The measurement system allows for online wear and friction detection.

Reibungs- und Verschleißuntersuchungen an einzelnen Kettengelenken

Zusammenfassung

Die Bauteiloberfläche hat zusammen mit dem Schmierstoff den größten Einfluss auf das tribologische Verhalten von Maschinenelementen. Dies ist vor allem dann relevant, wenn instationäre Belastungen und Mischreibung bzw. Grenzreibung vorliegen. Beides ist in Kettengelenken, speziell bei Ketten, die im Steuertrieb von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden und dort hohen Belastungen ausgesetzt sind, der Fall. Zur Optimierung der Bauteiloberfläche hinsichtlich Reibungs- und Verschleißreduzierung werden im Rahmen des Sonderforschungsbereich 926 „Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala“ Versuche an Steuerketten mit modifizierter Oberfläche durchgeführt. Kettenverschleißprüfstände, die den Betrieb ganzer Ketten erlauben, eigenen sich für systematische Untersuchungen von Kettenkomponenten mit modifizierten Oberflächen aufgrund der Vielzahl an benötigten Bauteilproben nur bedingt. Um die Lücke zwischen Bauteilversuchen auf Standard-Tribometern und Versuchen mit ganzen Ketten auf Verschleißprüfständen zu füllen, wurde ein Einzelgelenkprüfstand, das sogenannte Kettengelenktribometer, entwickelt und in Betrieb genommen. Mit diesem Prüfstandskonzept können Reibungs- und Verschleißuntersuchungen an einzelnen Serienkettengelenken unter definierten Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Ein Serien-Kettengelenk wird dabei über spezielle Adapter aufgenommen und über einen Linearaktor dynamisch mit einer Normalkraft beaufschlagt. Die Schwenkbewegung wird durch Rotation des Bolzens mit Hilfe eines hochdynamischen Motors nachgebildet. Über entsprechende Messtechnik kann während des Prüflaufes neben dem Verschleißfortschritt auch die Reibung im Kettengelenk erfasst werden.

Notes

Acknowledgements

All presented results were thankfully funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation)—Projectnumber 172116086—SFB 926, subproject CO2. The authors would also like to thank the company Digital Surf for providing the software MountainsMap.

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Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  1. 1.Institute of Machine Elements, Gears & Transmissions (MEGT)TUKKaiserslauternGermany

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