sen sind, kann sich das Reibungsverhalten durch Einglätten und Anpassen der Kontaktflächen sowie den Aufbau chemischer Grenzschichten signifikant ändern (vgl. z. B. [Ing10, Sto19, Voe19]). Dieses Einlaufverhalten ist in Abhängigkeit der Charakteristika des tribologischen Systems, bestehend aus den im Reibkontakt befindlichen Reibpartnern sowie dem Schmierstoff und den Betriebsbedingungen, stark unterschiedlich ausgeprägt (vgl. z. B. [Bäs16, Kit96, Lor13, Sit07]). Insbesondere Charakteristika der Stahllamelle aus der Fertigung können in dieser frühen Phase der Nutzung einen Einfluss auf das Einlaufverhalten zeigen ([Dum79, Yes92, Höh01, Höh03]). Aus Wissenschaft und Forschung 40 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 Einleitung Das Funktions- und Komfortverhalten nasslaufender Lamellenkupplungen wird maßgeblich durch das Reibungsverhalten bestimmt. Insbesondere zu Lebensdauerbeginn, wenn Einlaufvorgänge noch nicht abgeschlos- Einfluss der Stahllamellentopographie auf das Einlaufverhalten nasslaufender Lamellenkupplungen Katharina Völkel, Hermann Pflaum, Karsten Stahl* Eingereicht: 15.2.2022 Nach Begutachtung angenommen: 9.5.2022 Dieser Beitrag wurde im Rahmen der 62. Tribologie-Fachtagung 2021 der Gesellschaft für Tribologie (GfT) eingereicht. Nasslaufende Lamellenkupplungen weisen zu Betriebsbeginn eine Phase des Einlaufens auf, in der sich das Reibungsverhalten durch Anpassung der Reibflächen signifikant ändern kann. Dieses Einlaufverhalten ist in Anhängigkeit der Charakteristika des Reibsystems bestehend aus Reibbelag, Stahllamelle und Schmierstoff stark unterschiedlich ausgeprägt. Mit dem Ziel einer guten Regelbarkeit und damit hohen Zuverlässigkeit der Kupplung ab der ersten Schaltung sollen Einlaufvorgänge wenig ausgeprägt und schnell abgeschlossen sein. Der Beitrag behandelt Einflüsse der Stahllamellenbeschaffenheit auf das Einlaufverhalten. Hierzu werden die Stahllamellenoberflächen im Neuzustand und nach Versuch umfassend topographisch vermessen. Zur Charakterisierung der Stahllamellenoberflächen wird eine Vielzahl von 3D-Oberflächenkennwerten ausgewertet und einem neu entwickelten Kennwert zum Einlaufverhalten gegenübergestellt. Schlüsselwörter Lamellenkupplung, Stahllamelle, Einlauf, Oberflächentopografie, Systembewertung Influence of the Steel Plate Topography on the Running-In Behavior of Wet Multi-Plate Clutches Wet multi-plate clutches have a running-in phase at the start of operation in which the friction behavior can change significantly by adjustment of the friction surfaces. This running-in behavior can strongly depend on the characteristics of the friction system consisting of friction material, steel plate and fluid. With the aim of good controllability and thus high reliability of the clutch from the first shift, running-in processes should be less pronounced and should be completed quickly. The article describes the influences of the steel plate on the running-in behavior. Therefore, topographical measurements of the steel plate surfaces before and after test are carried out. To characterize the steel plate surfaces, a large number of 3D surface parameters are evaluated and compared to a newly developed parameter characterizing the running-in behavior. Keywords Clutch, Steel Plate, Running-In, Surface Topography, System Assessment Kurzfassung Abstract * Dr.-Ing. Katharina Völkel Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-4380-109X Dr.-Ing. Hermann Pflaum Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-4788-8006 Prof. Dr.-Ing. Karsten Stahl Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0001-7177-5207 Lehrstuhl für Maschinenelemente (FZG), Technische Universität München, Boltzmannstr. 15, 85748 Garching TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 44 Seite 40 Mit dem Ziel einer guten Regelbarkeit und damit hohen Zuverlässigkeit der Kupplung ab der ersten Schaltung stehen zwei Punkte im Vordergrund der Entwicklungen. Zum einen sollen Einlaufvorgänge, also Änderungen des Reibungsverhaltens zu Betriebsbeginn, möglichst wenig ausgeprägt und schnell abgeschlossen sein. Zum anderen soll die Kupplung bereits im Einlauf ein gutes Reibungsverhalten (Reibungszahlniveau und Reibcharakteristik) aufweisen, um Einschränkungen von Funktion oder Komfort, z. B. durch Schaltstöße oder Reibschwingungen, auszuschließen (vgl. z. B. [Nau07]). Der Beitrag stellt einen Auszug der Ergebnisse meiner Dissertation [Voe20] dar. Die Erkenntnisse basieren auf den Untersuchungen im Rahmen der Forschungsvorhaben FVA-Nr. 343/ III und FVA-Nr. 343/ IV. Methoden Die Charakterisierung des Einlaufverhaltens nasslaufender Lamellenkupplungen erfolgt nach der in [Voe20] erarbeiteten Methodik ‚Einlaufverhalten Lamellenkupplungen’. Das Reibungsverhalten der Kupplungen wird experimentell in Lastschaltungen am Komponentenprüfstand ZF/ FZG KLP-260 [Mei15] ermittelt. Zyklisch werden Schaltungen auf vier Lastniveaus unterschiedlicher spezifischer Beanspruchung durchlaufen, bis der Einlauf sicher abgeschlossen ist. Der Einlauf ist hierbei durch nichtkonstante Änderungen des Reibungsverhaltens über der Schaltzahl gekennzeichnet (nichtlinearer Trend). Die Methodik umfasst Auswertemethoden, die eine quantitative Charakterisierung des Einlaufverhaltens anhand von Kennwerten realisieren. Der Kennwert x lin gibt die Dauer des Einlaufs an; der Kennwert Δµ start beschreibt die maximale Reibungszahländerung im Einlauf. Der Kennwert EW bildet eine Kenngröße zur Systembewertung, indem die Kennwerte x lin und Δµ start einem gewählten Bezugssystem gegenübergestellt und gewichtet zusammengefasst werden (vgl. auch [Voe21]). Ein System mit identischem Einlaufverhalten wie das Bezugssystem hat hierbei einen Wert EW von 0. Weist das betrachtete System ein besseres Einlaufverhalten als das Bezugssystem auf, ist der Wert EW positiv, bei einem schlechteren Einlaufverhalten ist der Wert EW negativ. Die Methodik wird herangezogen, um Einflüsse des Reibsystems Stahllamelle, Reibbelag, Schmierstoff auf das Einlaufverhalten systematisch zu charakterisieren. Bild 1 verdeutlicht dies anhand ausgewählter Versuche. Die Versuche wurden mit einem Serienreibbelag aus einer Doppelkupplungsanwendung DCT-B und zugeordnetem Serienschmierstoff DCT-II durchgeführt. Die Beschaffenheit der Stahllamelle wurde variiert. Es wurden jeweils zwei Versuche mit Stahllamellenvariante BPII-St4 (KBO bandgeschliffen) und BPII-St5 (KBO bandgeschliffen und gebürstet) durchgeführt. In den Versuchen wurde das Lastkollektiv bestehend aus vier Laststufen 400-mal durchlaufen. In Bild 1, links, sind Trends µ mit (gemittelte Reibungszahl µ zwischen 0 … 60 % v g,max ) der vier Versuche für eine der vier Laststufen abgebildet. Es zeigt sich eine sehr gute Reproduzierbarkeit in beiden Reibsystemen. Anhand der Trends ist bereits erkennbar, dass Versuche mit Stahllamellenvariante BPII-St4 (grün) ein schlechteres Einlaufverhalten zeigen als Versuche mit BPII-St5 (lila). Der Einlauf ist mit Stahllamellen BPII-St4 (grün) länger und Reibungszahländerungen sind deutlich ausgeprägter als mit Stahllamellen BPII-St5 (lila). Dies wird deutlich anhand der ermittelten Werten EW quantifiziert (Bild 1, rechts). Die Versuche mit Stahllamellen BPII-St4 (grün) Aus Wissenschaft und Forschung 41 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 1 50 100 150 200 250 300 350 400 Anzahl Kollektivdurchläufe 0,080 0,100 0,120 0,140 0,160 0,180 μ mit BPII-St4 / DCT-B / DCT-II BPII-St5 / DCT-B / DCT-II Bild 1: Reibungszahltrends µ mit (links), und zugeordnete Werte EW (rechts), je Reibsystem zwei Versuche (nach [Voe20]) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 44 Seite 41 der Stahllamellenoberflächen können Messfehler durch Reflexionen infolge einer Überbelichtung und durch Verunreinigungen in Form von Fusseln, Staubkörnern oder Ölrückständen auftreten. Diese Ausreißer werden gemäß der in [Hed16] beschriebenen 4-Sigma-Regel identifiziert und verworfen. Ein weiteres Ergebnis der Oberflächenvermessung sind Oberflächenbilder der Stahllamellenoberflächen, um einen optischen Eindruck zu gewinnen (vgl. auch Bild 3 und Bild 4). Versuchsteile und Schmierstoffe Die Untersuchungen werden an Kupplungen aus Serienanwendungen mit typischen Papierreibbelägen und Schmierstoffen aus Doppelkupplungs- und Wandlerautomatikgetrieben durchgeführt. Bild 2 zeigt a) eine Serienstahllamelle sowie b) die zugehörige Serienbelaglamelle mit Papierreibbelag AT-B und c) eine Belaglamelle mit Papierreibbelag DCT-B. Die Kupplungen weisen sechs Reibflächen und einen mittleren Reibdurchmesser von 88 mm auf. Es werden sechs Stahllamellenvarianten gemäß Tabelle 2 untersucht. Die Serienstahllamelle, Variante BPII- St1, weist eine Kaltbandoberfläche (kurz KBO) auf. Mit Aus Wissenschaft und Forschung 42 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 zeigen negative und deutlich niedrigere Werte EW als die Versuche mit Stahllamellen BPII-St5 (lila). Bezugssystem für die Bestimmung des Wertes EW war hier das Mittel über alle Versuche in dieser Kupplungsbaugröße unter Variation der Stahllamellenvariante, des Schmierstoffs und des Reibbelags. Es erfolgt eine optische Vermessung der Stahllamellenoberflächen mittels Fokus-Variation auf der Messmaschine InfiniteFocus G4, Firma Alicona [Ali19]. Tabelle 1 fasst die Parameter der Oberflächenvermessung zusammen. Um eine umfassende und systematische Vermessung der Stahllamellenoberflächen zu gewährleisten, wird jedes Lamellenpaket an 16 Messpositionen vermessen. Die Messpositionen sind so gewählt, dass sich auch bei Stahllamellenstrukturen mit Vorzugsrichtung viele unterschiedliche Ausrichtungen der Messfelder zur Bearbeitungs- und Gleitrichtung ergeben. Die Messpositionen befinden sich etwa auf Höhe des mittleren Reibradius und sind auf 180° am Umfang verteilt (detaillierte Beschreibung siehe [Voe20]). Mittels einer Vorrichtung werden die zu vermessenden Stahllamellen eindeutig in der Messmaschine positioniert. Auf der Vorrichtung befindet sich nahe der Messstelle ein Referenzpunkt, der vor jeder Messung zur Nullpunktreferenzierung angefahren wird. Somit ist eine genaue Repositionierung sichergestellt. Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Vermessung sind nachgewiesen. Die Auswertung der topographischen Vermessungen der Stahllamellenoberflächen erfolgt mit der der Messmaschine zugehörigen Auswertesoftware IF-MeasureSuite [Ali13]. Die Auswertesoftware liefert eine Vielzahl an 3D-Oberflächenkennwerten gemäß der Norm DIN EN ISO 25178-2 [DIN12]: Sa, Sq, Sp, Sv, Sz, S10z, Ssk, Sku, Sdq, Sdr, Sk, Spk, Svk, Smr1, Smr2, Vmp, Vvc, Vvv, Vvc/ Vmn. Im Zuge der Auswertung der 3D-Oberflächenkennwerte wird der gemessene Datensatz formreduziert (Ebene) und gefiltert (phasenkorrigierter Gaußfilter, λc = 800 µm). Bei der optischen Vermessung Tabelle 1: Parameter der topographischen Vermessung von Stahllamellen (aus [Voe17]) Objektiv 20 x vertikale Auflösung 50 nm laterale Auflösung 2,9 µm Messfeld 1,35 mm x 1,35 mm Anzahl Messpositionen 16 a) b) c) Bild 2: Baugröße BPII - a) Serienstahllamelle, b) Serienbelaglamelle AT-B, c) Belaglamelle DCT-B (aus [Voe20]) a) b) c) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 44 Seite 42 den Stahllamellen BPII-St4 wird eine zweite Stahllamellenvariante mit KBO aber abweichender Walzstruktur zu Stahllamellen BPII-St1 untersucht. Die Stahllamellenvarianten BPII-St2 und -St3 bzw. BPII-St5 und - St6 werden durch Nachbehandlung der Stahllamellenvarianten mit KBO BPII-St1 bzw. BPII-St4 hergestellt. Für die Stahllamellenvarianten BPII-St2 und BPII-St5 werden die KBOs in der Nachbehandlung bandgeschliffen, für die Stahllamellenvarianten BPII-St3 und BPII- St6 bandgeschliffen und gebürstet. Informationen zu den Werkstoffen der Stahllamellen liegen nicht vor. Bild 3 und Bild 4 zeigen Oberflächenbilder der Stahllamellen. Als Schmierstoffe werden typische Serienöle aus den Anwendungen Doppelkupplungsgetriebe (DCT-I, DCT- II und DCT-III) und Wandlerautomatikgetriebe (AT-I, AT-II und AT-III) verwendet. Es kommen ein Reibbelag DCT-B aus der Anwendung Doppelkupplungsgetriebe und ein Reibbelag AT-B aus der Anwendung Wandler- Automatikgetriebe zum Einsatz. Aus Wissenschaft und Forschung 43 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 Tabelle 2: Stahllamellenvarianten in Baugröße BPII BPII-St1 Kaltbandoberfläche (KBO) | Serienstahllamelle BPII-St2 BPII-St1 nachbehandelt, bandgeschliffen BPII-St3 BPII-St1 nachbehandelt, bandgeschliffen und gebürstet BPII-St4 Kaltbandoberfläche (KBO), abweichende Walzstruktur zu BPII-St1 BPII-St5 BPII-St4 nachbehandelt, bandgeschliffen BPII-St6 BPII-St4 nachbehandelt, bandgeschliffen und gebürstet Bild 4: Exemplarische Oberflächenbilder (1,35 x 1,35 mm 2 ) der Stahllamellenvarianten BPII-St4 (links), BPII-St5 (Mitte) und BPII-St6 (rechts) im Neuzustand Bild 3: Exemplarische Oberflächenbilder (1,35 x 1,35 mm2) der Stahllamellenvarianten BPII-St1 (links), BPII-St2 (Mitte) und BPII-St3 (rechts) im Neuzustand TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 44 Seite 43 In [Voe20] zeigt sich kein für alle Baugrößen und Betriebsarten dominanter Einfluss eines einzelnen Bestandteils des Reibsystems. Zudem sind die Einflüsse von starken Wechselwirkungen geprägt. Darüber hinaus führt das Einlaufen der Kupplung für unterschiedliche Lastniveaus zu unterschiedlichen Veränderungen des Reibungsverhaltens im Einlauf. Eine Systembetrachtung ist damit von zentraler Bedeutung. Charakterisierung der Stahllamellenoberflächen Zur Charakterisierung der Stahllamellenoberflächen werden knapp zwanzig 3D-Oberflächenkennwerte gemäß DIN EN ISO 25178-2 [DIN12] ausgewertet. Für jeden 3D-Oberflächenkennwert werden die Messwerte im Neuzustand (Messungen M01) und nach Versuch (Mes- Aus Wissenschaft und Forschung 44 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 Ergebnisse Einflüsse des Reibsystems auf das Einlaufverhalten Die Forschungsarbeiten [Voe20] umfassen neben den hier dargestellten Untersuchungen zu Einflüssen der Stahllamellenbeschaffenheit auf das Einlaufverhalten lastschaltender Kupplungen auch Untersuchungen zu den Einflüssen des gesamten tribologischen Systems (Stahllamelle, Reibbelag, Schmierstoff und spezifische Belastung) mit lastschaltenden und schlupfenden Kupplungen. Um die Ergebnisse zur Stahllamellentopographie besser einordnen zu können, werden in Tabelle 3 die Einflüsse des Reibsystems auf das Einlaufverhalten lastschaltender und schlupfender Kupplungen zusammengefasst. Tabelle 3: Einflüsse des Reibsystems auf das Einlaufverhalten lastschaltender und schlupfender Kupplungen M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 0 1 2 3 4 Sk / m Topographische Vermessung der Stahllamellenoberflächen M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 0 1 2 3 4 Sk / m P1h P2h P3h P4h P5h P6h P7h P8h P1v P2v P3v P4v P5v P6v P7v P8v Bild 5: Messwerte Sk an den 16 Messpositionen einer Stahllamelle im Neuzustand (M01) und nach Versuch (M02) (Stahllamellen BPII-St1 / Reibbelag DCT-B / Schmierstoff DCT-II) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 45 Seite 44 sungen M02) an 16 Messpositionen (Lamellen-Vorderseite: P1v-P8v und -Rückseite: P1h-P8h) in einem Balkendiagramm visualisiert. Bild 5 zeigt ein derartiges Balkendiagramm für den Oberflächenkennwert der Kernrautiefe Sk eines Versuchs mit Stahllamellen BPII-St1, Reibbelag DCT-B und Schmierstoff DCT-II. Die Kernrautiefe Sk ist gemäß [Höh03] in besonderem Maße geeignet, das Funktionsverhalten zu charakterisieren. Sowohl im Neuzustand (Messungen M01) als auch nach Versuch (Messungen M02) sind zwischen den Messpositionen deutliche Unterschiede in den ermittelten Werten Sk erkennbar. So treten im Neuzustand Werte Sk im Bereich von etwa 2,2 µm bis 3,7 µm auf. Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Vermessung sind nachgewiesen, nicht detektierte Fehler in der Vermessung der Oberflächen (z. B. Fehlstellen, Verunreinigungen der Messstelle und daraus resultierende Verfälschung der Messergebnisse, fehlerhafte Messparameter, etc.) können nach einer systematischen Überprüfung ausgeschlossen werden. Unterschiede in den ermittelten 3D-Oberflächenkennwerten der verschiedenen Messpositionen sind folglich auf lokale Unterschiede in der Stahllamellenstruktur zurückzuführen. Eine Zuordnung von Oberflächenkennwerten zu Charakteristika der Oberflächenbilder ist allerdings nicht gegeben. Unabhängig von derartigen Unterschieden in den Werten Sk der verschiedenen Messpositionen sind in Bild 1 über alle Messpositionen hinweg die Werte Sk im Neuzustand größer als im gelaufenen Zustand. Es findet also eine Einglättung der Stahllamellenoberflächen statt. Bild 6 zeigt exemplarisch die Oberflächenbilder an Messposition P8v im Neuzustand (links) und nach Versuch (rechts). Das Oberflächenbild der gelaufenen Lamelle zeigt die deutliche Einglättung; es sind nur noch die tiefen Riefen der Ausgangsstruktur zu erkennen. Zudem sind Laufriefen (näherungsweise in horizontaler Ausrichtung) infolge der tribologischen Belastung im Versuch erkennbar. Betrachtet man alle untersuchten Reibsysteme, so zeigen vereinzelte Versuche und Messpositionen hingegen eine Zunahme der Werte Sk im Versuch. Eine Zuordnung zu Charakteristika der Oberflächenbilder ist auch hier nicht gegeben. Stahllamellenoberflächen von Versuchen mit unterschiedlichen Reibsystemen Die Oberflächenvermessungen mehrerer Versuche werden gegenübergestellt, indem für jeden Oberflächenkennwert der Mittelwert über die 16 Messpositionen einer Stahllamelle gebildet wird. Die Visualisierung der Ergebnisse erfolgt analog der Darstellung der einzelnen Messpositionen in Balkendiagrammen. Min-Max-Balken geben den jeweils kleinsten und größten auf der jeweiligen Stahllamelle gemessenen Wert des betrachteten Oberflächenkennwerts an. Dabei handelt es sich bei den Min-Max-Balken nicht um Streubalken, weil die Unterschiede in den Kennwerten maßgeblich auf Unterschiede in der Stahllamellenstruktur zurückzuführen sind und insofern keine Streuungen im statistischen Sinn bilden. Die Reibsysteme der Versuche sind analog der Trenddarstellung in Bild 1 farblich codiert. Bild 7 stellt die Werte Sk von Versuchen mit unterschiedlichen Stahllamellenvarianten in Kombination mit Reibbelag DCT-B und Schmierstoff DCT-II gegenüber. Die unterschiedlichen Stahllamellenvarianten weisen im Neuzustand teils vergleichbare Werte Sk (BPII-St3, -St4, -St6) auf, teils sind die Werte Sk deutlich unterschiedlich (z. B. BPII-St1). In Gegenüberstellung der Messwerte Sk vor und nach Versuch ist teils eine deutliche Abnahme im Versuch zu erkennen (BPII-St1), teils zeigt sich aber auch keine nennenswerte Veränderung der Oberflächentopographie charakterisiert durch den Oberflächenkennwert Sk (BPII- St3 und -St6). Hierbei ist erkennbar, dass Stahllamellen mit größeren Werten Sk im Neuzustand im Versuch eine stärkere Abnahme zeigen als Versuche mit kleineren Werten Sk im Aus Wissenschaft und Forschung 45 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 Bild 6: Oberflächenbilder (1,35 x 1,35 mm 2 ) an Messposition P8v im Neuzustand (links) und nach Versuch (rechts) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 45 Seite 45 Zur Beurteilung möglicher Wechselwirkungen zwischen der Veränderung der Oberflächentopographie im Versuch und dem Reibsystem sind in Bild 8 die Werte Sk Aus Wissenschaft und Forschung 46 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 Neuzustand. Die Unterschiede in den Werten Sk unterschiedlicher Stahllamellenvarianten sind also im Neuzustand größer als im gelaufenen Zustand. M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Sk / m Topographische Vermessung der Stahllamellenoberflächen BPII-St1 DCT-B DCT-II BPII-St2 DCT-B DCT-II BPII-St3 DCT-B DCT-II BPII-St4 DCT-B DCT-II BPII-St5 DCT-B DCT-II BPII-St6 DCT-B DCT-II Bild 7: Messwerte Sk der Stahllamellenoberflächen im Neuzustand (M01) und nach Versuch (M02) für Versuche mit Reibbelag DCT-B und Schmierstoff DCT-II (Baugröße BPII) M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 M01 M02 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Sk / m p g p g BPII-St1 DCT-B DCT-II BPII-St1 DCT-B DCT-III BPII-St1 DCT-B AT-II BPII-St1 AT-B DCT-II BPII-St1 AT-B AT-II BPII-St1 AT-B AT-III BPII-St4 DCT-B DCT-II BPII-St4 DCT-B AT-II BPII-St4 AT-B DCT-II BPII-St4 AT-B AT-II BPII-St1 BPII-St4 Bild 8: Messwerte Sk der Stahllamellenoberflächen im Neuzustand (M01) und nach Versuch (M02) für Versuche mit Stahllamellen BPII-St1 und -St4 (Baugröße BPII) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 45 Seite 46 von Stahllamellen BPII-St1 und -St4 im Neuzustand (Messungen M01) und nach Versuch (Messungen M02) in unterschiedlichen Reibbelag-Schmierstoff-Kombinationen dargestellt. Werden zunächst die Messwerte Sk mehrerer Stahllamellen gleicher Herstellung im Neuzustand verglichen, so zeigen sich hier Unterschiede sowohl in den Mittelwerten als auch in den Min-Max-Balken. Dies zeigt die lokalen Unterschiede in der Stahllamellenstruktur. Im gelaufenen Zustand zeigen sich ebenfalls Unterschiede in den Mittelwerten und Min- Max- Balken von Versuchen mit gleicher Stahllamellenvariante und unterschiedlichen Reibbelag-Schmierstoff- Kombinationen. In Versuchen mit Stahllamellen BPII- St1 nehmen die Werte Sk im Versuch im Mittel ab, in Versuchen mit Stahllamellen BPII-St4 sind die Unterschiede in den Werten Sk vor und nach Versuch sehr klein. Systematische Einflüsse des Reibbelags sind nicht zu erkennen. Bezüglich des Einflusses des Schmierstoffs zeigen sich mit beiden Stahllamellenvarianten in Versuchen mit Schmierstoff DCT-II nach Versuch im Mittel kleinere Werte Sk als in Versuchen mit Schmierstoff AT-II. Dies ist ein Hinweis auf eine Beeinflussung der Veränderung der Stahllamellenoberfläche durch den Schmierstoff. Einflüsse der Stahllamellentopographie auf das Einlaufverhalten Mit dem Ziel, systematische Einflüsse der Stahllamellentopographie auf das Einlaufverhalten zu identifizieren, erfolgt eine Gegenüberstellung der 3D-Oberflächenkennwerte der Stahllamellen (Neuzustand) und der Werte aus der Einlauf-Systembewertung (Mittelwert über die Werte EW in den vier Laststufen des Lastkollektivs). Als Maß für den Grad eines linearen Zusammenhangs wird der Korrelationskoeffizient ρ (Pearson- Korrelation) [Hed16] ausgewertet. Dieser Korrelationskoeffizient ρ nimmt Werte zwischen -1 (vollständig negative Korrelation) und 1 (vollständig positive Korrelation) an. Bei Betrachtung aller Versuche mit Baugröße BPII ergeben sich keine starken Korrelationen (Korrelationskoeffizienten ρ < 0,4) zwischen den Stahllamellentopographien und dem Einlaufverhalten. Für Versuche mit Reibbelag DCT-B zeigen sich mehrere Korrelationen mit Korrelationskoeffizienten |ρ| > 0,7 zwischen Oberflächenkennwerten (Sa, Sdq, Sdr, Sk, Sk+Spk, Sq, Ssk, Sv, Svk, Sz, S10z, Vmc, Vvc, Vvv) und dem Kennwert . Mit Reibbelag AT-B sind die Korrelationskoeffizienten überwiegend deutlich kleiner, lediglich mit den 3D-Oberflächenkennwerten Ssk (ρ = - 0,73) und Sv (ρ = 0,64) ergeben sich stärkere Zusammenhänge zwischen Oberflächentopographie der Stahllamellen und Einlaufverhalten. Bild 9 zeigt dies exemplarisch anhand des 3D-Oberflächenkennwerts Sdq. Die Stahllamellenvariante ist farblich codiert, die Form der Symbole codiert den Schmierstoff (DCT-II ▲; DCT-III ■; AT-II ▼; AT-III ♦). In Versuchen mit Reibbelag DCT-B (Bild 9, links) zeigt sich eine starke Korrelation zwischen den Werten Sdq und (ρ = 0,8). Mit Reibbelag AT-B ist ein Zusammenhang deutlich schwächer ausgeprägt (ρ = 0,47). In Bild 10 sind die Korrelationen für Oberflächenkennwert Ssk aufgezeigt, links für Versuche mit Reibbelag DCT-B (ρ = - 0,75) und rechts für Reibbelag AT-B (ρ = - 0,73). Für beide Reibbelagkombinationen ergeben sich Zusammenhänge zwischen Stahllamellentopographie im Neuzustand und Einlaufverhalten . Aus Wissenschaft und Forschung 47 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Sdq / - (Neuzustand) -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 EW (μ mit ) 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Sdq / - (Neuzustand) -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 EW (μ mit ) 14 0 16 0 1 Reibbelag DCT-B 4 0 16 0 1 Reibbelag AT-B Bild 9: Gegenüberstellung von Stahllamellenoberfläche (Kennwert Sdq, Neuzustand) und dem Einlaufverhalten (Kennwert EW ---) für Versuche mit Reibbelag DCT-B (links) und AT-B (rechts) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 45 Seite 47 Bandschleifen führt bei beiden Stahllamellenvarianten zu einer Verbesserung des Einlaufverhaltens. Die Nachbearbeitung Bandschleifen und Bürsten ergibt im Fall der Kaltbandoberfläche BPII-St1 eine Verschlechterung, im Fall der Kaltbandoberfläche BPII-St4 in der Tendenz eine Verbesserung des Einlaufverhaltens. Die Stahllamellenoberflächen ausgewählter Versuche werden im Neuzustand und nach Versuch topographisch vermessen, um Einflüsse auf das Einlaufverhalten vertieft zu untersuchen. Im Vergleich der Messwerte an mehreren Messpositionen auf einer Stahllamelle sowie zwischen mehreren Stahllamellen einer Variante zeigen sich teils deutliche Unterschiede. Unterschiede in den Messwerten werden auf lokale Strukturunterschiede zurückgeführt. Diese sind bereits anhand von Oberflächenbildern der Stahllamellen erkennbar. Ein wichtiges Ergebnis ist damit, dass sich die lokalen Strukturen auf einer Stahllamelle deutlich unterscheiden können. Eine belastbare Charakterisierung der Stahllamellentopographie erfordert somit eine umfassende Vermessung der Stahllamelle auf Vorder- und Rückseite und an mehreren Messpositionen. Wie bereits von Geier et al. [Gei03, Höh03] erarbeitet, ist eine 3D-Vermessung einer 2D- Vermessung vorzuziehen. Bei Strukturen mit Vorzugsrichtung ist bei der Wahl der Messpositionen darauf zu achten, dass diese unterschiedlichen Ausrichtungen von Bearbeitungs- und Gleitrichtung umfassen. Einflüsse der Stahllamellentopographie auf das Einlaufverhalten werden untersucht, indem 3D-Oberflächenkennwerte der Stahllamellen im Neuzustand dem Kennwert zum Einlaufverhalten gegenübergestellt werden. Einflüsse der weiteren Bestandteile des tribologischen Systems auf das Einlaufverhalten sind teils stark ausgeprägt, weshalb Zusammenhänge zwischen 3D- Aus Wissenschaft und Forschung 48 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 2/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0011 Diskussion und Zusammenfassung Die Forschungsarbeiten [Voe20] umfassen neben den im vorliegenden Beitrag dargestellten Untersuchungen zu Einflüssen der Stahllamellenbeschaffenheit auf das Einlaufverhalten lastschaltender Kupplungen auch Untersuchungen zu den Einflüssen des gesamten tribologischen Systems (Stahllamelle, Reibbelag, Schmierstoff und spezifische Belastung) mit lastschaltenden und schlupfenden Kupplungen. Bei Betrachtung aller Versuche, also lastschaltende und schlupfende Kupplungen aus Automatik- und Doppelkupplungsgetriebe sowie Verteilergetriebe und Sperrdifferential mit jeweils serientypischen Reibbelägen, Schmierstoffen und spezifischen Belastungen, zeigt sich kein übergreifender, dominanter Einfluss eines einzelnen Bestandteils des Reibsystems. Zudem sind die Einflüsse von starken Wechselwirkungen geprägt. Eine Systembetrachtung ist damit von zentraler Bedeutung. Einflüsse der Stahllamellenbeschaffenheit auf das Einlaufverhalten werden umfassend betrachtet, indem bei lastschaltenden Kupplungen mit sechs Stahllamellenvarianten der Einfluss des Bearbeitungsverfahrens systematisch untersucht wird: zwei Kaltbandoberflächen (KBO) BPII-St1 und -St4 durchlaufen die Nachbearbeitungsverfahren Bandschleifen (BPII-St2 und -St5) und Bandschleifen und Bürsten (BPII-St3 und -St6). In den experimentellen Untersuchungen zeigt sich kein systematischer Einfluss des Bearbeitungsverfahrens der Stahllamelle auf das Einlaufverhalten. Stahllamellen mit Kaltbandoberfläche zeigen in der Variante BPII-St1 in allen betrachteten Reibsystem ein überdurchschnittlich gutes Einlaufverhalten, während Stahllamellen BPII-St4 das schlechteste Einlaufverhalten aller betrachteten Stahllamellenvarianten aufweisen. Die Nachbearbeitung -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 Ssk / - (Neuzustand) -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 EW (μ mit ) -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 Ssk / - (Neuzustand) -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 EW (μ mit ) Reibbelag DCT-B Reibbelag AT-B Bild 10: Gegenüberstellung von Stahllamellenoberfläche (Kennwert Ssk, Neuzustand) und dem Einlaufverhalten (Kennwert EW ---) für Versuche mit Reibbelag DCT-B (links) und AT-B (rechts) TuS_2_2022.qxp_TuS_2_2022 01.06.22 12: 45 Seite 48 Oberflächenwerten und den Werten teils die Betrachtung gleicher Reibbeläge bzw. Schmierstoffe voraussetzen. So zeigen sich für Versuche mit Reibbelag DCT-B für mehrere 3D-Oberflächenkennwerte Zusammenhänge mit dem Kennwert (Korrelationskoeffizienten |ρ| > 0,7). Danksagung Die vorgestellten Erkenntnisse basieren auf dem Forschungsvorhaben FVA-Nr. 343/ IV; gefördert aus Eigenmitteln der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA). Die Autoren bedanken sich für die Förderung und Unterstützung bei der FVA und den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses. Literaturverzeichnis Bücher, Zeitschriftenaufsätze, Dissertationen, Studienarbeiten [Bäs16] Bäse, M. U.; Dzimko, M.; Deters, L.: Empirische Bewertung von Zusammenhängen zwischen Endbearbeitungsparametern und Reibungsverhalten von Lamellenreibpaarungen im Mikroschlupfbetrieb. 57. Tribologie-Fachtagung, Göttingen. Gesellschaft für Tribologie e.V. (2016). [Dum79] Duminy, J.: Beurteilung des Betriebsverhaltens schaltbarer Reibkupplungen, Dissertation, Technische Universität Berlin (1979). [Gei03] Geier, N.: Untersuchung des Reibungs- und Verschleißverhaltens nasslaufender Kupplungen in Abhängigkeit ihrer Reibflächentopographie, Dissertation, Technische Universität München (2003). [Hed16] Hedderich, J.; Sachs, L.: Grundlagen aus der Mathematik. Angewandte Statistik (2016). 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