Zur Realisierung des neuartigen und keramischen Gleitlagers unter den Einsatzbedingungen hoher und stoßartiger Belastungen wird auf die Finite-Elemente-Methode (FEM) zurückgegriffen, um ein keramikgerechtes Design abzuleiten. Unter Einbeziehung der umgebenden Strukturen, wie der Einbettung und dem Bolzen, werden mit Hilfe der FEM konstruktive und werkstoffliche Parameterstudien durchgeführt. Als Basis der Untersuchungen dienen typische Arm- und Koppelstangenverbindungen aus dem Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen. Oberstes Ziel der Studien ist die Minimierung der Zugbeanspruchungen im keramischen Werkstoff unter Last nach dem Kriterium des „Spannungsminimums“. Daneben werden optimierte Einbettungsbauformen untersucht, die eine geringe Zugbeanspruchung garantieren und gleichzeitig einen geringen Massebedarf aufweisen. Aufbauend auf den Ergebnissen der Parameterstudien ist eine analytische Berechnungsvorschrift abgeleitet sowie die statische und dynamische Tragfähigkeit des keramischen Gleitlagers experimentell nachgewiesen worden. Im Ergebnis der Forschungsarbeit steht die mechanische Einsatzfähigkeit des keramischen Gleitlagers auf Basis von Siliziumnitrid (Si3N4). Sowohl die statische als auch die dynamische Tragfähigkeit konnte bis zu einer Flächenpressung von mindestens 150 N/mm² und bei einer Lastfrequenz von 12,5 Hz nachgewiesen werden.

Traditionally, lead-based bearing overlays dominate the commercial automotive market and it has been proven that an excellent combination of properties can be attained through their use. However, lead is a toxic metal and a cumulative poison in humans. According to the European Union End-of-Life Vehicle (ELV) Directive proposed in 1997, vehicles that registered in'all the member states after 1st July 2003 should contain no lead, mercury, cadmium and hexavalent chromium. In this study, a new sulphate-gluconate electrolyte was used to produce multilayer SnCo coatings, aimed at a lead-free overlay for future market use. Tin-cobalt compositionally modulated alloy (CMA) coatings produced from sulphategluconate electrolytes have been previously examined as a potential replacement for lead-free bearing overlays [1]. However, some obstacles may exist which limit their potential use on an industrial scale. For example, long electroplating times are required to produce a thick coating which is very undesirable from an industrial viewpoint, and also the possible elemental interdiffusion occurring in the coating system under engine operating temperatures could rapidly deteriorate the coating properties. In addition, there is an increasing demand from automotive industry to further improve bearing overlay properties, for example for high performance and high compression ratio engines.

This master’s thesis deals with mechanical losses in turbochargers. The theoretical part provides general information of the methods of support the turbocharger rotor, then focuses on hydrodynamic bearings. The thesis analyzes the occurrence of mechanical losses and the effects that affect them. An important part of this thesis focuses on the determination of mechanical losses and their possibilities. A test stand was compiled for the possibility of experimental measurement of mechanical losses. Several test measurements were performed on this test stand at different operating modes. Simultaneously, the determination of mechanical losses was performed using two other methods. Based on these measurements, it was also possible to perform an evaluation and analyze the occurrence of mechanical losses depending on the set operating conditions. A comparison of individual methods for determining mechanical losses performed in the experimental part was performed. At the end of the thesis, the possibilities of the test stand were defined based on the performed measurements.

This diploma thesis is dedicated to mechnical desing, fabrication and assembly of experimental bearing testing rig. First part of the document contains research of current knowlege in the field of bearing testing and desings of currently used machines. In second part is conception of the testing rig described. Third part contains description of design variations that were designed. In Discussion is comented choices of final variants. Last part is dedicated to functional verification of the whole testing rig by first series of the tests.

The thesis deals with complex connecting rod design of two stroke diesel engine with regard to minimising its weight. Three versions of design are suggested and for each of them the stress analyses are implemented and the fatigue safety factors are determined. On the basis of results of implemented analyses and evaluation of all the aspects the most appropriate design is chosen and the production drawing is drawn according to it. In the conclusion, hydrodynamic lubrication plain bearings, which are the integral part of every connecting rod, are designed.

Hydrodynamic plain bearings are important machine elements. They are used in many areas of mechanical engineering, such as turbomachines, crankshaft bearings and gears. The geometry of the lubrication gap elemen-tarily influences the function as shown in several examples of abrupt failures in turbochargers. Due to toleranc-ing, the manufacturing requirements are very high. However, the question remains how large these deviations can be. ISO 12129-2 gives recommendations on form deviations depending on the minimum of plain bear-ing clearance (hmin). Nevertheless, there is no direct reference on the size or the strain on bearing. In DIN 31652-3, the tolerance of the bearing clearance is divided into -1/3 and +2/3 of itself. However, this tolerance merely has an indirect correlation with the size of the bearing and strain on the bearing. If these tolerance recommenda-tions are applied, the function of the plain bearing will not be completely fulfilled. Nonetheless, tolerances pro-vided by standards are used in geometric specifications. If these tolerances are used for in-company manufacturing, this is unproblematic in most cases. But if technical drawings are sent to an external manufacturer, toler-ance limits may be exhausted and the function cannot be ensured. Within the framework of the research project presented here, a tolerance evaluation matrix has been developed. For this, the existing standards were analyzed. In this case, the ignorance of size (diameter and width) and signif-icant operating properties (speed, load, temperature, etc.) are insufficient. The project examined and simulated various possible deviations. Selected form deviations were manufactured. The validation of the simulation results were carried out on 30mm.

I detta projekt har vi fördjupat oss i en glidlagerkonstruktion som befinner sig i en skruvpress. Skruvpressen kompakterar en okänd massa som är sekretessbelagd. Robustus har ett förslag på överdimensionering av det nuvarande glidlagret. Målet med projektet var att analysera och optimera några glidlager i förhållande till det befintliga glidlagret samt att ta hänsyn till materialval och den miljö som lagret kommer att befinner sig i. Det som analyserna och optimeringen visade var att det befintliga glidlagret hade den bästa geometrin bland alla lösningar men inte det optimala materialet. Projektet befinner sig i ett tidigt stadium och det behövs en del geometriska förändringar. Det viktigaste av allt är att problemet har identifierats med hjälp av det havererade glidlagret och med en excelmodell. / We have in this project become engrossed in a plain bearing design that is located in a screw press. The screw press compact an unknown mass that is confidential. Robustus have a suggestion to over dimensioning the present plain bearing. The aim of this project was to analyze and to do an optimization on some plain bearings and compare them to the present bearing and to take the choice of material and the environment where the bearing is located into account. The analysis and the optimizations showed that the current plain bearing had the best geometry but not the optimal material selection. The project is in an early state and it needs some geometrical changes. The most important of everything is that the problem has been identified with the help of the wrecked plain bearing and with an excel model.

This diploma thesis is devoted to problems of crankshaft plain bearings at five-cylinder in-line engine. Document body describes behaviour of plain bearings under various working conditions. To needs of the hydrodynamic bearings simulations is created the cranktrain virtual model. Next part of hereof document deals with problems of bearing shell design. Is created survey of the bearing materials and shortly described technological processing of shell bearing. To understand complicated problems hydrodynamic lubrication is derived Reynolds differential equation and foreshadowed succession calculation dynamically loaded bearings. In final parts of this thesis are presented most interesting results obtained from computational analysis.

This master’s thesis focuses on hydrodynamic plain bearing drivetrain in-line sixcylinder diesel tractor engine. In the first part is used as reported in contemporary bearing materials and design solutions bearing basins. Furthermore, given the general Reynolds equation of hydrodynamic lubrication. The main part of the thesis is devoted to creating a virtual model of the crank mechanism in MBS system ADAMS/Engine. Rigid crankshaft in this model is replaced by the flexible crankshaft, which is prepared in the FEM software ANSYS and then exported. The final section presents the results of simulations and their evaluation.

Die vorliegende Arbeit beschreibt den Einsatz von Hochleistungskeramiken im Bereich der Gleitlagertechnik. Dabei liegt der Fokus auf das keramikgerechte Design, welches die umge-bende Struktur mit einbezieht. Insbesondere die Einbettung aber auch der Bolzen sind durch konstruktive Maßnahmen zu adaptieren, sodass eine möglichst geringe Zugspannung unter Last im keramischen Werkstoff entsteht. Parameterstudien mit Hilfe der FEM erlauben die Aufstellung von Anforderungen an das Design nach dem Kriterium des Spannungsminiums und in Abhängigkeit der Lagergröße und -belastung sowie des verwendeten keramischen Werkstoffes. Eine experimentelle Validierung des keramikgerechten Designs bestätigt eine statische und dynamischer Tragfähigkeit bis mindestens 150 N/mm². Weiterhin wird ein Weg eines fluidfreien und wartungsfreien Tribologiesystems für keramische Werkstoffe aufgezeigt, das einen geringen Reibwert von kleiner 0,1 und einen nicht messbaren Verschleiß aufweist. Optimierungspotenzial besteht hinsichtlich des erreichbaren Gleitweges. Abschließend wird eine Berechnungsvorschrift zur Dimensionierung eines keramischen Gleitlagers gegeben.:Abbildungsverzeichnis VIII Tabellenverzeichnis XI Symbole und Abkürzungen XII 1 Einleitung und Zielsetzung 1 2 Stand der Technik und Wissenschaft 3 2.1 Technische Merkmale und Marktanalyse heutiger Gleitlager 3 2.2 Keramische Werkstoffe 7 2.3 Hochleistungskeramik in hochbeanspruchten Gleitanwendungen sowie Präzisierung der Aufgabenstellung und angewandten Methoden 14 3 Berechnungsmethoden für keramische Werkstoffe 18 3.1 Spannungszustand im keramischen Bauteil 18 3.2 Zulässige Spannung und Sicherheitsbeiwert für keramische Werkstoffe 20 3.3 Lebensdauerbestimmung mittels Messmethoden 24 4 Mechanisches Design eines keramischen Gleitlagers (mechanische Lebensdauer) 26 4.1 Verbindungselement Koppelstange und typische Lastsituationen 26 4.2 Konstruktive Voraussetzungen für eine rein elastische Beanspruchung 27 4.3 Parameterstudien zu konstruktiven Einflussgrößen und deren Auswirkung auf die mechanische Beanspruchung 30 4.3.1 Einfluss der Fertigungsqualitäten des Lagersitzes 31 4.3.2 Einfluss der Gleitlagerbuchsen- und Einbettungssteifigkeit 32 4.3.3 Einfluss der Bolzenballigkeit 36 4.3.4 Einfluss der Einbettungsbauform 36 4.3.5 Einfluss der Lagerbelastung und des Nenndurchmessers 40 4.3.6 Einfluss der Lagerluft 41 4.3.7 Weitere Parameterstudien 42 4.4 Ableitung von Konstruktions- und Werkstoffanforderungen 43 4.5 Experimentelle Festigkeitsuntersuchung 45 4.5.1 Prüfstandsvorrichtungen 46 4.5.2 Proben zur Festigkeitsuntersuchung und Messprogramm 47 4.5.3 Statische und dynamische Tragfähigkeit keramischer Gleitlager 49 5 Design eines fluidfreien und reibwertreduzierten Tribologiesystems (tribologische Lebensdauer) 51 5.1 Allgemeine und keramische Tribologie 53 5.2 Zusammenfassung tribologischer Kennwerte einer Si3N4-Stahl-Paarung 57 5.3 Möglichkeiten zur Reibwert- und Verschleißreduzierung 59 5.4 Experimentelle Analyse des Tribologiesystems 65 5.4.1 Tribologiesystem und Abbruchkriterien 65 5.4.2 Tribologische Proben und Messprogramm 69 5.4.3 Ergebnisse zum Reibwert und zum erzielbaren Gleitweg 74 5.4.4 Verschleißzustände und tribologisches Verhalten 78 5.4.5 Diskussion der tribologischen Ergebnisse 83 6 Berechnungsvorschrift zu rein elastisch beanspruchten Gleitlagerbuchsen nach dem Spannungsminimum 85 7 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse 90 8 Ausblick 93 Literaturverzeichnis 95 Anlagenverzeichnis 97 / This paper describes an application of ceramics in the plain bearing technology. The main issue is the specific ceramic design including the surrounding structure. Especially the embedding as well as the bold have to be adapted to minimize the tensile stress of the ceramic in operation. Parametric studies based on FEM allowing to define the design requirements depending on the criteria of minimum stress, size of bearing, bearing load and ceramic material. Experiments verify the ceramic design regarding to a static and dynamic load rating of 150 N/mm². Furthermore an opportunity is shown to create a fluid free and maintenance-free tribology system for ceramics which has a coefficient of friction less than 0,1 and a not measurable wear. The sliding distance limit has to be optimize. In summary it is given a calculation regula-tion to dimension a ceramic plain bearing.:Abbildungsverzeichnis VIII Tabellenverzeichnis XI Symbole und Abkürzungen XII 1 Einleitung und Zielsetzung 1 2 Stand der Technik und Wissenschaft 3 2.1 Technische Merkmale und Marktanalyse heutiger Gleitlager 3 2.2 Keramische Werkstoffe 7 2.3 Hochleistungskeramik in hochbeanspruchten Gleitanwendungen sowie Präzisierung der Aufgabenstellung und angewandten Methoden 14 3 Berechnungsmethoden für keramische Werkstoffe 18 3.1 Spannungszustand im keramischen Bauteil 18 3.2 Zulässige Spannung und Sicherheitsbeiwert für keramische Werkstoffe 20 3.3 Lebensdauerbestimmung mittels Messmethoden 24 4 Mechanisches Design eines keramischen Gleitlagers (mechanische Lebensdauer) 26 4.1 Verbindungselement Koppelstange und typische Lastsituationen 26 4.2 Konstruktive Voraussetzungen für eine rein elastische Beanspruchung 27 4.3 Parameterstudien zu konstruktiven Einflussgrößen und deren Auswirkung auf die mechanische Beanspruchung 30 4.3.1 Einfluss der Fertigungsqualitäten des Lagersitzes 31 4.3.2 Einfluss der Gleitlagerbuchsen- und Einbettungssteifigkeit 32 4.3.3 Einfluss der Bolzenballigkeit 36 4.3.4 Einfluss der Einbettungsbauform 36 4.3.5 Einfluss der Lagerbelastung und des Nenndurchmessers 40 4.3.6 Einfluss der Lagerluft 41 4.3.7 Weitere Parameterstudien 42 4.4 Ableitung von Konstruktions- und Werkstoffanforderungen 43 4.5 Experimentelle Festigkeitsuntersuchung 45 4.5.1 Prüfstandsvorrichtungen 46 4.5.2 Proben zur Festigkeitsuntersuchung und Messprogramm 47 4.5.3 Statische und dynamische Tragfähigkeit keramischer Gleitlager 49 5 Design eines fluidfreien und reibwertreduzierten Tribologiesystems (tribologische Lebensdauer) 51 5.1 Allgemeine und keramische Tribologie 53 5.2 Zusammenfassung tribologischer Kennwerte einer Si3N4-Stahl-Paarung 57 5.3 Möglichkeiten zur Reibwert- und Verschleißreduzierung 59 5.4 Experimentelle Analyse des Tribologiesystems 65 5.4.1 Tribologiesystem und Abbruchkriterien 65 5.4.2 Tribologische Proben und Messprogramm 69 5.4.3 Ergebnisse zum Reibwert und zum erzielbaren Gleitweg 74 5.4.4 Verschleißzustände und tribologisches Verhalten 78 5.4.5 Diskussion der tribologischen Ergebnisse 83 6 Berechnungsvorschrift zu rein elastisch beanspruchten Gleitlagerbuchsen nach dem Spannungsminimum 85 7 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse 90 8 Ausblick 93 Literaturverzeichnis 95 Anlagenverzeichnis 97