La microgéométrie de la surface de la chemise joue un rôle très important dans les pertes par frottement et dans la consommation de l’huile dans un moteur à combustion interne. Une des texturations classiques de cette surface est celle créée par pierrage. Elle se compose de plateaux plus ou moins lisses et de profondes stries croisées. L’´épaisseur du film d’huile est influencée fortement par cette texturation. Un modèle simplifié du contact segment chemise a été créé en la présence de la microgéométrie. Puis, un code de calcul basé sur la méthode numérique multigrille a été développé. Ce code a été utilisé pour des études paramétriques avec des jeux de paramètres très variés. Les calculs quantifient l’influence de cette microgéométrie particulière sur la relation film d’huile - portance. Les résultats mettent en évidence deux mécanismes distincts de génération de portance selon le type du segment. Le segment parabolique porte par son convergent et les stries ne font que diminuer cette portance. Inversement, le segment plat ne porte pas et ce sont les stries qui génèrent la portance. Deux modèles de prédiction ont finalement été déduits, un pour les segments paraboliques et un pour les segments plats. Ces deux prédictions ont ensuite été validées par des calculs sur des surfaces mesurées; / The liner microgeometry influences the friction losses and the oil consumption in IC engines. The cross-hatched texturing, created by the honing process, plays an essential part in the load carrying capacity - film thickness relation. This work studies the influence of the crosshatched groove parameters on the piston ring load carrying capacity. First, a simplified model of the hydrodynamic contact has been created. Thus a Multigrid based code was developed. Calculations with different sets of microgeometric parameters have been performed. These calculations quantify the load carrying capacity for both parabolic and flat rings. The results show that the load carrying capacity is generated differently in both cases. For the parabolic case, the pressure is build up by the wedge in the inlet zone and the grooves decrease the global load carrying capacity. In the flat case the grooves generate the total load carrying capacity. Finally, two prediction models were deduced for the parabolic ring and for the flat ring. These predictions were validated by measured surface calculations.

The aim of this master`s thesis was to design a single-cylinder test engine for measuring of the friction forces between the piston group and the cylinder liner. Main engine parameters are based on the common production engine. A floating liner device was chosen for a friction forces measurement. It was necessary to solve an attachment and sealing of the floating liner. Stress-strain analysis of the floating liner has been done. Next step was to re-design a production crankshaft also with a connected balancing devices for single-cylinder engine. Powertrain was seated in a completely new units. Finally the engine was completed and mounted on a stand.

This diploma thesis is focused on creating a finite element method model of a four-stroke engine with a purpose to determine an impact on cylinder bore distortion caused by several types of loading. Introduction of this work covers research of possibilities in modelling thermal-structural analysis of cylinder liner and verifications of the analysis results. An Ansys model was further created and cylinder liner radial deformation caused by head bolts tightening and thermal loading coming from combustion was determined. Finally, a whole engine working cycle was simulated with a gas pressure loading and its final impact on the total cylinder liner radial deformation was defined.

In der vorliegenden Arbeit wird, ausgehend vom Stand der Wissenschaft und Technik des Lichtbogendrahtspritzens, das Verwenden von chromreichen Fe-Basislegierungen zur Herstellung von korrosionsbeständigen und gleichzeitig tribologisch geeigneten Zylinderlaufbahnbeschichtungen für Verbrennungsmotoren untersucht und qualifiziert. Der Einfluss der gewählten Werkstoffe und die durch die Beschichtung resultierenden Schichteigenschaften werden anhand von Ergebnissen der Tribologie- und Korrosionstests verglichen. Die Bewertung liefert einen Beitrag zum Verständnis der Mechanismen bei der Herstellung solcher Funktionsschichten. Es werden sowohl materialografische als auch diverse andere Charakterisierungsmethoden herangezogen. Ergänzt werden die Ergebnisse durch die Voraussage des motorischen Verhaltens und der anschließenden motorischen Qualifizierung des neuen Beschichtungssystems sowie die darauf folgenden Befundungen, welche der Bestätigung der theoretischen und im Laborumfeld ermittelten Erkenntnisse zum tribologischen und korrosiven Verhalten solcher Systeme dienen. Die Arbeit schließt mit einer Diskussion und einem Ausblick und gibt Empfehlungen für weiterführende Vertiefungen auf diesem Gebiet.:1 Verzeichnis der Abkürzungen, Formelzeichen und Glossar 8 2 Einleitung und Problemstellung 11 3 Stand der Wissenschaft und Technik 15 3.1 Verbrennungsmotor 15 3.1.1 Zylinderlaufbahn 17 3.1.2 Kolbenringe und Kolbenringbeschichtungen 20 3.2 Herstellung von thermisch beschichteten Zylinderlaufbahnen 23 3.2.1 Oberflächenvorbehandlungsmethoden 25 3.2.2 Thermische Beschichtung 27 3.2.3 Lichtbogendrahtspritzen von Zylinderlaufbahnen 29 3.2.4 Korrosionsbeständige Spritzzusatzwerkstoffe 30 3.3 Korrosion im Verbrennungsraum 32 3.3.1 Korrosionsmechanismen 33 3.3.2 Korrosionsarten 34 3.3.3 Korrosionstestmethoden 38 3.3.4 Korrosionsbeständigkeit von Zylinderlaufbahnen aus nichtrostenden Stählen 42 3.3.5 Beispiel für Korrosionserscheinungen an der Zylinderlaufbahn 43 3.4 Das Tribosystem, Zylinderlaufbahn und Kolbenring 45 3.4.1 Tribologie 45 3.4.2 Verschleiß und Verschleißmechanismen 48 3.4.3 Schmierung und Maßnahmen zur Verschleißminderung 50 3.4.4 Einlaufprozess der Gleitpaarungen 52 3.4.5 Reibung und Verschleißmessung 54 4 Folgerungen aus dem Stand der Wissenschaft und Technik 55 5 Zielsetzung 56 5.1 Vorgehensweise 56 5.2 Definition des Zielschichtsystems 57 5.3 Werkstoffauswahl 58 6 Versuchsdurchführung 60 6.1 Probenherstellung 60 6.2 Charakterisierungsmethoden 61 6.2.1 Werkstoffanalyse und Härtemessung 61 6.2.2 Phasenanalyse 64 6.2.3 Chemische Analyse 66 6.2.4 Oberflächencharakterisierung und NanoCT 67 6.2.5 Schichthaftung 69 6.3 Korrosionsprüfungen 70 6.3.1 Allgemeine Korrosionsprüfungen 70 6.3.2 Stromdichte-Potentialmessung (SPK) 71 6.3.3 Elektrochemische Potentiodynamische Reaktivierung (EPR) 72 6.3.4 Bestimmung des kritischen Lochkorrosionspotentials 73 6.4 Tribologische Untersuchungen 74 6.4.1 Kontaktwinkelmessung 74 6.4.2 Ermittlung der Reibungszahl f 75 6.4.3 Erfassung der Verschleißerscheinungsform 77 6.5 Motorische Validierung 77 7 Ergebnisse 80 7.1 Werkstoff- und Oberflächenanalyse 80 7.1.1 Gefügeanalyse und Härtemessungen 80 7.1.2 Phasenanalyse 88 7.1.3 Chemische Analyse 93 7.1.4 Oberflächencharakterisierung und Ermittlung der Hohlraumanteile 95 7.1.5 Schichthaftung 99 7.1.6 Charakterisierung der PUK-Beschichtungen 100 7.2 Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen 103 7.2.1 Allgemeine Korrosionsuntersuchungen 103 7.2.2 Stromdichte-Potentialmessung (SPK) 108 7.2.3 Elektrochemische Potentiodynamische Reaktivierung (EPR) 111 7.2.4 Bestimmung des kritischen Lochkorrosionspotentials 115 7.3 Ergebnisse der tribologischen Untersuchungen 116 7.3.1 Kontaktwinkelmessung der Tribopartner 116 7.3.2 Reibwertmessung 118 7.3.3 Oberflächencharakterisierung und Verschleißmessung 123 7.4 Motorische Qualifizierung 133 7.4.1 Werkstoffauswahl und Aufbau der Motoren für die Dauerläufe 133 7.4.2 Befundung der PKW-Otto-Motoren 135 7.4.3 Befundung der LKW-Diesel-Motoren 148 8 Ergebnisdiskussion 163 8.1 Charakterisierung der Zylinderlaufbahnbeschichtungen 163 8.2 Korrosionsmechanismen 166 8.3 Tribologisches Verhalten 168 8.4 Motorverhalten 170 9 Folgerungen 173 10 Zusammenfassung 174 11 Ausblick 175 12 Quellennachweis 176 13 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen 185 / In the presented work it has been researched and qualified based on the knowledge about twin wire arc spray deposition states, the utilization of iron base chromium materials as a corrosion resistance and tribological useful cylinder liner coating for engine applications. The influence of the material selection and the produced twin wire arc coating properties has been compared with the results of the tribology and corrosion test. The comparison allows the understanding of the circumstances and relation by producing such functional coatings. Several materialographic-, tribological and corrosion tests have been done. In addition, the testing results were confirmed by a real engine application and a final analyses of the coating after engine run which delivers more information to understand the theory and laboratory testing results. The work discusses the achieved results and gives a forecast for further investigations in this field of science.:1 Verzeichnis der Abkürzungen, Formelzeichen und Glossar 8 2 Einleitung und Problemstellung 11 3 Stand der Wissenschaft und Technik 15 3.1 Verbrennungsmotor 15 3.1.1 Zylinderlaufbahn 17 3.1.2 Kolbenringe und Kolbenringbeschichtungen 20 3.2 Herstellung von thermisch beschichteten Zylinderlaufbahnen 23 3.2.1 Oberflächenvorbehandlungsmethoden 25 3.2.2 Thermische Beschichtung 27 3.2.3 Lichtbogendrahtspritzen von Zylinderlaufbahnen 29 3.2.4 Korrosionsbeständige Spritzzusatzwerkstoffe 30 3.3 Korrosion im Verbrennungsraum 32 3.3.1 Korrosionsmechanismen 33 3.3.2 Korrosionsarten 34 3.3.3 Korrosionstestmethoden 38 3.3.4 Korrosionsbeständigkeit von Zylinderlaufbahnen aus nichtrostenden Stählen 42 3.3.5 Beispiel für Korrosionserscheinungen an der Zylinderlaufbahn 43 3.4 Das Tribosystem, Zylinderlaufbahn und Kolbenring 45 3.4.1 Tribologie 45 3.4.2 Verschleiß und Verschleißmechanismen 48 3.4.3 Schmierung und Maßnahmen zur Verschleißminderung 50 3.4.4 Einlaufprozess der Gleitpaarungen 52 3.4.5 Reibung und Verschleißmessung 54 4 Folgerungen aus dem Stand der Wissenschaft und Technik 55 5 Zielsetzung 56 5.1 Vorgehensweise 56 5.2 Definition des Zielschichtsystems 57 5.3 Werkstoffauswahl 58 6 Versuchsdurchführung 60 6.1 Probenherstellung 60 6.2 Charakterisierungsmethoden 61 6.2.1 Werkstoffanalyse und Härtemessung 61 6.2.2 Phasenanalyse 64 6.2.3 Chemische Analyse 66 6.2.4 Oberflächencharakterisierung und NanoCT 67 6.2.5 Schichthaftung 69 6.3 Korrosionsprüfungen 70 6.3.1 Allgemeine Korrosionsprüfungen 70 6.3.2 Stromdichte-Potentialmessung (SPK) 71 6.3.3 Elektrochemische Potentiodynamische Reaktivierung (EPR) 72 6.3.4 Bestimmung des kritischen Lochkorrosionspotentials 73 6.4 Tribologische Untersuchungen 74 6.4.1 Kontaktwinkelmessung 74 6.4.2 Ermittlung der Reibungszahl f 75 6.4.3 Erfassung der Verschleißerscheinungsform 77 6.5 Motorische Validierung 77 7 Ergebnisse 80 7.1 Werkstoff- und Oberflächenanalyse 80 7.1.1 Gefügeanalyse und Härtemessungen 80 7.1.2 Phasenanalyse 88 7.1.3 Chemische Analyse 93 7.1.4 Oberflächencharakterisierung und Ermittlung der Hohlraumanteile 95 7.1.5 Schichthaftung 99 7.1.6 Charakterisierung der PUK-Beschichtungen 100 7.2 Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen 103 7.2.1 Allgemeine Korrosionsuntersuchungen 103 7.2.2 Stromdichte-Potentialmessung (SPK) 108 7.2.3 Elektrochemische Potentiodynamische Reaktivierung (EPR) 111 7.2.4 Bestimmung des kritischen Lochkorrosionspotentials 115 7.3 Ergebnisse der tribologischen Untersuchungen 116 7.3.1 Kontaktwinkelmessung der Tribopartner 116 7.3.2 Reibwertmessung 118 7.3.3 Oberflächencharakterisierung und Verschleißmessung 123 7.4 Motorische Qualifizierung 133 7.4.1 Werkstoffauswahl und Aufbau der Motoren für die Dauerläufe 133 7.4.2 Befundung der PKW-Otto-Motoren 135 7.4.3 Befundung der LKW-Diesel-Motoren 148 8 Ergebnisdiskussion 163 8.1 Charakterisierung der Zylinderlaufbahnbeschichtungen 163 8.2 Korrosionsmechanismen 166 8.3 Tribologisches Verhalten 168 8.4 Motorverhalten 170 9 Folgerungen 173 10 Zusammenfassung 174 11 Ausblick 175 12 Quellennachweis 176 13 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen 185

Das Wechselspiel Boden-Pflanze und die damit verbundenen Wassergehaltsänderungen im Boden bestimmen die Funktionalität einer Wasserhaushaltsschicht. Untersuchungen an der Lysimeterstation Bautzen/Nadelwitz machen deutlich, dass vielfältige Faktoren (z. B. nFK, Durchwurzelungstiefe) die Mächtigkeit einer Wasserhaushaltsschicht bestimmen. Der Bodeneinbau mit einem Verdichtungsgrad von 90% - 92% Proctordichte gewährleistet ein setzungsstabiles Korngerüst unter Gewährleistung der geforderten nFK und LK. Durch die Erweiterung des Feinbodenartendreiecks mit den Ebenen „Durchwurzelung“, „nutzbare Feldkapazität“ und „Standsicherheit“ wird eine fachübergreifende Eignungsbeurteilung von Böden ermöglicht. Die wasserhaushaltspezifische Anwendung des Dreiecks der Phasenzusammensetzung nach RUDERT erlaubt die Ausweisung von Schwankungsbreiten bzgl. der Einbaukenngrößen, ohne Abweichungen von den geforderten bodenphysikalischen Anforderungen an eine Wasserhaushaltsschicht hinnehmen zu müssen.

The appearance and design of a package are key properties to attract and to focus the attention of a customer. Print quality contributes to a great degree to achieve these requirements. Most critical perceived in terms of quality are print defects like mottling, gloss and stripiness, which all appear in the printing of corrugated board. Stripiness is especially critical because it is a defect directly caused by the corrugated board construction. A further cause can be generated by the production process of corrugated board. Pre-studies by Odeberg Glasenapp (2004) revealed a difference in surface micro-roughness between the regions on the peak line of the liner and the regions in the valley between two peaks of the corrugation. This knowledge was the basis for the work described in this thesis. In a first stage, laboratory trials were conducted with sets of coated and uncoated samples of various grammages. The trial was set-up in order to simulate the conditions in the corrugator as closely as possible. In the evaluations, it was found out that the settings were too high. For that reason, the coated samples were influenced to a too high degree and needed to be excluded from further evaluations. With the uncoated samples, on the other hand, a change in micro surface roughness was detectable. The roughness is decreased on the peaks and the gloss appearance was the conclusion. The analysis of the printed samples focused on shifts in colour and print density. It is unclear if both are affected only surface roughness changes and/or by the typical corrugated board effect of washboarding. A full-scale test was performed in order to confirm the results of the laboratory test. A test series was chosen with coated and uncoated outer liners. Contrary to the lab-test results, the uncoated grades showed no surface roughness changes. Instead, the coated samples were affected to a great extent. The changes in surface roughness and gloss appearance were similar to the lab-test. This confirms that the lab-test samples were exposed to heat, pressure and shear to a too high degree. The print analysis of the full-scale test did not agree with the laboratory test. Gloss lines were visually detectable, but they were difficult to measure. A reason could be that the ink is capable on forming an ink film layer on top of the surface of the paper. This would cover the micro roughness of the matt parts thereby creating an almost homogeneous glossy appearance. / QC 20101116

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