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5.2.7 Hydrodynamisch wirkende Makro-Stufen

Die Analogien zwischen lokalen und makroskopischen Effekten führen zu der Überlegung, ob die hydrodynamischen Effekte einer Stufe auch makroskopisch wirken können. Liegt unter dem Niederhalter ein Bereich ohne Kontaktnormalspannung vor, z.B. weil in benachbarten Bereichen das Blech aufgedickt ist und den Niederhalter angehoben hat, dann verbleibt ein schmaler Spalt zwischen Blech und Werkzeug. Beim Einlauf in die Matrizenrundung wird der Spalt plötzlich verengt. Für die Abschätzung der Drücke in Bild 28 (Gleichung 4) wurde die Länge des Bleches unter dem Niederhalter mit 100 mm und die Länge, über der das Blech am Matrizenradius anliegt, mit 10 mm angenommen.

Bild 28: Berechnete Schmierstoffdrücke an Makro-Stufen

Wie bei den lokalen hydrodynamischen Effekten entstehen durch die makroskopische Stufe Drücke über die Fließgrenze des Bleches hinaus. Diese führen entweder zur großflächigen Deformation des Bleches, eher aber zum Anheben des Niederhalters und dazu, daß Schmierstoff in die Matrizenrundung gedrückt wird. Der Niederhalter hebt so weit ab, und die Dicke des Schmierfilms in der Matrizenrundung steigt so lange an, bis sich ein Gleichgewicht zwischen Schmierstoffdruck und den Spalthöhen einstellt.
Das folgende Beispiel dient dazu die überraschend hohen Drücke kurz zu veranschaulichen. Es wird von einer reinen Couette-Strömung, das heißt einer laminaren Schichtenströmung im Schmierspalt ausgegangen. Sowohl an der Blech- als auch an der Werkzeugoberfläche haften die Schmierstoffmoleküle. Die Moleküle am Werkzeug bewegen sich nicht, die Moleküle am Blech werden mit der Geschwindigkeit des Bleches in Richtung Matrizenrundung gezogen. Durch die Scherung des Schmierstoffs bewegen sich die übrigen Schmierstoffmoleküle ebenfalls in Richtung Matrizenrundung. Am Platinenrand herrscht im Schmierstoff Umgebungsdruck. Je weiter man sich vom Platinenrand entfernt, desto mehr Schmierstoffmoleküle schieben vom Platinenrand her nach und desto höher wird der Druck. Je länger der Schmierfilm ist, desto höher wird der Druck und je dünner der Schmierfilm ist, desto stärker wird er geschert und desto weiter steigt der Druck. Bedenkt man, daß der Schmierfilm unter dem Niederhalter bei z.B. 5 mm Dicke und 100 mm Länge ein Verhältnis von Länge zu Dicke von 20.000:1 aufweist, dann wird deutlich, daß sehr hohe Drücke entstehen können.

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