Neuartiger Ansatz zur Untersuchung des tribologischen Systems Ventilspindel/Sitzring für Großgasmotoren
Zusammenfassung
Kurzfassung
Die technische Entwicklung von Großgasmotoren in den Bereichen Marine, Lokomotive und insbesondere Kraftwerk hat zu mechanischen Wirkungsgraden von über 50 % geführt, wodurch das tribologische System Ventilspindel/Sitzring an den Grenzen seiner Funktionsfähigkeit eingesetzt wird. Problemverschärfend wirkt eine zunehmend strengere Abgasgesetzgebung. Hocheffiziente Großgasmotoren werden im Systemverbund mit neuen Technologiekonzepten als potenzieller Ansatz für einen emissions- und kostenreduzierten Betrieb gesehen. Die steigenden Zünddrücke, höheren Temperaturen und reduzierten Verbrennungsrückstände bewirken aufgrund neuartiger Betriebsbedingungen einen hohen Ventilverschleiß mit vorzeitigem Funktionsausfall.
Inhaltsverzeichnis
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Schlagworte
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- I–XIV
- 1–41 1 Einleitung 1–41
- 1.1 Motivation des neuartigen Ventilverschleißprüfstands
- 1.2 Tribologische Grundlagen
- 1.2.1 Gleitreibung
- 1.2.2 Verschleiß
- 1.2.3 Gleitverschleiß
- 1.2.4 Gleitverschleiß bei Hochtemperatur
- 1.2.5 Stoßverschleiß
- 1.2.6 Milder Verschleiß
- 1.2.7 Dritter Körper
- 1.3 Ventilsystem in 4-Takt-Großgasmotoren
- 1.3.1 Ventilspindel und Sitzring
- 1.3.2 Werkstoffe
- 1.3.3 Ventilverschleiß
- 1.4 Ventilverschleißprüfstände
- 1.5 Zukünftige Trends in der Großgasmotorenentwicklung
- 1.6 Ziel und Ansatz der Arbeit
- 42–62 2 Untersuchung der Verschleißmechanismen zur Prüfstandsentwicklung 42–62
- 2.1 Probenmaterial
- 2.2 Mikrostrukturanalyse
- 2.2.1 Durchführung und Mikroskopie
- 2.2.2 Spektroskopie
- 2.2.3 Profilometrie
- 2.3 Stellite™ 12-Ventilspindeln mit Verschleißraten von bis zu 11,81 mm³/h
- 2.3.1 Mikroskopie
- 2.3.2 Profilometrie
- 2.3.3 Röntgenphotoelektronenspektroskopie
- 2.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
- 63–94 3 Entwicklung, Konstruktion und Aufbau eines neuartigen Ventilverschleißprüfstands 63–94
- 3.1 Prüfstandskonzept
- 3.1.1 Maschinengestell und Aktuatorik
- 3.1.2 Prüfmodus I und II
- 3.2 Aufbau des Ventilverschleißprüfstands
- 3.2.1 Prüfgestell
- 3.2.2 Tastversuche zur Induktionsheizung
- 3.2.3 Gasdichte Klimakammer
- 3.2.4 Prüfmodus I – Simulation des Ventilschließens
- 3.2.5 Ölschmierung und Kühlung
- 3.2.6 Vorversuche zum Kühlsystem
- 3.2.7 Prüfmodus II – Simulation des Verbrennungsdrucks
- 3.2.8 Messtechnik und Peripherie
- 3.2.9 Ausrichtung des Prüfaufbaus
- 3.3 Versuchsablaufplan
- 3.4 Validierung des Ventilverschleißprüfstands
- 3.4.1 Ventilrotation
- 3.4.2 Kühlsystem
- 3.4.3 Verschleißerscheinungsformen
- 3.4.4 Verschleißrate
- 95–111 4 Erste Ergebnisse aus den Prüfstandsversuchen 95–111
- 4.1 Ventilschließen an Luft bei 380 °C
- 4.1.1 Quantitative Verschleißanalyse
- 4.1.2 Mikrostrukturanalyse
- 4.2 Verbrennungsdruck an Luft bei 380 °C
- 4.2.1 Quantitative Verschleißanalyse
- 4.2.2 Mikrostrukturanalyse
- 112–122 5 Diskussion 112–122
- 5.1 Validierung des VVPs
- 5.2 Einfluss der Mikrostruktur
- 5.3 Neue Erkenntnisse zum Einfluss des Ventilschließens
- 5.4 Neue Erkenntnisse zum Einfluss des Verbrennungsdrucks
- 5.5 Schlussfolgerungen für zukünftige Großgasmotoren
- 123–127 6 Zusammenfassung und Ausblick 123–127
- 6.1 Prüfstandsvalidierung
- 6.2 Prüfstandsversuche
- 6.3 Ausblick
- 128–130 7 Anhang 128–130
- 131–144 8 Literaturverzeichnis 131–144
