Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2008

Die Erzeugung von Störgeräuschen im Fahrzeuginnenraum stellt eine wichtige und kostenspielige Frage für die Automobilindustrie dar. Das physikalische Phänomen Stick-Slip (zu Deutsch Ruckgleiten) wird als die Hauptursache betrachtet. Als eine Erscheinungsform der Reibmerkmale eines Materials steht der Stick-Slip-Effekt (SSE) bekanntlich in Zusammenhang mit Oberflächeneigenschaften, wie z.B. Rauheit und Adhäsionskräften. Untersuchungen an Automobilledern zeigten zusätzlich, dass eine Beziehung zwischen dem SSE und dem Deformationsverhalten besteht. Der natürliche Charakter von Naturleder beeinträchtigte die Erstellung weiterer schlüssiger Aussagen. Ein synthetisches Material - PVC - wurde daher ausgewählt. Die Fortführung der Forschungsarbeit beruhte darauf, das Deformationsverhalten von PVC-Folie, die im Fahrzeuginnenraum Anwendung findet, in Bezug zu deren Stick-Slip-Neigung zu bringen. Dafür wurde der Einfluss unterschiedlicher Modifizierungen und Behandlungen untersucht.

Der Reibkontakt zwischen zwei Körpern hat entscheidende Einflüsse auf die Schwingungsselbsterregung. Da in der Literatur bisher vorwiegend ein Festkörper-Festkörper-Kontakt im Fokus steht, beschäftigt sich diese Arbeit mit einem Partikel-Festkörper-Kontakt. Dabei stehen Partikelsysteme in Form von Schüttgütern im Mittelpunkt. Ein bekanntes Beispiel solcher selbsterregten Schwingungen sind Silovibrationen. Dies sind Stick-Slip-Schwingungen beim Entleerungsvorgang von dünnwandigen Metallsilos. Untersuchungen mittels Fouriertransformation zeigen, dass die hörbaren Schwingungen sich aus einer Grundharmonischen und mehreren Oberwellen zusammensetzen. Diese Frequenzen sind allerdings weit oberhalb der numerisch untersuchten ersten Eigenfrequenzen der Silos. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt in den experimentellen Untersuchungen der Stick-Slip-Frequenz eines Schüttgut-Wand-Systems in einem speziell dafür entwickelten Versuchsstand. Es werden sowohl Systemkenngrößen, wie z.B. Geschwindigkeit, Systemsteifigkeit oder Masse, als auch tribologische Kenngrößen, wie z.B. Kontaktfläche oder -pressung, Materialkombination und Wandbeschaffenheit, auf ihren Einfluss auf die Stick-Slip-Frequenz untersucht. Ergänzend dazu wird die reale Kontaktfläche im statischen Zustand und bei einer äußeren dynamischen Anregung zwischen den Randpartikeln und einem Festkörper untersucht. Des Weiteren wird der tatsächliche Reibwert über der Relativgeschwindigkeit in Form einer Reibhysterese gemessen. In den Simulationsstudien wird ein Modell eines Reibschwingers vorgestellt und untersucht. Hier zeigen sich bereits bei einer stationären Kennlinie große Unterschiede in der Stick-Slip-Neigung und der Frequenz. In einer Modellerweiterung mittels einer zeitabhängigen Reibhysterese werden weiterführende Modellstudien getätigt. Hierbei steht vor allem das zeitabhängige Reibverhalten in der Haft- und Gleitphase im Fokus der Untersuchungen. / The friction contact between two bodies has an important influence on self-excited vibrations. Often the main focus is on a solid-solid contact. Therefore, this thesis focuses on a particle-solid contact, represented as the interaction between a bulk solid and a wall. Silo vibrations are a well known example of this kind of self-excited vibrations. Stick-slip vibrations occure during the discharging of thin walled metal silo. The hearable vibrations consist of a basic harmonic and some higher harmonics. The frequencies can be detected by a Fourier transform. One main focus of this thesis is the experimental investigation of the stick-slip frequency of a bulk solid-wall system. Therefore, a special test rig is designed. The investigation concentrates on system parameters, e.g. velocity, system stiffness or mass, on tribological parameters, e.g. contact area, pressure, material combination and wall surfaces, and their influence on the stick-slip frequency. Additional, the real contact area between particles in wall proximity and the wall itself is investigated in a static situation and during an external dynamic excitation. Furthermore, the real friction coefficient over the relative velocity will be measured. A model of a single mass friction oscillator will be presented and investigated in the simulation studies. Even with stationary friction characteristics this studies show big differences in the stick-slip stability and frequency. Henceforth, an advanced model with friction characteristics dependent on time in the form of a friction hysteresis is presented. There, the main focus is on the time dependent friction behaviour during the stick and slip phase of the oscillation.