The wear process in three-body contact causes problems of abrasion such as volume loss and changes of geometry of the triboelements. The wear problem leads to increased failure and high costs for repairing or replacing equipment. To understand the nature of the wear behaviour and to predict the wear rate in advance, experimental investigation and numerical simulation of the wear process are required. In this work, the wear process is analysed and the influencing parameters governing the wear behaviour are investigated experimentally to develop a new wear model. Main influential factors are considered such as kinematics of abrasive particles, contact stiffness of the particle layer, friction characteristics, and wear factors. The experiments to study kinematics of particle layers are performed on a new observation tester. To define the contact stiffness of abrasive particles, experiments are conducted by the uniaxial spindle compression tester. Moreover, a tribometer test rig with applied load up to 200 N and velocity up to 1000 mm/s is used to investigate the friction characteristics and the wear behaviour of three-body tribosystem. Analyses of influential factors on the wear behaviour in dependency of predefined process parameter are carried out. Additionally, based on the results of the experimental investigations, approximation equations representing the relation of the influential factors and the process parameters are determined. A three-body wear model is build up to represent the wear behaviour by physical wear laws. Furthermore, these approximation equations and the relevant parameters obtained by experimental investigations are included in the Fleischer’s wear equation to simulate the wear process. With the coupled model the wear process of the sample can be simulated twodimensional over the sliding distance. It is possible to predict the wear depth and the wear intensity, which can be used to estimate the wear rate. Additionally, from the results of the wear simulation the worn surface and the local contact pressure in the contact region are determined which provide a deeper insight into the wear process. With this simulation the understanding of the wear behaviour can be improved which is important to solve wear problems.

Für die Stetigförderung von Gütern werden zunehmend Kunststoffgleitketten und Führungsschienen eingesetzt. Einerseits wird dies durch Möglichkeiten wie die Herstellung im Spritzgieß- oder Extrusionsverfahren, der Verzicht auf Schmierung im Betrieb und eine hohe Anpassungsmöglichkeit der Werkstoffe nach Einsatzbedingungen begünstigt. Andererseits untermauert das Eigenschaftenportfolie wie geringe Dichte, hohe Korrosionsbeständigkeit und gute tribologische Eigenschaften den Einsatz von Kunststoffen in Förderanlagen. Die Förderanlage selbst weist dabei vielerlei tribologische Kontaktstellen auf. Je nach Aufbau der Kette (gerad- oder kurvengängig) entstehen verschiedene Kontaktbereiche, welche diversen Pressungen (0,05 – 15 MPa) und unterschiedlich andauernden Belastungszeiträumen unterliegen. Allen Kettensystemen gemein ist die Kontaktpaarung Kette/ Abstützung (Gleitschiene). Besondere Bedeutung hinsichtlich der Energieeffizienz erlangt diese Paarung aufgrund der Tatsache, dass ein Bewegungswiderstand zwischen Gleitkette und der entsprechenden Abstützung überwunden werden muss. Der Reibwert beeinflusst maßgeblich die benötigte Antriebsenergie und hat Auswirkungen auf die Belastung und den Verschleiß des Kettensystems. Als Kettenwerkstoffe haben sich besonders die technischen Kunststoffe Polyoxy-methylen (POM), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyamid (PA) am Markt bewiesen, für Gleitschienen wird meist ultrahochmolekulares Polyethylen (PE UHMW) verwendet. Trotz der Beschränkung auf diese Polymere ergibt sich durch die Zugabe von Additiven und/ oder Fasern ein sehr breites Werkstoffspektrum. Im Beitrag werden gesammelte Erkenntnisse und Phänomene der tribologischen Modellprüfung am eigens entwickelten Prüfstand des Institutes für Fördertechnik und Kunststoffe (ifk) der TU Chemnitz beschrieben. Es werden Erklärungsansätze für den Einfluss der Umgebungs- und Kontakttemperatur, Oberflächenstrukturierung und die Wirkung einzelner Gleitadditive auf das Reibungs- und Verschleißverhalten erörtert.

Im Beitrag werden Möglichkeiten zur Optimierung von Reibsystemen durch geometrische Veränderung der Kontaktfläche erörtert. Als mögliches Einsatzgebiet bieten sich Linearführungen, wie sie z. B. an einem Gleitkettenförderderer im Bereich der Fördertechnik vorliegen, an. Die Untersuchungen zeigen, dass die sich einstellende Flächenpressung einen erheblichen Einfluss auf den Reibwert hat und, wie experimentell nachgewiesen wurde, zu einer Halbierung des Reibwertes führen kann. Basierend auf Ergebnissen mit mikrostrukturierten Oberflächen (Erodierstrukturen verschiedener Rauigkeitsklassen), wurde die Probengeometrie vereinfacht und die dargestellten Experimente mit kugelförmigen Probekörpern durchgeführt. Für die Versuche wurde ein nach dem Kugel-Platte-Prinzip arbeitendes Tribometer mit oszillierender Bewegung einer fixierten Kugel über eine fest eingespannte Platte verwendet. Die Versuchsdauer betrug jeweils mindestens 24 h. Ein Großteil der Untersuchungen wurde mit verschieden additivierten PE-UHMW-Typen als Plattenwerkstoff und Kugeln aus Stahl, PA und POM als Gegenkörper durchgeführt. Weiterhin wurden Plattenwerkstoffe wie PP, POM und PE-300 betrachtet, wobei grundlegend das gleiche Reibverhalten zu beobachten war. Allerdings fällt der Verschleiß an den PE-UHMW besonders gering aus und äußert sich nur durch eine definierte Laufspur ohne nennenswerte Abriebpartikel. Die aufgebrachten Lasten im Bereich von FN = 10 – 280 N bei einem Kugeldurchmesser von 8 mm führen dabei bei allen Proben zur Überschreitung der Streckgrenze und in Folge liegt eine plastisch deformierte Laufspur vor. Weiterhin wurde anhand ausgewählter Paarungen die Geschwindigkeit von 0,01 – 0,7 m/s variiert, wobei die Paarungen mit Kunststoffkugeln hier ebenfalls eine deutliche Reduktion des Reibwertes (bis 30 %) bei Geschwindigkeitserhöhung zeigten. Anhand ausgewählter Experimente werden die Ergebnisse hinsichtlich des Temperatureinflusses sowie deformativer und adhäsiver Reibanteile diskutiert. Die positiven Resultate zeigen, dass durch das gezielte Einstellen der Flächenpressung mit Hilfe von Oberflächenstrukturen Reibwertreduktion von 50% möglich sind. Dieses Verhalten geht mit der Verschleißreduktion und einer Stabilisierung des Reibwertverlaufs im Vergleich zu flächigen Probekörpern einher. Perspektivisch kann dadurch auf eine aufwendige Additivierung der beteiligten Kunststoffe (z. B. mit Wachs, Silikonöl, PTFE) verzichtet werden und das Eigenschaftenprofil (Festigkeit, Steifigkeit) der Werkstoffe bleibt unverändert.

Das thermische Spritzen ist geeignet Kompositschichten herzustellen, deren Einsatzgebiet hauptsächlich im Verschleißschutz liegt. Bisher lag der Schwerpunkt in der Untersuchung partikelverstärkter Schichten. Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von C-kurzfaserverstärkten Schichten mit einer Aluminiummatrix. Als Spritzverfahren kamen das DC-Plasmaspritzen und das HF-Plasmaspritzen zur Anwendung. Die Aluminiumpulver und Kohlenstoffkurzfasern werden dafür agglomeriert. Gegenübergestellt wurden für beide Spritzverfahren die Mikrostrukturen der Schichten und das Verschleißverhalten. Die Kompositschichten können im Vergleich mit unverstärktem Aluminium ein deutlich verbessertes Verschleißverhalten aufweisen. Dies konnte in Gleit- und Schwingverschleißprüfungen nachgewiesen werden. Weiterhin wird auf eine für thermisch gespritzte Schichten charakteristische Fasereinbettung in die metallische Matrix hingewiesen, die zu einem speziellen Schädigungsmechanismus bei den Verschleißtests führt.

Die wesentlichen Ziele der vorliegenden Arbeit bestehen darin, das Verständnis für die Einsatzgrenzen und -möglichkeiten von thermoplastischen Massivgleitlagern radialer Ausführung unter den verschiedenartigen Betriebsbedingungen zu verbessern, die Kompliziertheit des tribologischen Systems Polymer-gleitlager / Welle zu verdeutlichen und ggf. Problemlösungen anzubieten. Es werden dafür die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen mit Mantel- und Buchsen-lagern im Langzeitbetrieb und im Aussetzbetrieb, jeweils mit und ohne Initialschmierung, vorgestellt und bewertet. Im Vordergrund stehen das Reibungs- und Verschleißverhalten jener Gleitlager. Die falsche Auslegung des Lagerspiels ist bei Trockenlaufgleitlagern wahrscheinlich die häufigste Ausfallursache. Die Ergebnisse eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Rechengangs für die Bestimmung des notwendigen Einbaulagerspiels von Buchsenlagern werden den experimentell ermittelten Ergebnissen gegenübergestellt. Die Berechnungen ergeben nach bisherigem Wissen im Vergleich zu den Lagerspielversuchen etwas größere notwendige Einbaulagerspiele.

Das Ziel der Arbeit bestand darin, einen Beitrag zur Verschleißminderung der Arbeitsorgane von Gutbett-Walzenmühlen zu leisten. Ausgehend von einer umfangreichen Literaturrecherche zum Dreikörper-Abrasivverschleiß und auf diesem Gebiet etablierten Verschleißprüfmethoden und einem anschließenden Vergleich mit den gestellten Anforderungen einer möglichst praxisnahen Versuchsdurchführung wurde ein Versuchsstand entwickelt und gebaut. Herzstück der Anlage ist eine Gutbett-Walzenmühle, die mit zahlreichen Messstellen versehen ist, um dem Betreiber zu ermöglichen, verschiedene Betriebsparameter während des Versuches zu erfassen und diese Daten einer umfangreichen Auswertung zugrundezulegen. Nach einführenden Versuchen wurden verschiedene Verschleißschutzwerkstoffe mit unterschiedlichen Abrasiven getestet. Die dimensionslos dargestellten Verschleißbeträge wurden diskutiert. Die Praxisrelevanz der Versuchsergebnisse wurde nachgewiesen.

Einleitung und Fragestellung Die Arbeit analysiert die klinischen Ergebnisse und die Patientenzufriedenheit nach einem isolierten Wechsel der Polyäthylenlauffläche der Hüftprothesenpfanne Duraloc® bei abgeriebenen Inlays. Bei dem Modell Duraloc® handelt es sich um ein zementfreies Acetabulum-System, bestehend aus einer Titan Schale, einem Polyäthylen-Inlay und einem Fixationsring. Der Abrieb des Inlays entsteht vor allem durch die Reibung des Metall- oder Keramikkopfes der Femurkomponente gegen den Kunststoff der Prothesenpfanne. Die Abriebpartikel führen langfristig zu Osteolysen mit nachfolgender Implantatlockerung. In der aktuellen Literatur finden sich keine eindeutigen Empfehlungen für den günstigsten Zeitpunkt des Inlaywechsels. Die Arbeit untersucht die klinischen Ergebnisse nach einem isolierten Polyäthylenaustausch auf Grund von Verschleiß der Hüftprothesenpfanne des Modells Duraloc® der Firma DePuy und ob diese einen Einfluss auf die Patientenzufriedenheit haben. Auch wurde das Ausmaß des Verschleißes gemessen und untersucht, ob der Inklinationswinkel den Verschleiß begünstigt hat. Material und Methode Eine konsekutive Serie von 51 Inlaywechseln bei Patienten mit primärer Hüft- Totalendoprothese wurde herangezogen. Nach Anwendung der gesetzten Einschlusskriterien (verwendete Endoprothese: Acetabulum Schalen-System Duraloc®, nachweisbarer Inlayverschleiß) und Ausschlusskriterien (präoperativ nachgewiesene Keime im Hüftgelenk, Austausch des Inlays primär auf Grund von Komplikationen wie beispielsweise Impingement oder Luxation und Revision einer anderen Prothese als die Hüftprothesenpfanne des Modells Duraloc®) verblieben 42 Implantatwechsel in der Studie, welche untersucht wurden. Der durchschnittliche Nachuntersuchungszeitraum betrug 1,5 Jahre postoperativ. Es wurden die Krankenblattunterlagen und bildgebenden Untersuchungen (prä- und postoperative Röntgenaufnahmen, bei vorliegenden Osteolysen Computertomographie) ausgewertet. Die Patienten wurden mit Fragebögen zu prä- und postoperativen Funktionsbeeinträchtigungen, den prä- und postoperativen Schmerzen und ihrer Zufriedenheit befragt. Aufgestellte Nullhypothesen wurden auf einen statistischen Zusammenhang mittels Pearson-Chi-Quadrat-Test überprüft. Hierzu wurde zwischen Patienten, die mit dem Operationsergebnis zufrieden waren, und Patienten, die mit dem Operationsergebnis unzufrieden waren, unterschieden. Weiter wurde analysiert, ob es einen Unterschied in der Zufriedenheit zwischen präoperativ asymptomatischen und präoperativ symptomatischen Patienten gab. Zur Untersuchung, ob es einen Zusammenhang von Verschleiß und Inklinationswinkel gibt, wurde eine lineare Regressionsanalyse durchgeführt. Resultate Bei den präoperativ symptomatischen Patienten nahmen die Beschwerden ab, die Beweglichkeit verbesserte sich. Insgesamt 75,7 % der Patienten gaben an zufrieden zu sein. Die Zufriedenheit der präoperativ symptomatischen Patienten lag bei 77,8 % bei präoperativ asymptomatischen Patienten lag sie bei 70,0 %. Neun Patienten waren mit dem Operationsergebnis unzufrieden. Die statistische Untersuchung ergab dabei keinen Zusammenhang zwischen der Unzufriedenheit und dem Auftreten einer postoperativen Luxation, einer erheblichen Bewegungseinschränkung oder einer operativen Revision nach dem Inlaywechsel. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Patienten- unzufriedenheit und postoperativen Schmerzen ≥ 5 Punkte auf der Visual Analog Scale (p-Wert 0,04). Die Auswertung der Bildgebung ergab einen Median des Inklinationswinkels von 46,5°. Der Mittelwert des Verschleißes zum Zeitpunkt des Inlaywechsels lag bei 4,78 mm. Das Ausmaß des Verschleißes bewegte sich dabei zwischen 2 mm und 10 mm. Statistisch ließ sich, mittels linearer Regressionsanalyse kein Zusammenhang zwischen dem Verschließ und dem Inklinationswinkel nachweisen. Osteolysen am Femur zeigten sich gehäuft in Zone 1 und 7 nach Gruen. Diskussion Die Bewertung der Operation durch den Patienten, um den Nutzen und Erfolg von Operationen für den Patienten zu evaluieren gewinnt in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung. Die Zufriedenheit unter präoperativ symptomatischen Patienten war um 7,8 % größer als bei präoperativ asymptomatischen Patienten. Ein Zusammenhang zwischen postoperativen Schmerzen ≥ 5 Punkten auf der VAS konnte dabei aufgezeigt werden. Insgesamt zeigte sich jedoch eine Verbesserung der Schmerzen durch die Operation, eine Besserung der Schmerzen konnte auch in anderen Studien gesehen werden. Revisionen auf Grund von postoperativen Schmerzen wurden nicht vorgenommen. Hierzu finden sich in anderen Studien keine einheitlichen Zahlen. Der Wechsel des Inlays ist nach wie vor die bevorzugte Therapie bei signifikantem Inlayverschleiß bei nicht gelockerten modularen zementfreien Pfannen. Die Möglichkeit von im Besonderen postoperativ auftretenden Schmerzen soll dabei gegenüber dem Patienten vor dem Eingriff klar kommuniziert werden. Es empfehlen sich für die Zukunft weitere Studien, die sich gezielt mit Erwartungen und Aktivitäten der Patienten und dem Knochenverlust durch die Abriebpartikel auseinandersetzen, um eine höhere Zufriedenheit mit dem Operationsergebnis und eine Steigerung der Lebensqualität zu erzielen.

Synthetische Hochleistungswerkstoffe, in Faserform, haben sich bisher in Gebieten wie dem Freizeitsport (Klettersport, Segelsport), Seetechnik (Ankerleinen, Zugleinen) und Schutzausrüstung (Ballistik, Arbeitsschutzbekleidung) bewehrt. Die Einführung von Hochleistungsfasern in weiteren Anwendungsfeldern wird durch Schwachstellen im Materialverhalten der Fasern selbst verhindert. So gilt unter Anwendern und Entwicklern das Problemfeld des inneren Verschleißes der textilen Halbzeuge bei Belastung auf Zug und Biegung, durch gegenseitiges Schädigen der Garne, als Haupthindernis zur weiteren Verbreitung von Textilstrukturen aus synthetischen Hochleistungspolymeren. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Lebensdauer von z.B. Seilen und Bändern aus Hochleistungsfasern signifikant erhöht werden kann, falls es gelingt, bestimmte Schädigungsmechanismen wie Alterung durch Strahlung, aggressive Medieneinflüsse und inneren Verschleiß auszuschließen bzw. zu mindern. Da eine, wie auch immer geartete, nachträgliche Ausrüstung oder Modifizierung der Hochleistungsfasern durch den Weiterverarbeiter (z.B. Seilerei, Weberei, Konfektionär etc.) oder individuelle Bereitstellungen durch die Hersteller ausgeschlossen ist, werden für die Erarbeitung von Lösungsansätzen folgende Randbedingungen vorgeschlagen: die Modifikation des Endverbundes erfolgt nicht durch Veränderungen an der Hochleistungsfaser, sondern durch zusätzlich eingebrachte Hilfsfasern. Das Einbringen der Hilfsfasern soll mit in der Textiltechnik üblicher Weise vorhandener Maschinentechnik möglich sein. Die Ausrüstung der Hilfsfasern erfolgt vorrangig durch Additive, primär mittels Compoundierung im Schmelzspinnprozess. Die vorliegende Arbeit wird zunächst versuchen die Auswirkungen dynamischer Belastungsprozesse auf textile Zug- und Tragmittel aus Hochleistungsfasern zu erfassen. Nach Aufnahme des Schadbildes werden dann die ausgerüsteten Hilfsfasern charakterisiert, d.h. es werden solche mechanischen und physikalischen Parameter erfasst und deren Änderung beschrieben, welche in dem zu erwartenden tribologischen System aus Hochleistungsfaser und Hilfsfasern ausschlaggebend sind. / Advanced synthetic materials, in the shape of synthetic high-performance fibers, are well established in areas such as leisure sports (climbing, sailing), maritime technology (anchor lines, load lines) and reinforced protective equipment (ballistics, protective work clothing). The introduction of high-performance fibers in other fields of application is hindered by deficiencies in the material behavior of the fibers themselves. Whereas the problem of inner wear of the textile-semi-finished products, due to tension and bending loads, causes mutual harm to the fibers. This is considered being the main obstacle to the further spread of textile structures made of synthetic high-performance polymers among users and developers. It can be assumed that a significantly increase of lifetime, of e.g. fiber ropes and narrow fabrics, can be achieved if it succeeds, to exclude certain damage mechanisms such as aging resulting from radiation, aggressive media influences and inner wear. Since any subsequently equipment or modification of high-performance fibers by the manipulators (e.g. rope factory) or individual deployments by the manufacturer are excluded, the following general conditions are suggested for the development of approaches in this work. The modification of the final textile product is not been carried out due to changes on the high-performance fiber, but by additionally introduced assisting fibers. Introducing the assisting fibers to the textile product needs to be carried out on textile technology in common ways on existing machinery. The modification of the assisting fibers will be carried out, primarily through commercially available additives, during compounding in the melt spinning process. This paper will first attempt to capture the effect of dynamic load processes on textile-based tension and hoist members, made of high-performance fibers. After recording the damage structure, the equipped assisting fibers are characterized then. The investigations are including such mechanical and physical parameters, which are crucial in the expected tribological system of high-performance fiber and assisting fibers.

Magnesiumwerkstoffe sind aufgrund ihrer geringen Dichte und hohen spezifischen Festigkeit für den Leichtbau prädestiniert. Ziel der vorgelegten Arbeit ist es, durch die gleichzeitige Verbesserung des Korrosions- und Verschleißverhaltens neue Anwendungsfelder für Magnesiumlegierungen zu erschließen. Anhand der Magnesiumlegierung AZ91D wurden die Möglichkeiten einer lokalen beanspruchungsgerechten Modifikation von Struktur und Gefüge im oberflächennahen Bereich durch eine Elektronenstrahl(EB)-Flüssigphasen-Randschichtbehandlung ohne Zusatzstoff (EB-Umschmelzen) und unter Verwendung von Al-Si-Zusatzstoffen (EB-Umschmelzlegieren) aufgezeigt. Die mittels verschiedener hochfrequenter Strahlablenktechniken erzeugten Schichten weisen eine deutliche Gefügefeinung, neue Gefügemorphologien sowie eine veränderte Phasenverteilung und/oder -neubildung auf, sind riss- und porenfrei und haben eine ausgezeichnete schmelzmetallurgische Anbindung an den Grundwerkstoff. Anhand von Tauchversuchen und potentiodynamischen Polarisationsmessungen in verschieden konzentrierten NaCl-Lösungen konnte eine signifikante Verbesserung des Korrosionsverhaltens der generierten Schichten im Vergleich zum Ausgangszustand nachgewiesen werden. EB-umschmelzlegierte Schichten weisen im Ergebnis von Trockenverschleißtests (Stift-Scheibe) eine deutliche Reduzierung des spezifischen Verschleißkoeffizienten auf.

In der Fördertechnik werden zunehmend Transportketten und Gleitelemente aus thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt. Wesentliche Vorteile sind der schmierungsfreie und damit saubere und wartungsarme Betrieb, die geringe Eigenmasse sowie die mit hoher Gestaltungsfreiheit und Effizienz verbundene Fertigungstechnologie im Spritzgießverfahren. Die Bauelemente der Fördersysteme werden in der Praxis sehr unterschiedlich beansprucht. Da jedoch die mechanischen und tribologischen Eigenschaften der Kunststoffe signifikant von den Belastungs- und Umgebungsbedingungen, insbesondere der Temperatur, abhängig sind, ist die Entwicklung und Charakterisierung geeigneter Werkstoffsysteme sehr komplex. Im Vortrag werden diese Herausforderungen thematisiert und Möglichkeiten zur praxisnahen Untersuchung und Bereitstellung von Kennwerten vorgestellt. / In conveyor systems, transport chains and sliding elements made of thermoplastic materials are increasingly used. Major advantages are lubrication-free and so clean and low-maintenance operation, low weight as well as design-flexible and efficient injection molding manufacturing. In practice, components of conveyor systems are stressed in very different ways. However, mechanical and tribological properties of plastics are significantly dependent on load and environmental conditions, in particular temperature. Therefore, the development and characterization of suitable material systems are very complex. In the talk, these challenges are addressed and opportunities for practical investigation and provision of characteristic properties are presented.