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Schmierstoffverteilung

Wie sich Schmieröl in einer laufenden Kupplung verteilt

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Neutronenradiografie macht den Schmierstoff hinter dem Gehäuse sichtbar

Auf den ersten Blick sehen die Bilder aus der Neutronenradiografie wie herkömmliche Röntgenbilder aus. Während Röntgenstrahlen aber durch Metall stark absorbiert werden und das Schmiermittel kaum erkennbar ist, ist es bei Neutronen genau umgekehrt: Metall ist durchsichtig und das Öl absorbiert die Neutronen. „Das liegt daran, dass der Neutronenstrahl vor allem von wasserstoffhaltigen Materialien abgeschwächt wird, also auch von Schmieröl, das aus Kohlenwasserstoffen besteht. Das Aluminiumgehäuse der Kupplung ist hingegen praktisch transparent“, erklärt Christian Grünzweig, Projektleiter für industrielle Anwendungen der „Neutronen Imaging Group“ am Paul Scherrer Institut.

Johannes Ruf und Daniel Helmer, ebenfalls Entwicklungsingenieure bei Luk, waren von den ersten Bilder überrascht: „Nur die ersten drei von acht Lamellen wurden mit Öl benetzt, zu den übrigen gelangte praktisch kein Öl.“ Die Resultate sind unabhängig von der Drehzahl des Motors. Mit erhöhtem Ölvolumenstrom wird zwar Lamelle 5 mit Öl versorgt, die Lamellen 4, 6, 7 und 8 laufen aber nach wie vor nahezu trocken. Doch das Ziel ist, bei einem kleinen Volumenstrom die optimale Schmierung und Kühlung der Lamellen zu erreichen.

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Spezieller Prüfstand erlaubt Aufnahmen mit nur einer Reiblamelle

Für die Messungen arbeiteten die Entwickler von Luk und die Wissenschaftler vom PSI eng zusammen: Damit die Kupplung von vorne und von der Seite durchleuchtet werden kann, entwickelte man am Schaeffler-Standort in Bühl einen Prüfstand mit seitlich versetztem Elektroantrieb. Zudem können anstelle der Lamellen Platzhalter eingesetzt werden, um Aufnahmen mit nur einer Reiblamelle zu machen. Mit der kompletten Kupplung würde sich der Ölfluss durch die verschiedenen Reiblamellen überlagern und könnte nicht mehr einer einzelnen zugeordnet werden. Hinzu kommt, dass die Reiblamellen mit Pads aus organischem Material bestückt sind, welche die Neutronen ebenfalls absorbieren.

Der Prüfstand hat sich bewährt: „Wir konnten zeigen, dass sich das Öl unterhalb der Reibbelag-Pads staut und dann in den Zwischenräumen aus der Lamelle herausfließt“, so Grünzweig. „Dass die hinteren Lamellen nicht mit Öl versorgt werden, liegt aber daran, dass der Fluß in der Ölführungsrinne bereits ab Lamelle drei abreißt.“

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