Prüfverfahren vorgestellt, in welchem Original-Kurvenrollen (KR) unter verschiedensten Beanspruchungskollektiven untersucht werden können. Die Verschleißuntersuchungen werden an zwei unterschiedlichen Axialkurven-Materialien und mit Kurvenrollen aus dem Standardwälzlagerstahl 100Cr6 durchgeführt. Neben den gravimetrischen Verschleißdaten werden auch alle Kräfte zur Bestimmung des winkelabhängigen Reibungskoeffizienten (COF, Coefficient of friction) erhoben. Mit den Kraftmessungen am MopeD (Modelprüfstand erster Designentwurf), welche die Axialkraft sowie die Umfangskraft an der Kurvenrolle und die Umfangskraft an der Axialkurvenscheibe erfasst, kann mittels der ebenso gemessenen Normalkraft der resultierende Reibwert nach Betrag und Richtung dargestellt werden. Aus Wissenschaft und Forschung 12 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 1 Einleitung Die Entwicklung neuer anwendungsnaher Prüftechnik zur Untersuchung aktueller industrieller Fragestellungen steht beim Kompetenzzentrum Tribologie Mannheim (KTM) im Fokus der täglichen Arbeit. Ein Ergebnis dieser Arbeiten wird in diesem Beitrag als ein neuartiges Verhalten von Kurvenrollen unter verschiedenen Querschlupfbedingungen Knud-Ole Karlson, Henrik Buse, Markus Grebe, Michael Postels, Stefan Mutschall* Dieser Beitrag wurde im Rahmen der 63. Tribologie-Fachtagung 2022 der Gesellschaft für Tribologie (GfT) eingereicht. Mit Hilfe des universellen orthogonalen Zwei-Scheiben-Tribometers „MopeD Qs2STg500“ wird ein neues anwendungsnahes Verfahren zur Prüfung von Kurvenrollenwerkstoffen und Schmierstoffen unter verschiedenen Laufbedingungen entwickelt. Die Untersuchungen können dabei unter Ölumlaufschmierung oder mit initialer Fettschmierung erfolgen. Mit diesem Laborprüfverfahren werden Kurvenrollengetriebe aus verschiedensten industriellen Anwendungen abgebildet, wie zum Beispiel Schaltvorgänge an Drehmaschinen in der Serienfertigung oder die Umsetzung von zyklischen Bewegungsprofilen an Automaten. Die Verschleißuntersuchungen werden an zwei unterschiedlichen Axialkurven-Materialien mit Kurvenrollen aus dem Standardwälzlagerstahl 100Cr6 durchgeführt. Neben den gravimetrischen Verschleißdaten werden auch alle Kräfte zur Bestimmung des winkelabhängigen Reibungskoeffizienten erhoben. Schlüsselwörter Kurvenrollengetriebe, Tribometrie, Kurvenrollen, 2-Scheiben, Prüfstands-Entwicklung Behaviour of cam rollers under different transverse slip conditions With the aid of the universal orthogonal two-disk tribometer “MopeD Qs2STg500”, a new applicationoriented method is developed for testing stud type track roller materials and lubricants under various running conditions. The tests are carried out under circulating oil lubrication. This laboratory test method is used to map cam roller gears from a wide range of industrial applications, such as gear changes on lathes in series production or the implementation of cyclic motion profiles on automatic machines. The wear tests are carried out on two different axial cam materials with cam rollers made of the standard rolling bearing steel 100Cr6. Keywords Cam roller gearing, tribometry, cam rollers, 2-disc, Test rig development Kurzfassung Abstract * Knud-Ole Karlson, B.Sc - Corresponding author Henrik Buse, M.Sc. Dr. Markus Grebe Kompetenzzentrum Tribologie Hochschule Mannheim 68163 Mannheim Dipl.-Ing. Michael Postels Dipl.-Ing. Stefan Mutschall Heidelberger Druckmaschinen AG 68168 Wiesloch In den Untersuchungen wird eine Kurvenrolle vom Typ INA ZL5203-DRS verwendet, welche durch eine Axialkurvenscheibe (AK) angetrieben wird [1]. Das Belastungskollektiv ist mit bis zu 1640 N Normalkraft, mit Winkeln von 11 ° an der Kurvenrolle und Einzugsgeschwindigkeiten zwischen 0 m/ s und 2 m/ s an der Axialkurve beziffert. Der Öl- und Probentemperaturbereich liegt bei 60 °C und wird über die Beheizung des Öls in einem Umlaufthermostat eingestellt Die bisher erzielten Ergebnisse, weisen reproduzierbare Verschleißbeträge und eine Reibwert-Bandbreite von 0,03 bis 0,12 unter den variablen Bedingungen auf. Ebenso zeigen sich deutliche Zusammenhänge zwischen den eingestellten Querschlupfwinkeln und den am Mikroskop erkennbaren Verschleißstrukturen auf der AK. Des Weiteren zeigt sich eine überproportionale Abhängigkeit zwischen Querschlupfwinkel und resultierender Reibkraft. 2 Beschreibung des Prüfgeräts Im Rahmen eines öffentlich geförderten Projekts (ögP) wurde am KTM ein Prüfstand für Rollschlupfversuche entwickelt. Der MopeD dient in erster Linie der Aufzeichnung von Reibungskräften bei variabler Antriebs- und Bremsschlupfeinstellung, sowie bei variabler Winkelverstellung an der abrollenden Probe [2]. 2.1 Probenantriebe und Einstellmöglichkeiten Um die Schlupfeinstellmöglichkeiten im Prüfaufbau so variabel wie möglich zu gestalten, verfügt das Tribometer über fünf Achsen. Vier davon sind elektromechanisch gesteuert und eine wird manuell bedient. Die Probengeometrie besteht aus zwei Scheiben, welche im Rollkontakt zueinanderstehen [2]. In früheren Anwendungen konnten Vergleichsversuche zum 2-Scheiben-Prüfstand durchgeführt werden. Für die Prüfung von Schmierstoffen für Zahnradgetriebeanwendungen wird häufig für die tribologische Prüfung von Problemstellungen mit Wälzkontakt ein 2-Scheiben- Prüfstand mit parallelen Antriebsachsen eingesetzt. Bevorzugt werden im 2-Scheiben-Prüfstand als auch für diesen Test ballige Scheiben verwendet, um einen elliptischen Kontakt zu erzeugen. Vorteilhaft ist eine höhere mögliche Pressung sowie ein Entfall der Feinjustierung des Kontakts bei zylindrischen Proben. Der Kontakt erfolgt auf der Mantelfläche der beiden Scheiben [3]. Im Gegensatz zu einem klassischen 2-Scheiben-Prüfstand wird beim MopeD die Mantelfläche einer Vertikalprobe (VP) gegen die Stirnfläche einer Horizontalprobe (HP) in Kontakt gebracht, die Antriebsbzw. Rotationsachsen stehen zueinander orthogonal. Jede Probenscheibe verfügt über ihren eigenen elektrischen Servo-Direktantrieb. Die Normalkraft wird über eine Kugelumlaufspindel aufgebracht, welche den Vertikalprobenantrieb samt Winkelverstellung über ein Federpaar belastet. Um den Querschlupf zu untersuchen, gibt es eine Achse zur variablen Einstellung des Vertikalprobenwinkels. Bild 2.1 zeigt den MopeD im betriebsbereiten Zustand und eine Skizze für die Kräfte an den Probekörpern [2]. Die Steuerung und Aufzeichnung der Daten am MopeD geschieht über eine LabView-Anwendung. Aufgezeich- Aus Wissenschaft und Forschung 13 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bild 2.1: a) Universal Wälzprüfstand MopeD b) Sensorkraftskizze [2] und c) Probengeometrie bestehend aus Axialkurvenscheibe und Kurvenrolle Vertikalprobe Horizontalprobe ter Vollschmierung mit temperiertem Öl untersucht [1]. Die Tabelle 3.1 zeigt die Versuchsmatrix. Vorab dieses Beitrags sind von beiden Materialarten jeweils zwei 96 h Läufe mit Ölfilter gefahren worden. Die in der Matrix aufgelisteten Versuche, werden jeweils einmal durchgeführt. 3.1 Probenvorbereitung Die im Lieferzustand vorhandenen berührungslosen Dichtungen der Kurvenrollen werden beidseitig entnommen, sodass nach der Entnahme des Kugellagerfetts die Kurvenrolle mit Öl innen und außen geschmiert betrieben werden kann. Das Schmierfett der Rolle wird in einem ersten Schritt per Siedegrenzbenzin im Ultraschallbad entfernt. Darauffolgend werden noch verbleibende Reste mit Druckluft ausgetragen. Nach diesem Vorgang erfolgt ein weiteres Ultraschallbad in Isopropanol mit einer Drucklufttrocknung. Die Axialkurvenscheiben, werden ebenso mit Siedegrenzbenzin und Isopropanol entfettet und im Luftstrom getrocknet. Im Anschluss an die Entfettung der Proben wird die Gewichtsaufnahme zur Feststellung des gravimetrischen Verschleißes durchgeführt. Das eingebaute Probensetup ist in Bild 2.1 c) zu sehen. Aus Wissenschaft und Forschung 14 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 net werden die Umfangskräfte der beiden Scheiben, die Axialkraft an der abrollenden Scheibe und die Normalkraft, ebenso werden Rückmelde-Daten der Achskontroller erfasst. In Bild 2.1 b) sind die messbaren Kräfte an den Proben zu sehen. Um für die Auswertungen im Anschluss zu den Versuchen für beispielsweise Histogramme, genügend Datenpunkte zu erhalten, werden diese sowohl im menschenlesbaren ASCII-Format als auch im binären HDF5 Format [4] aufgezeichnet. Mit dem HDF5 Format gelingt es, die Messdaten strukturiert, ressourcenschonend und mit hohen Zugriffsgeschwindigkeiten aufzuzeichnen. Optional ist auch eine Kompression der Daten nativ im Format möglich. Tabelle 2.1 zeigt die allgemeinen Betriebsdaten des universalen Wälzprüfstands MopeD. 3 Kurvenrollenversuche Zusammen mit der Heidelberger Druck AG, werden Kurvenrollen des Typs INA ZL5203-DRS und zwei unterschiedliche Materialien als Axialkurvenscheiben un- Maximale Normalkraft bei angetriebener Vertikalscheibe 500 N Maximale Normalkraft bei feststehender Welle für die Vertikalscheibe 1640 N Typische Pressung mit balliger Scheibe und ; 1240 MPa Pressung mit balliger Kurvenrolle Typ Ina ZL5203-DRS mit sowie und [1]; 256 MPa Maximale Umfangs-geschwindigkeit für eine Scheibe als abrollende Probe 7 m/ s Maximale Umfangs-geschwindigkeit für eine Scheibe als Horizontalprobe 19 m/ s Einstellbarer Winkelbereich an der Vertikalscheibe 180 ° Tabelle 2.1: Betriebsdaten für den universal Wälzprüfstand MopeD [2] Versuchsart Drehzahl an der AK- Scheibe in [rpm] Winkel an der KR in [°] Normalkraft in [N] Lauf-zeit gesamt in [h] Laufzeit pro Phase in [h] Öltemperatur in [°C] Weitere Informationen Versuche ohne Filter 175 11 und 0 1640 96 48 60 Für jeweils eine Stunde wird der Winkel von 11 ° eingestellt, welcher danach für 2 Minuten auf 0 ° gestellt wird. Einglättungsversuche 175 11 und 0 1640 88 22 60 Test unter Mangelschmierung 175 11 und 0 1640 Unbestimmt 22 60 Tabelle 3.1: Versuchsmatrix geschwindigkeit für eine Scheibe als abrollende Probe geschwindigkeit für eine Scheibe als Horizontalprobe in [N] 3.2 Auswertung der Versuche Zum Vergleich der Versuchsergebnisse werden mittels Matlab zweidimensionale (2D-) Histogramme erzeugt, welche den Reibwert nach Betrag und Richtung zeigen. Weiterhin werden für die Einglättungstests Mikroskop- Aufnahmen der Laufflächen verglichen. Um Betrag und Richtung der Reibkräfte zu bestimmen, wird eine graphische Sensorkraftberechnung vorgenommen, anhand derer im Anschluss das Kräftegleichgewicht aufgestellt werden kann. Bild 3.1 zeigt die graphische Kräfteanalyse. Anhand Bild 3.1 ergibt sich das unten stehende Gleichungssystem, welches zur Auswertung des Reibwertes nach Betrag und Richtung sowie des resultierenden Reibwertes dient. Mit Gleichung 3.7 werden alle gemessenen Kräfte in der Reibkraftresultierenden verarbeitet. 3.2.1 Versuch ohne Ölfilterung Während der Kurvenrollenversuche befindet sich die Schmieranlage noch im Aufbau und lag in zwei Zuständen vor. Diesbezüglich sind die ersten Versuche mit ungefiltertem Öl durchgeführt. Bei den ungefilterten Versuchen zeigen sich bei den Proben, welche mit dem Material A durchgeführt sind, Strukturen mit einer möglichen Winkelbeziehung zum Kurvenrollenwinkel. In diesen Versuchen werden die Proben für zwei Phasen Aus Wissenschaft und Forschung 15 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bild 3.1: Kraftskizze zur Bestimmung der Reibkraftresultierenden ! "#$ % & ' ( )* ! +,- % & . ! "#$ % & ( )* ! +,- % & / / ! $01 % & ( )* ! 23+ % & . / ! $01 % & ' ( )* ! 23+ % & )* 4 5 ! "#$ % & ( )* ! +,- % & 6 7 ' 5 ! $01 % & ' ( )* ! 23+ % & 6 7 8* 4 5 9 6 7 ' % )* ! 23+ % : && 7 . 8* 4 5 9 6 7 ' 5 ! $01 % & ' ( )* ! 23+ % & 6 7 (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) (3.7) den Riefen. Dieser Umstand zeigt sich auch bei der Zweitbestimmung des gefilterten 96 Stundenlaufs. Aufgrund dessen wird die Vermutung angestellt, dass sich der Abrieb bei den ungefilterten Versuchen durch den Umlauf in den Kontakt begibt und plastisch oder auch adhäsiv eingeprägt wird. Hierdurch werden die Querriefen möglicherweise so strukturiert, dass sich eine bessere Tragfähigkeit des Schmierfilms ergibt. Ein filterloser Versuch des Materials B zeigt ebenso Strukturierte Oberflächen wie Material A. Bild 3.4 zeigt die Daten zu den beiden Phasen je 48 Stunden mit Material B. Wie bei Material A, zeigt sich auch bei Material B in Bild 3.4 eine geriefte Struktur quer zur Bewegungsrichtung, welche jedoch auf der Axialkurve nicht so stark ausgeprägt ist. Weiterhin zeigt sich nach der ersten Phase wie bei Material A eine Reduzierung des Reibwert-Betrags. Im Vergleich zu Material A ist diese Differenz geringer und beläuft sich auf einen Wert von circa 0,01 im Mittel. Im Vergleich zum gefilterten Test mit zusammenhängenden 96 Stunden Laufzeit des Material B, welcher in Bild 3.5 abgebildet ist, ergibt sich hier näherungsweise kein Unterschied im Reibwert. Es lassen sich wie bei dem gefilterten Test von Material A, keine Querriefen erkennen. Aus Wissenschaft und Forschung 16 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 verwendet und zwischen den Phasen mikroskopiert. Die Laufzeit pro Phase beträgt 48 Stunden. Zu Beginn wird die Normalkraft von 1640 N aufgebracht. Sobald die Normalkraft eingeregelt ist, wird der Winkel startend von 90 ° aus auf 79 ° eingestellt. Im Anschluss wird die Axialkurve auf 175 rpm beschleunigt und für eine Stunde bei der Drehzahl gehalten um dann wieder auf 90 ° für 2 Minuten bei gleichbleibender Drehzahl zu schwenken. Dieser Vorgang wird 21-mal wiederholt, um zu überprüfen ob bei nahezu reinem Wälzen (Schwenkwinkel = 90 °) der Reibwert auf ein geringeres und gleichbleibendes Niveau absinkt. Bild 3.2 zeigt die Mikroskopie und die 2D-Histogramme der Reibungsdaten beider Phasen zum Material A. Zwischen den beiden Phasen ergibt sich eine starke Verringerung der Reibungskoeffizienten. Deutlich sind fast quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Riefen zu erkennen. Die Mikroskopie für Phase 1 lag nur in geringerer Vergrößerung vor. In der ersten Phase liegt die COF- Resultierende bei Werten zwischen 0,06 und 0,025. In Phase zwei wiederum ergeben sich hier Werte im Bereich von 0,04 und 0,03. Im Vergleich hierzu ist in Bild 3.3 die COF-Resultierende und die Probenmikroskopien zu einem 96 Stundenlauf mit aktiver Ölfilterung zu sehen. Mit Filterung des Öls ergibt sich hier eine über den gesamten Versuch deutlich höhere COF-Resultierende. Außerdem zeigt die Oberfläche der Axialkurve in Bild 3.3 keine quer zur Bewegungsrichtung verlaufen- Bild 3.2: Mikroskopien der Axialkurve und der Kurvenrolle von Phase 1 und 2 sowie die COF-Resultierenden in Histogrammen zum Material A Aus Wissenschaft und Forschung 17 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bild 3.4: Mikroskopie der Axialkurve und der Kurvenrolle von Phase 1 und 2 sowie die COF-Resultierenden in Histogrammen zum Material B ohne Filterung des Öls [4] Bild 3.3: COF-Resultierende nach einem gefilterten 96 Stundenlauf mit dem Material A und Koaxialmikroskopie der Proben Reibwert-Niveaus verlaufen nach Phase eins jeweils näherungsweise konstant mit über die Zeit tendenziell sinkenden Beträgen. Für das Axialkurven-Material B stellt sich die Einlaufcharakteristik deutlich stärker heraus. Bild 3.7 zeigt die dazu gehörenden Reibwertverläufe. In der ersten Phase startet der Reibwert bei circa 0,045 und schwenkt nach der ersten Stunde auf einen Wert von ungefähr 0,069. Von diesem Punkt an, fällt der Koeffizient auf einen Wert von 0,059 ab. Die Differenz in den Reibwerten der ersten beiden Stunden liegt vermutlich darin begründet, dass beim Anlaufen des Versuchs die Kurvenrolle im ersten Moment weit nach innen gezogen wird. Da sich das Material nicht direkt, wie bei Probe A einglättet, verbleibt die Kurvenrolle wahrscheinlich aufgrund des Vertikal-Probenspindelaufbaus, auf der Einzugsposition, welche nach dem Schwenken auf 90 ° wieder verlassen wird. Entsprechend kann dieses Verhalten auch aus der Gerätekinematik mit den kaskadierten Achsen und den daraus resultierenden geringen Steifigkeiten entstehen. Ob die Kurvenrolle von den Reibkräften axial gezogen oder gedrückt wird ist damit entscheidend für die Kräftemessung und die Verformung im Aufbau. Aus Wissenschaft und Forschung 18 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Den Bildern 3.2 bis 3.5 zu Folge scheint sich die Struktur, welche sich quer zur Drehrichtung bildet, positiv auf die Tragfähigkeit des Schmierfilms beim Material A auszuwirken. Bei Material B wiederum lässt sich beim Reibwert keine Verbesserung feststellen. 3.2.2.Einglättungsversuche In dieser Versuchsreihe soll das Einglättungsverhalten der Kurvenscheiben in Korrelation mit dem Reibungsverhalten untersucht werden. Bei den Einglättungsversuchen werden pro Axialkurvenmaterial vier Test- Phasen gefahren. Vor dem Versuch und nach jeder Phase werden von der Axialkurve und der Kurvenrolle Aufnahmen per Mikroskopie und Weißlichtinterferometrie (WLI)getätigt, um die Einglättung über die Zeit zu beobachten. Die Versuchszeit beträgt je Phase 21 Stunden und 40 Minuten. Bild 3.6 zeigt den Reibwert über der Zeit für die vier Phasen des Axialkurvenmaterials A. Es zeigt sich, dass bei der ersten Phase die Reibwert-Resultierende bei einem Wert von circa 0,075 startet und zum Versuchsende einen Wert von circa 0,029 erreicht. Weiterhin lässt sich erkennen, dass die Resultierende für die nächsten drei Phasen bei einem deutlich geringeren Reibwert von zwischen 0,035 und 0,04 startet. Diese Bild 3.5: COF-Resultierende nach einem gefilterten 96 Stundenlauf mit dem Material B und Mikroskopie der Probe Aus Wissenschaft und Forschung 19 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bild 3.6: Resultierende des COF über die Zeit der vier Phasen des AK-Materials A Bild 3.7: Resultierende des COF über die Zeit der vier Phasen des AK-Materials B 100-facher Vergrößerung mit koaxialbeleuchteten Mikroskop-Aufnahmen. Die Mikroskopie liefert hier einen Überblick über die Veränderung der Spur durch die Laufzeit. Es lässt sich erkennen, dass nach der Phase zwei keine nennenswerte Veränderung der Oberfläche mehr stattfindet. In den oberen vergrößerten Detailaufnahmen der Abbildung zeigen sich deutliche Einglättungen der Rauheitsspitzen. Die Einglättung geschieht anscheinend über eine plastische Deformation und auch Gratbildung. Es sind an den glatten Bereichen mit zunehmender Laufzeit Ausbrüche erkennbar, welche vermutlich abgebrochene Grate sind. Diese Bruchstücke wiederrum könnten vermutlich in den filterlosen Tests die gesichteten Querriefen verursacht haben. Im Vergleich hierzu zeigt Bild 3.10 den Einglättungsverlauf der Axialkurvenscheibe aus dem Material B. Wie bei den Versuchen ohne Filter zeigt sich bei den Einglättungsversuchen mit dem Material B eine Struktur quer zu den Drehrichtungsriefen. Diese Querriefen lassen sich schon nach der ersten Phase erkennen und bilden sich bis nach Phase vier stärker aus. In der ersten Phase liegt der Reibwert, siehe Bild 3.7 bei 0,06 und begibt sich dann auf einen Wert von 0,04 nach Abschluss der ersten Phase. Dieses Verhalten kann auch bei Material A bei den Versuchen ohne Filter beobachtet werden. Aus Wissenschaft und Forschung 20 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bei den Phasen drei bis vier zeigt sich wie bei Material A, dass sich ein geringerer Reibwert bei nahezu konstantem Verhalten einstellt, wobei es sich bei Material B viel stärker differenzieren lässt. Bild 3.8 zeigt die 2D-Histogramme zum Material A für alle vier Phasen. Wenn während des Versuchs ein Winkelbereich abgefahren wird, zeigt sich der Betrag und die Richtung des Koeffizienten je nach Winkeleinstellung an einer anderen Position. Im Falle Bild 3.8 zeigt sich wie schon in Bild 3.6 zu sehen, die Abhängigkeit zur Einglättung der Oberflächen und der wieder Neupositionierung der Proben zueinander. Hierin ist möglicherweise auch die Erhöhung des COF in Phase vier begründet. Die Proben werden mit einer Markierung versehen und möglichst immer an der gleichen bis ähnlichen Position wieder eingebaut. Gegebenenfalls ist die Positionierung zu Phase vier nicht ausreichend genau, weswegen sich der höhere Reibwert einstellt. Um das Einlaufverhalten der Proben zueinander vergleichen zu können, sind die Proben an definierten Stellen markiert und die Aufnahmen näherungsweise an gleichem Ort erstellt worden. Bild 3.9 zeigt den Verlauf der Einglättung an der Axialkurve aus dem Material A bei Bild 3.8: Betrag und Richtung des COF nach Häufigkeit aufgetragen startend bei Phase eins auf der linken Seite vom AK-Material A Aus Wissenschaft und Forschung 21 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bild 3.9: Verlauf der Einglättung an der Axialkurvenoberfläche aus dem Material A mit Koaxial-Mikroskop- Aufnahmen Bild 3.10: Verlauf der Einglättung an der Axialkurvenoberfläche aus dem Material B mit Koaxial-Mikroskop- Aufnahmen geben. Sobald die Abschaltkriterien erreicht sind, wird die Axialkurvenscheibe in Phase 2 initial mit einer Pipette mit Öl geschmiert und der Versuch noch mal für 21 Stunden und 40 Minuten gestartet. Bild 3.11 zeigt die Versuchsdaten zum Axialkurvenmaterial A. In der ersten Phase mit dem AK-Material A bricht der Versuch nach circa 51 min ohne Schmierung ab. In Phase 2 läuft der Versuch mit Initialschmierung bis zu der regulären Zeitabschaltung. Der Reibwert verläuft in Phase 2 näherungsweise konstant bei einem Wert von circa 0,048. Im Vergleich zu Bild 3.6 zeigt sich hier eine Reibwert-Differenz von circa 0,018 zwischen der Dauerschmierung und der Initialschmierung. Aus Wissenschaft und Forschung 22 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 3.2.3 Test unter Mangelschmierung In dieser Versuchsreihe soll das Notlaufverhalten der Wälzpaarung bei einem plötzlichen Schmierungsausfall dokumentiert werden. Außerdem soll eine Möglichkeit zur Beurteilung der Einsparung des Schmiermediums geschaffen werden. Bei diesen Versuchen wird das Probensetup in Phase 1 für vier Stunden geschmiert und anschließend die Ölschmierung abgestellt. Danach wird die Axialkurvenscheibe mit einem Tuch abgezogen und das Probensetup mit einem Heizgebläse weiterhin auf 60 °C temperiert. Als Abschaltkriterien werden in diesem Versuch eine Axialkraft von 300 N und eine Umfangskraft an der Axialkurvenscheibe von 250 N einge- Bild 3.12: COF nach Betrag und Richtung der beiden Phasen aus dem Schmierungsabschaltversuch mit dem AK-Material B und COF-Resultierende über die Zeit [4] Bild 3.11: COF nach Betrag und Richtung der beiden Phasen aus dem Schmierungsabschaltversuch mit dem AK-Material A und COF-Resultierende über die Zeit [4] Bild 3.12 zeigt die Versuchsdaten zu den Tests unter Mangelschmierung mit dem AK-Material B. Im Vergleich zum AK-Material A liegt der Reibwert bei AK-Material B in Phase 2 bei einem Wert von circa 0,054. Es kann hier vermutet werden, dass sich die Oberflächen der beiden AK-Materialien unterschiedlich auf die Tragfähigkeit des Schmierfilms auswirken oder, dass sich die Benetzung je nach Material unterscheidet. In Phase 1 erreicht der Versuch mit dem B-Material die Abschaltkriterien nach circa 58 min. Die Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Materialien nach Ölabschaltung beträgt 7 min, wobei diesbezüglich noch weiter Stichproben benötigt werden. Im Vergleich zur Umlauf-Ölschmierung während Phase vier in den Einglättungsversuchen läuft das Material B in Phase 2 initialgeschmiert mit einer Reibwert-Differenz von circa 0,02, siehe Bild 3.7. 4 Diskussion zur Samplerate Alle erhobenen Daten in diesem Beitrag werden im ASCII- und im HDF5-Format abgespeichert. Exemplarisch sei hier ein HDF5-Format-Histogramm mit 2000 S/ s in Bild 4.1 aufgezeigt [4]. Bei der höheren Samplerate lässt sich im 2D-Histogramm erkennen, dass die Proben während des Laufs schwingen und sich deshalb ein größerer Betragsbereich ergibt. So lassen sich also bei der höheren Datenrate weitere Details erkennen. Im Falle der bisherigen Auswertung ergab sich aber der Vorteil, dass die Grenzfrequenz der (ASCII-) Datenrate von ca. 10 Hz gut für die Interpretation der Lage und des Betrags des Reibwertes ist. Die Interpretation von Eigenfrequenzen des Gerätes ist jedoch in Daten mit höherer zeitlicher Auflösung zu suchen und nicht Bestandteil dieses Beitrags. 5 Diskussion, Fazit und Ausblick Mit dem universalen Wälzprüfstand MopeD lassen sich auch Kurvenrollen unter Schräglauf auf Verschleiß und Abrieb anwendungsnahe untersuchen. Die Reibwert-Resultierenden bewegen sich in Bereichen von 0,025 und 0,06, außer bei den Mangelschmierungszuständen, hier werden deutlich höhere Werte verzeichnet. Während der Versuche hat sich herausgestellt, dass die Ölfilterung einen erheblichen Einfluss auf die Struktur der Oberflächen und den damit verbundenen Reibwert hat. Weiterhin hat sich ergeben, dass die Normalkraft von 1640 N für den aktuellen Vertikalprobenspindelaufbau zu hoch ist. Durch die in einer C-Form angeordneten Spindeln, kommt es bei so hohen Lasten zu Verschiebungen der Kurvenrolle auf ihrer Laufbahn. Dieser Umstand kann möglicherweise mit einer Abstützung hinter der Kurvenrolle eliminiert werden. Die niedrigsten Reibwerte sind bei den Versuchen ohne Öl-Filter und bei den Versuchen zur Untersuchung der Einglättung zu verzeichnen. Diesbezüglich scheint die Oberflächenstruktur sowie ein systematisches Entkoppeln der Kurvenrolle von der Lauffläche einen Einfluss auf den Reibwert zu haben. Da die Differenz zwischen den Reibwerten, bei den Schmierungsabschalttests gegenüber den Einglättungstests einen sehr geringen Wert aufweist, könnte sich in dieser Probenanordnung die Schmierung mit Fett als ebenso funktional erweisen wie mit der dauerhaften Ölschmierung. Außerdem könnte hier auch die Überlegung angestellt werden mit einer Intervall-Ölversorgung zu arbeiten, um den generellen Schmierstoffbedarf zu reduzieren. Ausblickend werden die gravimetrischen Ergebnisse, sowie die weißlicht-interferometrischen Auswertungen aufbereitet und zur Tagung vorgestellt. Literaturverzeichnis [1] Schaeffler Technologies AG & Co. KG, „ZL5203-DRS Stud type track roller,“ 2022. [Online]. Available: https: / / medias.schaeffler.de/ en/ product/ / zl5203-drs/ p/ 400796. [Zugriff am 29 July 2022]. [2] K.-O. Karlson, H. Buse und J. Molter, „Investigation of Rolling and Lateral Slip on the MopeD Qs2STg500,“ International Colloquium Tribology, Bd. 23, p. 363-369, 2022. [3] M. Grebe., Tribometrie, Tübingen: expert verlag GmbH, 2021. [4] The HDF Group, „Hierarchical Data Format, version 5,“ 1997-NNNN. [Online]. [Zugriff am 29 July 2022]. Aus Wissenschaft und Forschung 23 Tribologie + Schmierungstechnik · 69. Jahrgang · 4/ 2022 DOI 10.24053/ TuS-2022-0019 Bild 4.1: Betrag und Richtung des COF nach Häufigkeit aus Phase vier vom Axialkurvenmaterial A