Today's economic and ecological directives demand for highly sustainable machine parts by low production cost and energy consumption. Consequently, it is crucial to guarantee a long service life by protecting all components against wear and corrosion. However, hydraulic components always include stressed surfaces, which suffer from heavy loads at high relative speeds. To prevent fretting, coating processes like thermal spraying or hard chrome have a long history in the field of hydraulics. New additive laser-based processes like EHLA and LPBF offer the potential to apply new coatings without environmentally hazardous substances such as chromium or to manufacture complex parts with new functionalities. So far, additively manufactured surfaces with relative movements are post-processed to obtain surface qualities similar to subtractive methods, as the tribological properties of additive surfaces have not been investigated to date. Therefore, this paper investigates the frictional behavior of 316L surfaces produced by laser-based EHLA and LPBF processes using a disc-disc tribometer.

The friction process occurs in most structures, especially in contact between two faces with relative motion. The process of friction and abrasion affects the productivity and performance of equipment. In this study, the simulations and experimentations are formed to understand the friction and wear properties of hydraulic rubber seals. The tribometer test rig is developed to investigate rubber samples' friction and abrasion properties with different contact conditions. An observation structure to measure the contact area of the rubber sample also was constructed. The experiments are performed with different contact conditions (dry contact, wet contact, mud contact), different geometry of sample (half-cylinder, half-sphere), quite different contact directions (sliding direction axial and sliding direction lateral), fillet radius, contact angle or rubber material with different sliding velocities and normal forces. In addition, the contact process of rubber seals is simulated and equations for seal wear for the specific experimental conditions are formulated.:CHAPTER 1 Introduction .....................................................................................1 1.1 Motivation and objectives of the thesis…………….………..…..….........…….1 1.2 Structure of the dissertation.........................................................................3 CHAPTER 2 State of the Art………………………………………………...………....4 2.1 Water hydraulic seal.....................................................................................4 2.2 Fundamental tribology..................................................................................7 2.3 Experimental Investigation...........................................................................15 2.4 Simulation....................................................................................................19 CHAPTER 3 Test setup........................................................................................21 3.1 Tribometer test rig........................................................................................21 3.2 Setup for experimental investigation with rubber block……….........………...24 3.3 Setup for experimental investigation with a hydraulic seal………........……..32 3.4 Setup for Simulation………………………………………………..…................37 CHAPTER 4 Friction characteristics of the rubber block………………..…...….38 4.1 Influences on friction characteristic…………………………….…...........…….39 4.2 Test configuration and analysis of measured data…………………..............42 4.3 Results of experiments................................................................................44 4.4 Summary ……………………………………………….……………..............….58 CHAPTER 5 Experimental investigation with hydraulic seals……………….…..60 5.1 Test configuration…………………………………………………….................60 5.2 Result of experimental investigation ………………………….............………64 5.3 Summary…………………………………………………………..............…..….82 CHAPTER 6 Simulation…………………………………………….......……….…..83 6.1 Contact model………………………………………………….............………..83 6.2 Results of simulation……………………………………….…….............….…..85 6.3 Wear equation………………………………………………….............……...…94 6.4 Summary ………………………………………………………...............………102 CHAPTER 7 Conclusions and Recommendations …………….…………………..104 7.1 Summary and conclusion ……………………………………..................……104 7.2 Recommendations…………………….………………………............…….….108 References………………………………………………...…………….....……...…..109

Die vorliegende Arbeit schafft einen wichtigen Beitrag zum allgemeinen von fettgeschmierter Radialwellendichtungen. Es erfolgte eine breitangelegte experimentelle Einflussuntersuchung am Tribosystem Dichtung. Dies geschah sowohl durch Variation der Systemkenngrößen, wie z.B. Geschwindigkeit und Schmierstoff, als auch der tribologische Kenngrößen, wie z.B. Kontaktfläche oder -pressung durch die Wahl verschiedener Dichtungsbauarten- und Baugrößen. Durch Scherratenversuche wurde ein Viskositätsmodell für die Berechnung von strukturviskosen Fluiden und die Ableitung eines Temperaturberechnungsmodells für beliebige Wellendurchmesser realisiert. Anhand bestehender Ansätze wurden beide Modelle kombiniert genutzt zur Berechnung der Schmierfilmhöhe im Dichtspalt für die untersuchten Dichtungen. Hierbei wird der Unterschied zwischen Fett- und Ölcharakteristik herausgestellt. Durch eine erweiterte Geschwindigkeitsuntersuchung wird der Einfluss auf den Verlauf des GÜMBEL-Diagramms und seiner Funktion aufgezeigt.

Technische Systeme nutzen sich ab. Dadurch bedingt kommt es zu Ausfällen. Um die Funktionstüchtigkeit von abgenutzten technischen Systemen wiederherzustellen, werden Instandsetzungsmaßnahmen durchgeführt. Da die Folgen eines unerwartet eintretenden Ausfalls drastisch sein können, ist es sinnvoll, das Abnutzungsverhalten eines technischen Systems vorherzusagen und so den Zeitpunkt von Instandsetzungsmaßnahmen zielgerichtet zu planen. Die Erstellung von Abnutzungsprognosen wird dadurch erschwert, dass sich technische Systeme oft variabel, in Abhängigkeit von auf sie einwirkenden Beanspruchungen, abnutzen. Außerdem wird diese Abnutzungsvariabilität von betriebsbedingten Einflüssen überlagert, was deren Modellierung erschwert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Lösungsansätze entwickelt, die es ermöglichen, die Abnutzungsvariabilität eines technischen Systems in Abnutzungsprognosen zu integrieren und dabei betriebsbedingte Einflüsse zu berücksichtigen. Somit können Instandsetzungsmaßnahmen präziser geplant, Ressourcen geschont sowie Kosten reduziert werden. / Technical systems are prone to deterioration. This leads to negative consequences like break-downs. Maintenance actions are executed in order to transfer technical systems back into healthy states. If break downs occur suddenly, the consequences can be dramatic. Therefore, it is reasonable to schedule maintenance actions based on health-state predictions. Thereby, health state predictions are impeded by the fact that technical systems often deteriorate variably, depending on certain stress factors. Furthermore, the effects of variable deterioration behavior can be hidden by system specific behavior. Thus, approaches are shown which integrate variable deterioration behavior into healthstate predictions while influences caused by the system specific behavior are considered. Consequently, maintenance actions can be scheduled more efficiently which spares resources and reduces costs.

In dieser Arbeit wird das Verhalten von gewickelten Seilen aus Stahllitze unter Zug- und Biegebelastung mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente untersucht. Ausgehend von dem Modell einer einfachen Litze mit einem Kern- und sechs Außendrähten erfolgt eine ausführliche Analyse der Spannungsverteilung sowohl bei rein axialer Belastung als auch bei Biegung über eine Seilscheibe. Darauf aufbauend wird das Simulationsmodell schrittweise um komplexere Seilkonstruktionen bis hin zu zweifachen Verseilungen erweitert. Daran schließt sich die Untersuchung der inneren Belastungen bei Einbettung in ein Elastomer an, wie dies bei Zugsträngen in Riemengetrieben der Fall ist, sowie der spezifischen Einflüsse der Verzahnung auf die Seilbeanspruchung bei Zahnriemengetrieben. Des weiteren wird eine Möglichkeit der Validierung der Modelle vorgestellt, die ein experimentelles Ermitteln der Relativverschiebungen der Filamente auch im Inneren des Seils zulässt. Abschließend folgen Richtlinien zur Auslegung von Zugsträngen in Zahnriemen sowie Vorschläge, die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse in eine zukünftige Verschleißtheorie einfließen zu lassen. / This work examines the behaviour of steel cords under tensile loading and bending by the Method of Finite Elements (FEM). Beginning with a simple strand consisting of one centre and six outer wires a detailed analysis of the stress distribution is made for pure strain as well as for bending over a sheave. Based on this examination the model is extended step by step towards complex cord constructions. The investigation of cables embedded in an elastomer follows, especially the influence of a tooth profile of timing belts on the load inside the cable. Furthermore, a possible validation method for the model is presented. In conclusion directives are given for steel cord design in timing belts and suggestions are made to use the results in a wear model in the future.

Gegenstand der Dissertationsschrift ist eine Darstellung des gegebenen Wissensstandes zum Scherschneiden anhand der Literatur, mit einer Einordnung des Schrägschneidens. Auf dieser Grundlage erfolgt eine Verfahrens- und Prozeßbeschreibung des Schrägschneidens, als Variante des Scherschneidens, insbesondere eine Untersuchung des auftretenden Verschleisses. Es wird die Anwendung des Laser-Pulver-Auftragschweißen an Schneidwerkzeugen zur Verschleißminimierung erprobt und bewertet.:1. Einleitung 2. Systematisierung von Profilen und Rohren 3. Herstellung von Profilen und Rohren 3.1. Fertigung von Profilen und Rohren 3.2. Trennen von Profilen und Rohren 4. Zerteilen – Stand der Technik 4.1. Systematik der Zerteilverfahren 4.2. Scherschneiden von Feinblechen 4.2.1. Schneidspalt und Schnittflächenqualität 4.2.2. Schneidkraft Scherschneiden im vollkantigen Schnitt Scherschneiden im kreuzenden Schnitt, Schrägschneiden 4.2.3. Werkzeugverschleiß 4.2.4. Schneidgeschwindigkeit 4.3. Beschichtungen an Werkzeugen zum Schneiden 5. Zielstellung und Inhalt der Arbeit 6. Scherschneiden von Leichtbauprofilen und –rohren 6.1. Schneidvorgang 6.2. Werkzeugaufbau 6.3. Auslegung von Scherschneidwerkzeugen für Leichtbauprofile und –rohre 6.4. Versuche zum Scherschneiden mit Schneidmessern von Leichbauprofilen und –rohren 6.4.1. Schneidspalt und Schnittflächenqualität 6.4.2. Schneidkraft und Schneidkraftverlauf 6.4.3. Werkzeugverschleiß 7. Laser-Pulver-Auftragsschweißen hartstoffverstärkter Verschleißschutz- schichten auf Schneidflächen von Schneidmessern 7.1. Laser-Pulver-Auftragschweißen 7.2. Werkstoffe 7.2.1. Grundmaterial 7.2.2. Zusatzwerkstoffe/Hartstoffe 7.2.3. Versuche zum Laser-Pulver-Auftragschweißen an Schneidflächen von Schneidmessern 7.3. Versuche zum Schrägschneiden mit hartstoffverstärkten Verschleißschutzschichten 8 Vergleich und Bewertung der Beschichtungssysteme 9. Zusammenfassung und Ausblick Anhang Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis

In dieser Arbeit wird das Verhalten von gewickelten Seilen aus Stahllitze unter Zug- und Biegebelastung mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente untersucht. Ausgehend von dem Modell einer einfachen Litze mit einem Kern- und sechs Außendrähten erfolgt eine ausführliche Analyse der Spannungsverteilung sowohl bei rein axialer Belastung als auch bei Biegung über eine Seilscheibe. Darauf aufbauend wird das Simulationsmodell schrittweise um komplexere Seilkonstruktionen bis hin zu zweifachen Verseilungen erweitert. Daran schließt sich die Untersuchung der inneren Belastungen bei Einbettung in ein Elastomer an, wie dies bei Zugsträngen in Riemengetrieben der Fall ist, sowie der spezifischen Einflüsse der Verzahnung auf die Seilbeanspruchung bei Zahnriemengetrieben. Des weiteren wird eine Möglichkeit der Validierung der Modelle vorgestellt, die ein experimentelles Ermitteln der Relativverschiebungen der Filamente auch im Inneren des Seils zulässt. Abschließend folgen Richtlinien zur Auslegung von Zugsträngen in Zahnriemen sowie Vorschläge, die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse in eine zukünftige Verschleißtheorie einfließen zu lassen. / This work examines the behaviour of steel cords under tensile loading and bending by the Method of Finite Elements (FEM). Beginning with a simple strand consisting of one centre and six outer wires a detailed analysis of the stress distribution is made for pure strain as well as for bending over a sheave. Based on this examination the model is extended step by step towards complex cord constructions. The investigation of cables embedded in an elastomer follows, especially the influence of a tooth profile of timing belts on the load inside the cable. Furthermore, a possible validation method for the model is presented. In conclusion directives are given for steel cord design in timing belts and suggestions are made to use the results in a wear model in the future.

Today, lead is used in various engineering applications due to its desirable tribological properties. However, the negative health and environmental impacts associated with lead have raised concerns and resulted in regulatory restrictions on its use. It is therefore nessessary to fnd lead-free materials that can provide similar or even better performance than the commonly used lead-containing alloys. Scania, currently uses leaded alloys for a number of gearbox components where sliding wear can be an issue. This study aims to evaluate the tribological properties of fve lead-free alternative materials and assess their suitability as replacement for the currently used material, Leaded Brass. The tests were conducted in a pin-on-disk setup under similar conditions of those found in Scania’s gearbox. The results showed that the friction and wear was similar between Copper Beryllium and Leaded Brass, which indicates that Copper Beryllium is a potential replacement. Additionally, Nedox and Aluminum Bronze (APS) demonstrated signifcantly superior wear resistance, exhibiting 97% less wear compared to Leaded Brass while maintaining similar friction levels. These results underscore the potential for implementing lead-free materials to enhance sustainability and performance in critical applications like gearbox components. / Idag används bly i olika tekniska tillämpningar på grund av dess önskvärda tribologiska egenskaper. Men de negativa hälso- och miljöeffekterna associerade med bly har väckt oro och resulterat i reglerande begränsningar för dess användning. Det är därför nödvändigt att hitta blyfria material som kan erbjuda liknande eller till och med bättre prestanda än de vanligt förekommande blyhaltiga legeringarna. Scania använder för närvarande blyhaltiga legeringar för ett antal växellådskomponenter där glidande slitage kan vara ett problem. Denna studie syftar till att utvärdera de tribologiska egenskaperna hos fem blyfria alternativa material och bedöma deras lämplighet som ersättning för det nuvarande materialet, blyhaltig mässing. Testerna utfördes i en pin-on-disk konfiguration under liknande förhållanden som de som återfinns i Scanias växellåda. Resultaten visade att friktionen och slitage var liknande mellan kopparberyllium och blyhaltig mässing, vilket tyder på att kopparberyllium är en potentiell ersättare. Dessutom visade Nedox och aluminiumbrons (APS) betydligt överlägsen slitagebeständighet, med 97% mindre slitage jämfört med blyhaltig mässing, samtidigt som båda materialen hade liknande friktionsnivåer. Dessa resultat visar potentialen som finns med att implementera blyfria material för att förbättra hållbarheten och prestandan i kritiska tillämpningar som växellådskomponenter. / Heutzutage wird Blei aufgrund seiner wünschenswerten tribologischen Eigenschaften in verschiedenen technischen Anwendungen verwendet. Jedoch haben die negativen gesundheitlichen und Umweltauswirkungen, die mit Blei verbunden sind, Bedenken hervorgerufen und zu regulatorischen Beschränkungen seiner Verwendung geführt. Daher ist es notwendig, bleifreie Materialien zu finden, die ähnliche oder sogar bessere Leistungen als die üblicherweise verwendeten bleihaltigen Legierungen bieten können. Scania verwendet derzeit bleihaltige Legierungen für eine Reihe von Getriebekomponenten, bei denen Gleitverschleiß auftreten kann. Das Ziel dieser Studie ist es, die tribologischen Eigenschaften von fünf bleifreien Alternativmaterialien zu bewerten und ihre Eignung als Ersatz für das derzeit verwendete Material, Bleihaltiges Messing, zu prüfen. Die Tests wurden in einem Pin-on-Disk-Aufbau unter ähnlichen Bedingungen wie in den Getrieben von Scania durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Reibung und Verschleiß zwischen Kupferberyllium und Bleihaltigem Messing ähnlich waren, was darauf hinweist, dass Kupferberyllium ein potenzieller Ersatz sein könnte. Darüber hinaus wiesen Nedox und Aluminiumbronze (APS) eine signifikant überlegene Verschleißfestigkeit auf und zeigten 97 % weniger Verschleiß im Vergleich zu Bleihaltigem Messing bei gleichbleibendem Reibungsniveau. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial zur Implementierung von bleifreien Materialien, um die Nachhaltigkeit und Leistungsfähigkeit in kritischen Anwendungen wie Getriebekomponenten zu verbessern.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Spritzgießwerkzeug mit einem neuartigen Mehrschichtverbundheizsystem zur dynamischen Temperierung entwickelt und umgesetzt. Dabei wurde das ausgewählte Heiz‐ und Kühlsystem unter theoretischen und praktischen Gesichtspunkten betrachtet und für den variothermen Fertigungsprozess verifiziert. Aus den ersten durchgeführten praktischen Versuchen zeigte sich, dass dieses Heizsystem zur dynamischen Temperierung von Formwerkzeugen geeignet ist. Anschließend wurden mit dem realisierten Spritzgießwerkzeug Versuchskörper mit spezieller Oberflächenstrukturierung und variierenden Werkzeugwandtemperaturen angefertigt und untersucht. Ziel war es, über diese Strukturierung eine Beeinflussung der Glasfaserverteilung im Formteilrandbereich zu erreichen und die tribologischen Eigenschaften bei Kunststoff‐Kunststoff‐Gleitpaarungen hinsichtlich Reibung und Verschleiß zu verbessern. Mit einer kleinen Auswahl an Strukturen und entsprechenden thermoplastischen Polymermaterialien wurden praktische Versuche zur tribologischen Prüfung durchgeführt. / In the present work an injection mould was developed and implemented with a novel multilayer composite heating system for dynamic temperature control. Here the selected heating and cooling system was considered from a theoretical and practical point of view and verified for the variothermal manufacturing process. The first practical tests showed that this heating system is suitable for the dynamic temperature control of tools. Subsequently, with this injection mould, test specimens with a special surface structure and varying mould wall temperatures were produced and examined. The aim was to achieve through this structuring an impact on the distribution of glass fibres in the edge region of mouldings and improve the tribological properties of plastic‐plastic‐pairings in terms of friction and wear. With a small selection of structures and corresponding thermoplastic polymeric materials practical experiments for tribological testing were performed.