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Editorial 1 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Liebe Leserinnen und Leser, die Materialwissenschaftler John Bannister Goodenough, Michael Stanley Whittingham und Akira Yoshino erhalten den Chemienobelpreis 2019 als Würdigung für Pionierarbeiten, die zur Entwicklung eines neuen Batterietyps geführt haben. Lithium-Ionen-Batterien sind heutzutage allgegenwärtig und betreffen die Tribologie insbesondere durch das Thema Elektromobilität und dessen anstehender Herausforderung bei der Entwicklung unterschiedlicher Antriebskonzepte. Das Element Lithium hat die geringste Dichte aller unter Standardbedingungen festen Elemente und steht mit einem Anteil von 60 ppm an der Erdhülle an 27. Stelle der Häufigkeit. Damit gehört Lithium gefühlt nicht zu den Seltenen Erden, jedoch hat der Bedarf für die Batterieherstellung den Preis erhöht, sehr zum Leidwesen der Hersteller von Lithiumseifen basierten Schmierfetten. Meine Erfahrung mit der Batterietechnologie geht auf den Bleiakkumulator zurück. Während einer studentischen Erkundungsfahrt versagte der Regler seinen Dienst, sodass die von der Lichtmaschine zugeführte Energie das vollbeladene System, aus Bleianode, Bleidioxidkathode, perforierten, gewellten Polyvinylchlorid-Separatoren und der wässrigen Schwefelsäure-Elektrolytlösung, zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff umfunktionierte. Unsere mechatronische Expertise führte zum Auffüllen mit destilliertem Wasser. Erst beim Kauf eines neuen Blei-Akkumulators empfahl man uns den Regler zu überprüfen. Etwa im gleichen Jahrzehnt nutzte Stanley Whittingham Lithium als Anode und Titandisulfid als Kathode für sein Batteriesystem mit 2,5 Volt Spannung. Lithium-Ionen lagern sich reversibel in die Titandisulfid-Schichtstruktur ein und ermöglichten über einhundert Lade- und Entladezyklen. Für heutige Anwendungen war das Insertionspotenzial gegenüber metallischem Lithium zu gering. John Goodenough benutzte anstelle von Titandisulfid Lithiumcobaltoxid und erhöhte die Zellspannung auf etwa 4 Volt. Die Verwendung des Übergansmetalloxids führte zur kommerziellen Einführung. Mit schichtstrukturierten Nickel-Cobalt-Mangan-Oxiden, Mangan-Spinelle und Lithiumeisenoxid kamen weitere alternative Kathodenmaterialien zum Einsatz. Als Anodenmaterial wurde Lithium durch Graphit ersetzt, wobei verwendete nicht wässrige Elektrolyte zur Exfoliation der Graphitschichten führten. Akira Yoshino verwendete als Anodenmaterial Polyacetylen, gefolgt von Petrolkoks mit Graphitanteilen. Die von den Laureaten entwickelte Technik ist fester Bestandteil des Systems Lithiumbatterie. Die aktuelle Forschung wird sowohl auf Lithium basierenden Systemen mit Optimierungspotential als auch an anderen Ladungsträgern weitergeführt. Zu nennende Themen sind Festkörperbatterien mit leitfähigen Polymeren oder Keramiken, um entflammbare aprotische Elektrolyten zu ersetzen, und die Rückkehr zu Lithium als Anodenmaterial für eine höhere Energiedichte sowie Lithiumsauerstoff-, Natriumsauerstoff- und Lithiumschwefelbatterien. Die Batterietechnologie ist eins von vielen Themen, die die Tribologie direkt und indirekt beeinflussen. Mehr zu möglichen Themen finden Sie in dieser Ausgabe, welche gleichzeitig die letzte von Frau Anita Koryani unterstützte Ausgabe sein wird. Sicherlich darf ich mich auch im Namen aller Autoren für Ihr langjähriges Engagement rechtherzlich bedanken. Bleiben Sie, liebe Frau Koranyi, auch im Ruhestand der Tribologie gewogen, Ihr Manfred Jungk Herausgeber Nobelpreis 2019 für Lithium TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 15: 15 Seite 1 Veranstaltungen 2 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Veranstaltungen Datum Ort Veranstaltung AC 2 T GfT ÖTG TAE * Anschriften der Veranstalter Austrian Center of Competence for Tribology Viktor-Kaplan-Str. 2, 2700 Wiener Neustadt / ÖSTERREICH, Tel. (+43 26 22) 8 16 00-10, Fax (+43 26 22) 8 16 00-99; E-Mail: office@ac2t.at; www.ac2t.at Gesellschaft für Tribologie e.V. Adolf-Fischer-Str. 34, 52428 Jülich Tel. (0)2461 340 79 38, Fax (0)3222 427 10 51 E-Mail: tribologie@gft-ev.de; www.gft-ev.de Österreichische Tribologische Gesellschaft / Austrian Tribology Society Viktor-Kaplan-Straße 2, 2700 Wiener Neustadt / ÖSTERREICH Tel. (+43) 67 68 45 16 23 00, Fax (+43) 253 30 33 91 00 E-Mail: office@oetg.at; www.oetg.at Technische Akademie Esslingen Weiterbildungszentrum, In den Anlagen 5, 73760 Ostfildern, Tel. (07 11) 3 40 08-0, Fax (07 11) 3 40 08-27, -43; E-Mail: anmeldung@tae.de; www.tae.de ► 11.12. - 12.12.19 Düsseldorf Wear-Resistant Plastics 2019 https: / / www.ami.international/ events/ event? Code=C1017#11614 ► 28.01. - 30.01.20 Stuttgart, Ostfildern 22 nd International Colloquium Tribology https: / / www.tae.de/ kolloquien-symposien/ tribologie-reibung-verschleiss-und-schmierung/ internationalcolloquium-tribology/ ► 19.02. - 20.02.20 Ostfildern Tribologie. Alles rund um Reibung, Verschleiß und die dazugehörige Analytik TAE* ► 16.03. - 19.03.20 Irsee 5 th Bioinspired Materials 2020 https: / / bioinspired2020.dgm.de/ home/ ► 17.03. - 18.03.20 Rosenheim OilDoc Praxis-Forum „Schmierung & Instandhaltung“ https: / / praxis-forum.oildoc.com/ ► 31.03. - 01.04.20 Hannover 3 rd BEARING WORLD https: / / bearingworld.org/ ► 19.04. - 22.04.20 Seoul, Korea 2 nd Korea-Tribology International Symposium - K-TRIB2020 http: / / k-trib2020.org/ ► 21.04. - 22.04.20 Stuttgart UNITI Mineralöltechnologie-Forum 2020 https: / / www.umtf.de ► 24.04. - 28.04.20 Hamburg 32 nd ELGI AGM http: / / www.elgi.org/ elgi.org/ index.php/ home/ meetings-calender ► 28.04. - 29.04.20 Karlsruhe 4 th Hybrid Materials and Structures 2020 https: / / hybrid2020.dgm.de/ home/ ► 03.05. - 07.05.20 Chicago, Illinois 75 th STLE Annual Meeting & Exhibition https: / / www.stle.org/ annualmeeting ► 04.05. - 05.05.20 Prag, Czech Republic 4 th International Conference on Materials Science and Engineering https: / / www.tribonet.org/ conferences/ 2020/ 05/ 4th-internationalconference-on-materials-science-and-engineering/ ► 13.05. - 05.05.20 Karlsruhe Tribologie https: / / www.dgm.de/ index.php? id=1480 ► 18.05. - 19.05.20 Ostfildern Tribologie der Kunststoffe TAE* ► 26.05. - 28.05.20 Potsdam 4 th International Symposium on Fatigue Design and Materials Defects 2020 https: / / fdmd2020.inventum.de/ home/ ► 09.06. - 10.06.20 Bilbao, Spain LUBMAT 2020 https: / / www.lubmat.org/ en/ home ► 09.06. - 12.06.20 Geiranger, Norway NORDTRIB 2020 The 19 th Nordic Symposium on Tribology http: / / www.nordtrib2020.tribology.no/ ► 13.06. - 16.06.20 Miami, FL,USA NLGI Annual Meeting http: / / www.nlgi.org TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 2 Inhalt 3 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 1 Editorial Nobelpreis 2019 für Lithium 5 Laudatio von Herrn Prof.-Dr.-Ing. Dirk Bartel Verleihung des Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichens an Herrn Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters 7 22. Internationales Kolloquium Tribologie Ein Treffpunkt für Anwender, Hersteller und Entwickler 9 Markus Gärtner, Achill Holzer, Felix Fischer, Katharina Schmitz EHL Simulation Model for an Abstracted Piston-Bushing Test Rig 17 Manfred Jungk, Jürgen Molter Tribologie in Deutschland - Bestandsaufnahme 2019 33 Julia Kröner, Stephan Tremmel, Sandro Wartzack Untersuchungen an a-C: H: Me-beschichteten Rillenkugellagern unter Trockenlaufbedingungen 40 Jan Wenzel, Marcel Neu, Eckhard Kirchner Erweiterung der Auslegung von Festlager- Laufrollenführungen bei trockenem Kontakt 48 Stefan Göllner, Thorsten Stöberl, Frank Mantwill Tribologische Betrachtung von mit Gleitlack beschichteten Hubmagnetsystemen 56 Daniel Kieser, Thomas Kroth, Emir Sirbubalo, Matthias Zemke, Marc Christmann, Peter Hoffmann, Johannes Ferner, Rebekka Drafz, Torben Fruth Process optimization and scale-up verification of the dispersion process for lubricant production using CFD simulation Aus Wissenschaft und Forschung 2 Veranstaltungen 64 Nachrichten Mitteilungen der GfT / Mitteilungen der ÖTG 71 Schadensanalyse / Schadenskatalog Rillenkugellager 73 Handbuch der T+S Einflüsse auf Zahnradschäden 75 Normen Hinweise für Autoren / Checkliste (siehe Umschlag) Rubriken Aus der Praxis für die Praxis Veröffentlichungen Die Autoren wissenschaftlicher Beiträge werden gebeten, ihre Manuskripte direkt an den Herausgeber, Dr. Jungk, zu senden (Checkliste und Formatvorgaben siehe Umschlagseite hinten). Authors of scientific contributions are requested to submit their manuscripts directly to the editor, Dr. Jungk (see backpage for formatting guidelines). Ab dem Jahrgang 2019 können Sie die aktuellen Hefte der Tribologie und Schmierungstechnik im Online-Abonnement beziehen. Die Hefte der vergangenen Jahrgänge werden kontinuierlich integriert. Unsere eLibrary bietet Ihnen einen qualitativ hochwertigen und benutzerfreundlichen Zugang zum digitalen Buch- und Zeitschriftenprogramm der Verlage expert, Narr Francke Attempto und UVK. Nutzen Sie mit uns die Chancen der Digitalisierung: https: / / elibrary.narr.digital/ journal/ tus Der Online-Zugang ist in Kombination mit dem Print-Abo oder als e-only-Abo erhältlich. Abo-Service: Susanne Theis, expert verlag Tel: +49 (0) 7071-97556-53 Fax: +49 (0) 7071-9797-11 eMail: theis@verlag.expert IHR ONLINE-ABONNEMENT DER TuS Tribologie und Schmierungstechnik Organ der Gesellschaft für Tribologie Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft Organ der Swiss Tribology 66. Jahrgang, Heft 6 November / Dezember 2019 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 3 Anzeigen 4 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 22nd International Colloquium Tribology Industrial and Automotive Lubrication 28-30 January 2020 in Stuttgart/ Ostfildern, Germany Program and Online-Registration: www.tae.de/ go/ tribology Join Europe‘s largest Tribology and Lubrication Conference with 200 technical presentations. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 4 Ludger Deters wurde am 31.3.1951 als ältester von 4 Kindern in Lohne (Oldenburg) geboren. Von 1957 bis 1962 besuchte er dort die Volksschule. Schon früh konnten seine Eltern Bernard und Elfriede beobachten, dass ihren Sohn technische Dinge wie Radios und Flugzeuge von Anfang an begeisterten, später kamen dann Autos dazu. Über sein Lebensziel war er sich auch frühzeitig im Klaren, denn schon im Alter von ca. 10 Jahren wollte er Professor werden, nur auf welchem Gebiet stand noch nicht fest. Von 1962 bis 1966 ging er auf die Realschule in Lohne, und von 1966 bis 1970 besuchte er dann das Gymnasium Antonianum in Vechta, wo er 1970 die Abiturprüfung ablegte. 1970 begann Ludger Deters das Studium des Allgemeinen Maschinenbaus an der Technischen Universität Clausthal. Nach erfolgreich bestandener Diplomprüfung im Jahr 1975 war er bis 1977 wissenschaftlicher Mitarbeiter und danach bis 1983 wissenschaftlicher Assistent bei Prof. Dr.-Ing. Jörn Holland am Institut für Reibungstechnik und Maschinenkinetik der Technischen Universität Clausthal. In diese Zeit fiel ein wichtiges Datum: am 14.12.1979 heirate er Ursula Heese, von da an Ursula Deters, die ihn bis heute auf seinem Lebensweg begleitet. Am 29.6.1983 promovierte er mit Auszeichnung zum Dr.-Ing. mit einer Dissertation zum Thema „Untersuchung von Axialgleitlagern mit Kreisgleitschuhen bei hohen Gleitgeschwindigkeiten“. Danach setzte er seine berufliche Laufbahn in der Industrie fort und war bis 1987 Leiter der Entwicklung und Konstruktion von Turbomolekularpumpen bei der Leybold AG in Köln. Von 1987 bis 1994 hatte er leitende Positionen in der Entwicklung und Konstruktion von Textilmaschinen sowie Automatisierungssystemen und -komponenten bei der Barmag AG in Remscheid inne. Das Jahr 1994 führte Ludger Deters in die Wissenschaft zurück und das gleich an herausragender Stelle. Am 1.4. trat er nämlich die Nachfolge von Prof. Gerd Fleischer an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg an und wurde zum Universitätsprofessor und Leiter des Lehrstuhls für Maschinenelemente und Tribologie am Institut für Maschinenkonstruktion berufen. Von 1995 bis 2016 war er außerdem Geschäftsführender Leiter des Institutes für Maschinenkonstruktion. Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehörten der Rad-Schiene-Kontakt sowie öl- und fettgeschmierte Wälz- und Gleitlager. In dem System Rad-Schiene interessierten ihn insbesondere das Kraftschluss-Schlupf-Verhalten und die Werkstoffermüdung (Head Checks). Bei den Lagern ging es allgemein um den Verschleiß, bei Gleitlagern speziell um das Fressverhalten, bei ölgeschmierten Wälzlagern um Ermüdungserscheinungen und den Einfluss von Wasser. Im Fall der fettgeschmierten Wälzlager beschäftigte er sich mit dem Phänomen des False Brinelling und auf der Bauteilseite insbesondere mit hochbelasteten vollrolligen Lagern. Dazu kamen kraftstoffgeschmierte Systeme mit dem Fokus auf Rolle- Nocken-Kontakten sowie Radial- und Axialgleitlagern. Bei den experimentellen Arbeiten sind außerdem Übergangswiderstandsmessungen an fettgeschmierte Gelenklagern zu erwähnen. Zu seinen theoretischen Arbeiten gehören die Entwicklung von Auslegungsverfahren für wartungsfreie rotierende und oszillierende Gleitlager sowie die Simulation von trockenen und geschmierten Tribosystemen (Beanspruchung, Reibung, Erwärmung, Verschleiß). In seiner Zeit an der Universität war er Betreuer und Erstgutachter von über 40 Promotionen und einer Habilitation, Zweitgutachter bei 27 Promotionen und veröffentlichte mehr als 200 wissenschaftliche Publikationen. Er warb 42 öffentlich geförderte Projekte (DFG, AiF, BMBF, EU) und eine Vielzahl von Industrieprojekten ein und hält 25 Patente. Er ist außerdem Mitglied im DIN-Normenausschuss „Gleitlager“. Nationale und internationale Tagungen unterstützte Prof. Deters durch seine Mitarbeit in verschiedenen Programmausschüssen, darunter den für die Tribologie- Fachtagung der Gesellschaft für Tribologie (GfT), für die VDI-Tagung „Gleit- und Wälzlagerungen“, das „International Colloquium Tribology“ der Technischen Akademie Esslingen sowie der DGM-Tagung „Reibung und Verschleiß“. Bei seiner ehrenamtlichen Tätigkeit muss sein besonderes Engagement für die GfT erwähnt werden. So war er von 1995 bis 2006 Mitglied des technisch-wissenschaft- Laudatio zur Verleihung des Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichens 5 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Verleihung des Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichens an Herrn Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters Laudatio von Prof.-Dr.-Ing. Dirk Bartel, gehalten auf der Tribologie-Fachtagung am 23.9.2019 in Göttingen TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 5 schaft industrieller Forschungsvereinigungen „Ottovon-Guericke“ e.V. (AiF). Am 15.9.2016 ging Prof. Deters in den wohlverdienten Ruhestand. Danach verlegte er seinen Lebensmittelpunkt wieder in den Landkreis Vechta im westlichen Niedersachsen. Er spielt seit einigen Jahren Golf und liebt das Radfahren. Im Ruhestand kann er sich nun endlich die Zeit für ausgiebige Radwanderungen nehmen. Wer es verpasst hat, Prof. Deters als Hochschullehrer oder Sprecher auf Konferenzen zu erleben, kann auch heute noch in den Genuss seiner Lehrtätigkeit kommen. Dazu muss man sich nur zu einer naturkundlichen Führung am Dümmer oder in der Dümmerniederung anmelden, denn Ludger Deters ist zertifizierter Natur- und Landschaftsführer im Naturpark Dümmer. Dazu gebracht hat ihn sein ausgeprägtes Interesse an ökologischen Fragestellungen und den komplexen Zusammenhängen der Natur, mit denen er sich neben seinem Beruf als Wissenschaftler seit vielen Jahren intensiv beschäftigt. Die Gesellschaft für Tribologie e.V. würdigte die Verdienste von Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters um das Fachgebiet Tribologie sowie sein Engagement für die GfT mit der Verleihung des Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichens am 23. September 2019. Laudatio zur Verleihung des Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichens 6 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 lichen Beirates, den er ab 2001 als Vorsitzender leitete. Im Jahr 2006 wurde er in den Vorstand gewählt, dem er bis 2015 angehörte. Zu den weiteren Ehrenämtern von Prof. Deters gehörten von 1995 bis 2011 die Mitgliedschaft in der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik (WGMK), deren Vorstand er ab 2005 angehörte. Seit 2011 ist er Mitglied der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WIGEP). Außerdem war er von 1999 bis 2015 gewählter Gutachter der Arbeitsgemein- Prof. Deters mit Prof. Jens Strackeljan (Rektor der OVGU Magdeburg) bei der Verabschiedung in den Ruhestand am 15.9.2016 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 6 Vom 28. bis 30. Januar 2020 findet das Internationale Kolloquium Tribologie zum 22. Mal in Ostfildern in der Nähe von Stuttgart statt. Diese Tagung ist die größte europäische Konferenz im Bereich der Tribologie und Schmierungstechnik mit Teilnehmern aus aller Welt und bietet eine bewährte Plattform für den Erfahrungsaustausch zwischen Industrie und Forschung. Dem Programmkomitee, unterstützt durch das International Advisory Board, ist es wieder gelungen, ein hochkarätiges, dreitägiges Programm zusammenzustellen. Jeder Konferenztag beginnt mit Plenarvorträgen von renommierten Tribologen. Anschließend wird die Tagung in neun parallelen, thematisch unterschiedlichen Sessions fortgesetzt. Die Eröffnungssession gibt einen Überblick über die Lage der Schmierstoffindustrie im gesamtwirtschaftlichen Umfeld, zeigt Trends auf und beleuchtet Entwicklungsaspekte in der Tribologie. In der Abschlusssession geht es um die „CO 2 -neutrale Produktion“. Abschließend geben die „Jungen Tribologen“ einen Ausblick auf ihre zukünftige Arbeit. Ein Schwerpunkt der Konferenz 2020 ist die Elektromobilität mit ihren unterschiedlichen Aspekten und deren Auswirkungen auf die Schmierungstechnik. In speziellen Sessions werden „Nachhaltige Schmierstoffe“ und das Horizon-2020-Projekt „i-Tribomat“ präsentiert. Die Schwerpunkte der parallelen Sessions im Bereich Maschinenbau sind: Grundlagen der Schmierungstechnik, Dichtungen, Gleitlager, Gaslagerungen, Motorenschmierung, Wälzlager und Fahrzeugschmierung. Im Bereich Chemie sind es: Grundöle, Additive, Schmierfette, Bio-Schmierstoffe, unkonventionelle Schmierstoffe, Schmierstoffe in der Metallbearbeitung und Tribo- Chemie. Im Bereich der Werkstoffwissenschaften sind es: Werkstoffe, Reibung und Verschleiß, Oberflächen und Beschichtungen, Materialverschleiß, die Charakterisierung von Werkstoffen und Verschleißmechanismen. Im Bereich der Physik sind es: Prüfverfahren, Ölanalysen, Zuverlässigkeit und Lebensdauer, Zustandsüberwachung, Schmierfettüberwachung, Schmierstoffüberwachung, Verschleißprüfungen und Prüfmethoden. Im Bereich Informationstechnologie sind es: Molekulardynamik, Simulation und künstliche Intelligenz in der Tribologie. Auf dem 22. Internationalen Kolloquium Tribologie werden führende Forscher aus Universitäten ihre neusten Ergebnisse präsentieren und Industrievertreter erhalten die Gelegenheit, die Wissenschaftler zu neuen Lösungen zu inspirieren. Eine parallel zur Tagung stattfindende Ausstellung und ein am Mittwochabend stattfindendes „Conference Dinner“ geben den Teilnehmen reichlich Zeit zum Erfahrungsaustausch untereinander. Nach drei Tagen mit technischen Vorträgen und Diskussionen haben die Teilnehmer die Gelegenheit, am Freitag das Mercedes-Benz-Museum in Stuttgart zu besuchen. https: / / www.tae.de/ go/ tribology Vorschau Kolloquium Tribologie 7 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 22. Internationales Kolloquium Tribologie Ein Treffpunkt für Anwender, Hersteller und Entwickler TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 7 Anzeige 8 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 expert verlag GmbH Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0) 7071 9 75 56 -0 \ Fax +49 (0) 7071 97 97-11 \ info@verlag.expert \ www.narr.de Stand: Dezember 2019 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! MASCHINENBAU Erich Schindler Fahrdynamik Grundlagen des Lenkverhaltens und ihre Anwendung für Fahrzeugregelsysteme Kontakt & Studium 3., aktualisierte Au age 2019, 192 Seiten €[D] 49,80 ISBN 978-3-8169-3444-8 eISBN 978-3-8169-8444-3 Das Buch vermittelt die Grundlagen der Fahrdynamik, die bei der Entwicklung, Applikation und Serienbetreuung von Fahrzeugregelsystemen benötigt werden. Schwerpunktmäßig wird das Lenkverhalten (Handling) behandelt, wobei neben den theoretischen Grundlagen und ihrer Anwendung auch Testverfahren sowie das Verhalten im Grenzbereich betrachtet werden. Prof. Dipl.-Ing. Erich Schindler war als Leiter des Labors Gesamtfahrzeug an der Fakultät Fahrzeugtechnik an der Hochschule Esslingen tätig. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 8 1 Introduction Swash plate design axial piston units are often used as pumps and motors in mobile and stationary applications. Figure 1 shows the assembly of an unit consisting of a drive shaft (1), which is connected to the cylinder (10). The cylinder is connected via the port plate (7) to suction port (8) and high-pressure side (5) using the Aus Wissenschaft und Forschung 9 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 EHL Simulation Model for an Abstracted Piston-Bushing Test Rig Markus Gärtner, Achill Holzer, Felix Fischer, Katharina Schmitz* Eingereicht: 30. Juli 2019 Nach Begutachtung angenommen: 11. November 2019 Am Institut für Fluidtechnische Antriebe und Systeme der RWTH Aachen University (ifas) wird das tribologische Verhalten des Systems Kolben - Buchse in Schrägscheibenpumpen - seit einigen Jahren experimentell an einem Einkolbenprüfstand untersucht. In der vorliegenden Publikation wird die simulative Modellbildung mithilfe des Mehrkörpersimulationswerkzeugs FIRST der IST GmbH diskutiert. Drei verschiedene Simulationsmodelle mit unterschiedlicher Modellierungstiefe werden hinsichtlich des Aufwands der Modellbildung, der erforderlichen Randbedingungen und der Berechnungsdauer verglichen. Abschließend erfolgt ein kritischer Vergleich der Berechnungsergebnisse anhand der Verlustkenngrößen axiale Reibkraft und Leckage. Weiterhin werden Ansätze zur Verbesserung der Simulationsmodelle genannt. Schlüsselwörter Kolben-Buchse-Kontakt, EHD-Simulation, Mehrkörpersimulation, hydrodynamische Schmierung, Grenzreibung, Reibkraft, Leckage At the Institute for Fluid Power Drives and Systems of RWTH Aachen University (ifas) the tribological behaviour of the piston - bushing contact in swash plate pumps has been investigated experimentally on a single piston test rig for several years. In the present publication simulation modelling is discussed with the help of the multi-body simulation tool FIRST, developed by the IST GmbH. Three different simulation models with different modeling depths are compared with respect to the effort of modelling, the required boundary conditions and the calculation duration. Finally, differences in the calculation results are critically compared on the basis of the loss characteristics of axial friction force and leakage. Furthermore, approaches for improving the simulation models are mentioned. Keywords piston-bushing contact, EHL simulation, multi-body simulation, hydrodynamic lubrication, boundary lubrication, friction force, leakage Kurzfassung Abstract * Dipl. -Ing. Markus Gärtner Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0001-8040-351X Pleiger Maschinenbau GmbH & Co. KG Achill Holzer, M.Sc. Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0003-1190-1819 Felix Fischer, M.Sc. Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-4558-333X Univ.-Prof. Dr.-Ing. Katharina Schmitz Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-1454-8267 Institute for Fluid Power Drives and Systems (ifas) RWTH Aachen University control plate (6) as fast-acting valve. Pistons (11) with slipper pads (12) are kinematically driven and supported by the swashplate (13) and retaining plate (2). A control unit (4) allows to rotate the swashplate by the stroke piston (3) to a certain angle. Figure 1: Assembly of an axial piston unit [Bos08] TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 9 tact surfaces are modelled with EHL couplings is an established method. Typical applications include various hydrodynamic and partially hydrostatic bearings in internal combustion engines (for example piston ring cylinder liner or connecting rod bearing, crankshaft bearings and camshaft bearings) or friction pairings in hydrostatic machines, such as hydraulic or high-pressure pumps (common rail) [Bar13, Bob08, Hei17, Sch01, Lan97, Pel12]. With the goal of refeeding of the introduced friction force to the temperature of the affected components and in particular of the fluid, the thermo-elastohydrodynamic coupling (TEHL) is the subject of current research [Sha16, Sha18, Sol06]. However, it is not implemented in this work. 3 Single piston test rig The measurements, that are basis of the simulation presented here, are executed on a single piston test rig in the ifas laboratory (see Figure 2). Experimental measurements have been performed and will be published on a later stage. It consists of an asynchronous motor (6) which is connected to a fly wheel (5). The test rig housing (3) contains the swashplate machine and is described further below. Using an auxiliary shaft (3), the motor also drives the rotary valve (2), which, together with the valve block (1), allows a precise timing of the inand outlet flows. This test rig is suitable for experimental analyses of axial and tangential friction force (likewise friction work), leakage and temperature distribution in the piston-bushing contact. The kinematic chain of the test rig is inverted with respect to that of a swashplate machine and corresponds to that of a wobble plate machine. Figure 3 shows the guide unit of the test ring in cross section. Due to the inverted kinematic chain, both bushing and bushing carrier (4) are mounted stationary. This allows easy mounting of various sensors close to the regarded Aus Wissenschaft und Forschung 10 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 The power loss of those units is mainly caused by the tribological contacts cylinder block - valve plate, slipper - swashplate and piston-bushing. The piston-bushing contact is in contrast to the other two tribological systems slipper - swashplate and cylinder block - valve plate usually not hydrostatically balanced. Thus, hydrodynamic pressure build-up and solid contact forces support the piston lateral forces. The complex friction behaviour in the considered contact is the subject of numerous publications [Fan95, Man99, Iva12, Bre06, Brä06]. In the context of this paper, modelling will be discussed using an established computer program. The test results, among others from Vatheuer [Vat16], provide a broad basis for the validation of the simulation results. In particular, in cases where measurement data cannot be reliably detected according to the current state of the art, whether due to the measuring position or the inevitable influence of the measuring subject, further findings can be obtained by numerical methods. In the investigations described below, the program package FIRST of IST GmbH [IST11] is used, which is suitable for the calculation of conformal contacts. The focus is on the calculation of the piston - bushing contact. In a model analysis, the adjacent contacts slipper - swash plate and the ball joint, which connects slipper and piston, are considered. 2 State of the art The piston-bushing contact has been a subject of research for several decades. The experimental and analytical work of Renius [Ren74] and Regenbogen [Reg78] is often cited. About 20 years ago, numerical approaches were published for the first time. In the face of the low computing power at that time, the focus was on efficient algorithms and simple mathematical modelling. Often, elastic deformations and boundary lubrication were not considered [Ole01, Kle02]. Nowadays the calculation of tribological problems using multi-body simulation models, in which lubricated con- Figure 2: General view of the single piston test rig TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 10 contact. Driven by the swash plate (1), piston (3) and slipper (2) perform a forced axial movement within the bushing carrier. The latter is bolted to a plate (12), which is connected to the test rig housing (7) with four piezo load cells (11). The compensation piston (9) establishes a hydraulic connection to the rotary valve, without a significant force shunt on the force sensors. The compensation piston is cylindrically mounted in the bushing carrier. A hydrostatically balanced lubrication gap between compensation piston face side and swivel plate (8) provides a low-friction guidance. The swivel plate (8) can be adjusted angularly to the housing (7), so that an inclination angle analogous to the angle inclined piston in the cylinder block can be adjusted. The hold-down device (5), which is guided on the swash plate (1) and slotted link (6), prevents the lifting of the slipper during the suction stroke in pumping operation. 4 Model preparation The part models are prepared for the following steps using a CAD program. In this case, design elements, such as radii or contours, which do not affect the rigidity of the component, are revised or removed. This is necessary in order to keep the number of elements and nodes of the discretized component model low and at the same time to keep the ratios of the element edge lengths within the limits, which are subsequently specified in the FE program by the modal calculation. In order to do so, the authors use the multi-body EHL simulation program enviroment FIRST. This software solves the Reynolds equation for the tribological contacts and couples them with Newton’s law of motion. Deformations caused by the fluid film pressure are calculated with a simplification of the FE model (modal reduction) to lower the above mentioned number of nodes and thereby the computing time. Discretization and preparation of the component models are carried out by means of Ansys ® Workbench and Ansys ® Classic. The processing includes the grouping of nodes depending on the functional area as well as the definition of master nodes (rigid body elements, RBE3 nodes) and their slave nodes for load introduction or clamping. Since the rigidity of the clamping is not negligible fixed bodies, for example the measuring plate (12), are not clamped in the centre of gravity as it is default setting, but at defined nodes using spring-damper elements. In FIRST the elastohydrodynamic calculation must be carried out on a two-dimensional mesh consisting exclusively of elements with a linear approach function. If necessary, the surface mesh of one of the two contact partners can be used. In this calculation all bodies are discretized by means of quadratic shape function. Hence a separate mesh is required. Thereby, the spatial resolution of the calculation results in the lubricated contacts can be varied independently of the component discretization. 5 Part reduction The component models would, in the present discretized manner in a dynamic multi-body simulation, create memory requirements and computation times that would be impractical. An adaptation of these models is done once Aus Wissenschaft und Forschung 11 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 Figure 3: Sectional view of the guiding unit TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 11 dition are coloured yellow, the red nodes illustrate the location and dimensions of the bearings with elastohydrodynamic coupling. In addition, the types of required boundary conditions and their origin differ. In model A the piston axial force, the lateral forces and the drive definitions like stroke and piston rotation are impressed via look-up tables. The axial force is calculated based on the experimentally determined cylinder pressure p dyn . Furthermore, the cylinder pressure is impressed on all surfaces that define the pressure-loaded volume (piston bore, rear bushing end face and outer cylindric piston surface), so that a realistic pressure-induced deformation set is achieved. The lateral piston forces acting in the centre of the piston ball can be determined experimentally or calculated from the piston axial force. In the models B and C, the piston stroke is given by the wobble plate. With sufficiently low suction pressure and high axial piston acceleration, the slipper can lift off the wobble plate. The hold-down device is represented by a spring system, which is situated in the sliding plane and rotates with the wobble plate. The normal force of the used spring is defined in the respective models by a lookup table. In Figure 6 the force is plotted along the spring stroke. Aus Wissenschaft und Forschung 12 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 by a combined, static and modal reduction. A comprehensive description of the procedure can be found at Gasch [Gas12, Lang Lan97 and Schönen Sch01]. The aim of this reduction is on the one hand to reduce the degrees of freedom of the body and thus to keep the calculation time to a practicable extent and on the other hand to correctly reflect the rigidity and the deformation especially of contact surfaces. The static reduction is based on the description of a mechanical problem using static approach vectors. These vectors are determined by a staticmechanical analysis using the finite element method (FEM). In the modal reduction, the mechanical problem is subjected to a natural vibration analysis. The number of modes to be calculated or the limit frequency f limit is specified by the user. As a result, high-frequency deformation components or modes, for example the z-shaped displacement of adjacent nodes, can be excluded from the solution. An abstracted and simplified representation of the two reduction principles is shown in Figure 4. 6 Simulation models Three different simulation models (see Figure 5) were set up, which differ in their complexity and the number of components. Nodes used to define the boundary con- Figure 4: Principle of the static and modal reduction, exemplified by means of the abstracted piston Figure 5: Simulation models, model A (left), model B (central), model C (right) TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 12 The force close to zero for z ≤ 30 μm represents the clearance between the slipper shoulder and the holddown device. By limiting the maximum force, the convergence of the calculation at the beginning of the simulation is improved, in the case of disadvantageous selected initial conditions of the piston - slipper assembly. Model B and especially model C are to be drafts. Section 7 gives reasons why the simulation results differ. The impact of increased model complexity on the required calculation time can be reliably estimated. 6.1 Model A Model A consists of the bodies piston and force measuring plate. The part force measuring plate consists of two CAD models, the force measuring plate itself and the bushing. During model preparation with ANSYS APDL, the outer mesh nodes of the bushing are connected to the mesh elements of the force plate by means of constraint equations. The separate model preparation of both components makes it possible to allocate different material characteristics to the bushing than to the force measuring plate. 6.2 Model B Compared to model A, model B is expanded by the swashplate and hence the contact slipper - swash plate. The piston lateral forces are impressed by the support of the assembly shoe and the piston on the swash plate. Added to this is the influence of the frictional force between the slipper and the swash plate, which, depending on the angular position φ, leads to an increase or decrease in the lateral force acting on the ball joint. Piston and slipper are connected with constraint equations. Thus, this model is only suitable for models in which for the inclination angle ψ = 0° applies. Otherwise, the varying difference angle between the wobble plate angle or swash plate angle and the slipper angle inevitably leads to high contact pressure at the edge of the non-freely movable slipper. Even at ψ = 0° this can occur by nonsynchronous rotation of the wobble plate and the elastically connected assembly slipper - piston, for example, caused by a high frictional torque in the piston - bushing contact. The consequence is edge wear on the flat sliding surface of the slipper. The stiffness of the employed rolling bearing is here, for lack of a linear model for description, considered idealized and more than two orders of magnitude higher than that of the force measuring plate. 6.3 Model C Model C is distinguished from model B by the additional degrees of freedom in the ball joint between piston and slipper. Both components are also connected to each other by means of an EHL-coupling. Therefore, this simulation model is also suitable for investigations at inclination angles ψ ≠ 0°. Furthermore, a relative movement in the ball joint about the axis of symmetry is possible. Because of the high friction torque caused by the high contact pressure in the ball joint this relative movement does not necessarily occur. Both analytical estimates and experimental data prove that the slide bearing piston - bushing is operated under mixed friction, in part with dominant solid friction fractions. This condition must be considered by suitable contact modelling, which is able to reproduce the high pressures and their high spatial gradients. The required relationship between contact pressure and gap height is made by the model of Greenwood and Tripp [Gre66, Gre70]. 7 Results Numerical methods are currently considered as a valid alternative to costly experiments and are increasingly used. The goal must therefore be to develop a realistic, self-contained model that does not require measurement data. One approach to assessing this goal is to discuss the results of the three different multi-body simulation models. With increasing model complexity, the required Aus Wissenschaft und Forschung 13 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 100 200 300 400 500 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 28 29 30 31 32 33 34 35 F hold in MN F hold in MN z in µm z in µm Figure 6: Characteristic curve of the hold-down device, detailed view on right side TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 13 In Figure 9, the leakage in the piston - bushing contact is plotted against the rotation angle, depending on the simulation model. There is no noticeable difference during the suction stroke. Differences during the pump stroke are due to slight differences in the radial and angular piston position in the sealing gap. Because of the cubic dependence, large dif- Aus Wissenschaft und Forschung 14 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 calculation times and the number of required parameters also increase. Model B requires about six and a half times the calculation time of model A. The calculation of Model C requires eight times compared to model A. Due to different assumptions and boundary conditions, different results can be expected in the simulation models. The main difference between the more complex models is the specification of the lateral force (see Figure 7). Compared with the measured data in model A, up to ten percent higher lateral forces are calculated for the models B and C, in particular during the pump stroke. The simplified calculation of the contact slipper - swash plate with constant pressure boundary conditions is identified as the cause for the deviating results of the slipper friction force. The measured slipper friction force, which results from the difference of the measured lateral force and the calculated kinematic lateral force is small and is not visible properly in the lateral force vibration of higher order. An indication for the high slipper friction force according to the simulation is provided by the pressure distribution at the contact surface between the slipper and swash plate and the ball joint. In model B, moderate pressures up to four times the high pressure p HD (desired pressure during pump stroke) always occur at the same position of the slipper outer edge. According to model C in the area of the inner bearing lands at a variable angular position contact pressures up to eighteen times of p HD occur. In model B a significant deformation and therefore high pressures on the bearing lands is prevented by the elastic coupling between the slipper and piston. However, the variation of the surface pressure and the slipper friction force does not provide a plausible reason for the frictional behaviour of the piston-bushing contact of the different models (Figure 8). Thus, in model B, there must be an unknown effect counteracting the lateral force increase, so that the result is almost identical to that of model A. Furthermore, the high-frequency vibrations of the test rig structure, as they were observed in the measured piston lateral forces, also do not occur in models B and C. φ in ° F lat,kin in kN A C B 0 1 2 3 0 90 180 270 360 Figure 7: Comparison of the simulated kinematic lateral piston forces using model A, model B and model C -50 0 50 100 150 0 5 10 15 20 25 |z| in mm F z,tot in N A C B Figure 8: Comparison of the simulated total axial friction force F z,tot using model A, model B and model C 0 0,05 0,1 0,15 0 90 180 270 360 φ in ° Q in l/ min A C B Figure 9: Comparison of simulation results concerning leakage Q using model A, model B and model C TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 14 ferences in the resulting pressure flow occur even with small changes, which may be caused by the different mechanical boundary conditions. Due to the lack of the correct slipper pressure (actually dependent on the gap height between slipper and wobble plate), both the models B and C are calculated with the geometrically predetermined, i.e. static, compensation ratio. The mean leakage flow in this contact according to model C is six times, according to model B, twelve times the leakage in the piston-bushing contact at the same operating point. This difference is caused by the elastic connection between the piston and the slipper, whereby the slipper glides angularly on the swash plate as a result of the piston friction torque. The leakage in the ball joint is according to simulation result three orders of magnitude below that of the piston-bushing contact. 8 Conclusion and outlook In this case, with focus on the piston-bushing contact, a relatively simple model is suitable. If only the consideration of the piston-bushing contact is relevant, computation time can be saved. The disadvantage of the dependence of measured data (in particular the pressure buildup) is the same for all models used here. This disadvantage can be prevented for purely qualitative examination, for example by using generic pressure build-up functions. A design study and study of the tribological behavior is also possible in this case. In addition, the simulation model can be used to determine quantities, which can be measured only with great effort in an experimental investigation. In some cases, influencing the tribological system is inevitable. Examples of this are the radial piston displacement and the pressure distribution in the contact. A significant error is made by assuming a constant temperature distribution in the piston-bushing contact. The thermo-elasto hydrodynamic modelling, especially considering the partial solid body contact, requires further research activity. This concerns the determination of the heat transfer coefficients at small gap heights to zero gap height and the numerical treatment of this nonlinear behavior. A comparison of the simulation data with experimental results of the test bench will take place at a later stage. Literature [Bar13] Bartel, D.: Mischreibung bei vollgeschmierten elastohydrodynamischen Kontakten - kein Widerspruch. Tribologie + Schmierungstechnik, Bd. 60, Nr. 2, S. 37-44, 2013. [Bob08] Bobach, L.: Simulation dynamisch belasteter Radialgleitlager unter Mischreibungsbedingungen. Dissertation, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2008. [Bos08] N.N.: Axial Piston Variable Pump A4VSO, Operating Instructions, Bosch Rexroth AG, Horb, Germany, 2008. [Brä06] Bräckelmann, U.: Reibung, Steifigkeit und Dämpfung in Schrägscheiben-Axialkolbenpumpen und -motoren. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2006. [Bre06] Breuer, D.: Reibung am Arbeitskolben von Schrägscheibenmaschinen im Langsamlauf. 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Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0028 [Reg78] Regenbogen, H.: Das Reibungsverhalten von Kolben und Zylinder in hydrostatischen Axialkolbenmaschinen. VDI, VDI Forschungsheft, Bd. 590, 1978. [Ren74] Renius, K. T.: Untersuchungen zur Reibung zwischen Kolben und Zylinder bei Schrägscheiben Axialkolbenmaschinen. VDI, VDI Forschungsheft, Bd. 561, VDI Verlag, 1974. [Sch01] Schönen, R.: Strukturdynamische Mehrkörpersimulation des Verbrennungsmotors mit elastohydrodynamischer Grundlagerkopplung. Dissertation, Universität Kassel, 2001. [Sha16] Shang, L., Ivantysynova, M.: A Temperature Adaptive Piston Design for Swash Plate Type Axial Piston TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 16 Text Schlüsselwörter Text Kurzfassung 1 Einleitung Dieser Artikel ist Teil einer Studie zur „Tribologie in Deutschland“ und ist adressiert an Leser mit und ohne Vorkenntnisse im Fachgebiet der Tribologie. Daher werden einleitend zunächst einige wesentliche Grundlagen zur Tribologie vorangestellt. „Tribology“ ist ein von Peter Jost 1966 gebildetes Kunstwort aus den griechischen Worten „tribein“ (reiben) und „logia“ (Lehre). Die Tribologie ist als interdisziplinäre Disziplin zu verstehen mit Schwerpunkten aus den Bereichen Maschinenbau, Chemie, Physik und Werkstoffwissenschaften. Vereinfachend wird Tribologie als Fachgebiet zu Reibung, Verschleiß und Schmierung bezeichnet. Aus Wissenschaft und Forschung 17 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 Tribologie in Deutschland - Bestandsaufnahme 2019 Manfred Jungk, Jürgen Molter* In Anbetracht der aktuellen Herausforderungen wie der Reduzierung der Kosten bei der Erzeugung erneuerbarer Energie, Energieeinsparung als Energiequelle und einer emissionsfreien Mobilität kann die Tribologie eine Schlüsselrolle einnehmen. In den letzten Jahrzehnten geriet die Tribologie nach intensiver Förderung in den 60er bis 90er Jahren mehr in den „Mittel-zum-Zweck-Status“. Um das Potential der Tribologie durch ihre technisch-interdisziplinäre Stellung Entscheidungsträgern in Wirtschaft, Politik und Hochschulen zu verdeutlichen, führt die Gesellschaft für Tribologie eine Studie durch. Behandelt werden hier Aspekte wie Hochschulen/ Universitäten, Weiterbildungseinrichtungen, Forschung und Tagungen/ Workshops. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer im 1. Halbjahr durchgeführten Online-Befragung zur Bestandsaufnahme beschrieben. Diese beinhaltet auch den Ausblick auf die für die Tribologie wichtigen Themen der Umsetzung in Produkte, der betriebs- und volkswirtschaftlichen Bedeutung, der Umwelt sowie aktuelle Forschungsthemen und zukünftige Entwicklungen. Schlüsselwörter Tribologie, Forschungsförderung, Umweltaspekte, Betriebswirtschaft, Volkswirtschaft Kurzfassung * Dr. rer. nat. Manfred Jungk, MJ-Tribology, 65366 Geisenheim Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0001-5932-2926 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Molter Hochschule Mannheim, 68163 Mannheim % Bild 2: Tribologisches System Bild 1: Interdisziplinäre Stellung der Tribologie nach Franek % Jede Einzeldisziplin der Zusammenstellung nach Franek in Bild 1 für sich genommen ist nicht in der Lage ein tribologisches System, wie in Bild 2 dargestellt, alleinig zu beschreiben. Die Gesellschaft für Tribologie (GfT) ist ein technischwissenschaftlich ausgerichteter Verein und wurde 1959 als „Gesellschaft für Schmiertechnik, GST“ in Form eines gemeinnützigen technisch-wissenschaftlichen Vereins gegründet. Die Gesellschaft sah sich zunächst als Plattform zur Diskussion und Klärung von Fragestellungen innerhalb der Schmierungstechnik in Wissenschaft und Industrie. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 17 Aus Wissenschaft und Forschung 18 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 land benötigt talentierte junge Wissenschaftler (Tribologie ist multidisziplinär) und Forschungsgelder (tribologische Maßnahmen haben eine hohe Wirkung) zur: - Reduzierung der Kosten bei der Erzeugung regenerativer Energie - Energieeinsparung als Energiequelle - Emissionsfreien Mobilität 2 Studien aus der Vergangenheit Die Verminderung von Reibung und Verschleiß sowie die Optimierung der Schmierung sind in der Vergangenheit immer ein Thema gewesen. Die hier beispielhaft aufgeführten Arbeiten sollen die Aktualität und Notwendigkeit wiederkehrender Studien verdeutlichen. 1971 erschien der „DFG Forschungsbericht ZUM SCHWERPUNKTPROGRAMM VERSCHLEISS, REI- BUNG, SCHMIERUNG“ [1]. Hier wurden von 1960 bis 1969 Forschungsvorhaben aus etwa zwanzig Instituten mit ungefähr 4,5 Millionen DM finanziert. Abschließend wurde aufgeführt, dass die Forschungsergebnisse in ihrer Zusammensetzung noch nicht eine in sich schlüssige Theorie zum vollständigen Verständnis der Reibungs- und Verschleißvorgänge bieten; sie haben ihre Bedeutung als wissenschaftlich belegbare Tatbestände, auf die sich eine Diskussion der Problematik gründen kann. 1977 wurde “ASME Energy Conversation through Tribology” [2] publiziert. Die American Society of Mechanical Engineers beschrieb einen Forschungs- und Entwicklungsplan über 24 Millionen USD, durch den 16 Milliarden USD Energiekosten eingespart würden. 1981 veröffentlichte Peter Jost „Jost Proc Instn Mech Engrs Vol 195 151-170“ [3], worin er berichtete, dass durch Anwendung von mehrheitlich bestehendem tribologischen Wissen bei geringfügigem Forschungs- und Entwicklungsaufwand im Vereinigten Königreich Energiekosten zwischen 468 und 700 Millionen Britischen Pfund eingespart würden. 1988 erschien der „BMFT/ DFVLR Abschlussbericht des Forschungsvorhabens 01 ZT 291 - ZA/ NT“ [4]. Das vom Bundesministerium für Forschung und Technologie geförderte Forschungsvorhaben kam zu dem Schluss, dass realistische jährliche Energieeinsparungen durch tribologische Maßnahmen von 5,4 Milliarden D-Mark zu erzielen wären. 2012 kam „Holmberg, Andersson, Erdemir Tribology International 47 (2012) 221-234“ [5] in die Fachliteratur. Die Autoren beschrieben den weltweiten Energieverbrauch durch Reibung in Personenkraftwagen. Eine kurzfristige (5-10 Jahre) Reduzierung der Reibungsverluste durch Anwendung neuer Technologien würden diese um 18 % reduzieren und zu Einsparung von 117 Milliarden € führen, einhergehend mit der Verringerung von 290 Millionen Tonnen CO 2 Ausstoß. Die Einbeziehung der grundlegenden Erkenntnisse von Reibung und Verschleiß in die Schmierungstechnik führte 1967 zur Umbenennung in „Gesellschaft für Schmierungstechnik und Tribologie, GST“ und dann 1974 in die „Gesellschaft für Tribologie, GfT“. Heute besteht die Gesellschaft für Tribologie aus ca. 300 persönlichen und etwa 50 Firmenmitgliedern, die u.a. der Fahrzeugtechnik, den Schmierstoffherstellern und Zulieferern, den Wälz- und Gleitlagerherstellern, dem Maschinenbau sowie den Ausbildungs-, Versuchs- und Forschungseinrichtungen zugeordnet werden können. Die jährlich im September stattfindende Jahrestagung bietet einen regen Austausch zwischen der Industrie sowie der Forschung und Lehre. % ! "#$%&'() *+,-%,-$.)" / +'%,-$"0%("%&( &$&) %+" %&(0) Bild 3: Typische Zusammensetzung der Teilnehmer an den GfT-Fachtagungen in den Jahren 2000 bis 2015 % ! " # $ % & ' ( ) * + , - % , - $ . ) " / + ' % , - $ " 0 % ( " % & ( & $ & ) % + " % & ( 0 ) Das Ziel der von der GfT in Auftrag gegebenen Studie ist es, einen umfassenden, aktuellen Überblick zu geben, inwieweit Themen rund um Reibung, Verschleiß und Schmierung in der Lehre und Forschung, aber auch in Politik und Unternehmen eine Rolle spielen. Darüber hinaus soll sie aufzeigen, welche Zukunftstrends absehbar sind und wo dementsprechender Handlungsbedarf besteht. Dieser Artikel liefert eine Bestandsaufnahme zur Tribologie in Deutschland und erfasst erste Aussagen zu den noch zu erstellenden, eigenständigen Modulen der Themen: - Umsetzung tribologischer Erkenntnisse in Produkte und Fertigungsverfahren - Betriebswirtschaftliche Bedeutung von Reibung und Verschleiß (Produkte und Fertigung) - Volkswirtschaftliche Bedeutung der Tribologie - Tribologie und Umweltschutz (z. B. Verringerung von Schadstoffemissionen und Energieverbrauch) - Aktuelle Forschungsthemen - Absehbare zukünftige Entwicklungen Die zu Grunde gelegte Motivation der Studie resultiert aus den immer wieder qualitativ genannten Herausforderungen, mit denen Mitgliedsfirmen und persönliche Mitglieder der GfT konfrontiert sind. Die Tribologie in Deutsch- TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 18 Aus Wissenschaft und Forschung 19 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 2014 führte Schmitt [6] für die GfT eine Studie zur Ermittlung der tribologischen Aktivitäten an deutschen Hochschulen durch. Die Auswertung der Antworten von 57 Hochschulen/ Universitäten ergab 71 angebotene Vorlesungen und 34 Aktivitäten wie Übungen/ Labore und Praktika. Dabei werden Teilaspekte der Tribologie in übergeordneten Veranstaltungen meist im Rahmen der Grundlagenfächer in den ersten Semestern behandelt. Eigenständige Tribologie-Vorlesungen haben einen Anteil von 20 % und werden als Wahlfächer angeboten. Es wurden ca. 65 tribologisch relevante F&E-Projekte genannt, von denen sich die meisten mit Fragestellungen zu Maschinenelementen befassen, gefolgt von werkstoff- und oberflächentechnischen Entwicklungen. Eine detaillierte Befragung zu vorhandenen tribologischen Prüfmethoden ergab eine Zahl von 338 Prüfständen. Schwerpunktmässig werden Standardprüfverfahren für Verzahnungen, Wälzlager, Dichtungen und Gleitlager eingesetzt, wobei die Hälfte der eingesetzten Prüfstände angepasste anwendungsspezifische Eigenkonstruktionen sind. 2017 führte McKinley Advisors im Auftrag der Nordamerikanischen Society for Tribologists and Lubrication Engineers nach 2014 die zweite Studie zum STLE Emerging Trends Report [7] durch. Dazu wurden zunächst Experten in Ihren Disziplinen zu den Themen Transportwesen, Medizin/ Gesundheitswesen, Energie, Produktion, Kommunikation/ Daten und Atomistische Prozesse befragt. Dies ergab einen tiefen Einblick in die bestehenden Entwicklungen in den Disziplinen sowie einen Ausblick in die Zukunkft (Tabelle 1). Eine nachfolgende breitere Befragung nutzte die Ergebnisse der Entwicklungen aus den einzelnen Disziplinen, um den Fragebogen zusammenzustellen. Darin enthalten waren auch die Herausforderungen in den Bereichen Regulatorien der Regierung, Sicherheit/ Umwelt und grundlegender humanitärer Bedürfnisse (Tabelle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abelle 1: Übersicht der Entwicklungen in den Disziplinen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abelle 2: Übersicht der allgemeinen Herausforderungen [7] TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 19 Aus Wissenschaft und Forschung 20 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 Die Befragung umfasste die Bereiche zum persönlichen Umfeld der Teilnehmer, zur Bestandsaufnahme der Tribologie und den Ausblick hinsichtlich künftig erwarteter Schwerpunkte. Die Ergebnisse der Umfrage werden in den folgenden Abschnitten aufgeführt und diskutiert. Den Teilnehmern wurde die Wahl zwischen einer anonymen und unterstützenden Teilnahme gegeben. Die unterstützenden Teilnehmer gaben ihre Kontaktdaten an und wurden teilweise noch einmal zur Vertiefung persönlich befragt. Dies wurde im Rahmen einer studentischen Arbeit, welche unter anderem zur Aufbereitung der Studie angesetzt wurde, an der Hochschule Mannheim durchgeführt. 3.1 Teilnehmeranalyse Dieser einleitende Fragenblock zielt auf die Charakterisierung des „Tribologen“ in Deutschland bezüglich Ausbildung, Branche und Nähe zur Tribologie. Bild 4 verdeutlicht, dass die Teilnehmer mehrheitlich über einen höheren Bildungsabschluss verfügen, sogar 70 % mit Promotion. Bild 5 zeigt die interdisziplinäre Stellung der Tribologie mit den verschiedenen Fachrichtungen auf. Den Schwerpunkt bilden die Maschinenbauer, gefolgt von etwa 3 gleichen Anteilen an Chemikern, Physikern und Materialwissenschaftlern. Die Mitgliedschaft in Verbänden der Teilnehmer oder ihrer Unternehmen spiegelt die Darstellung in Bild 6 wider. Ein Drittel der Befragten sind der GfT zuzuordnen. Mit dem nächsthöheren Anteil von 17 % wird der Interdisziplinarität durch die Kategorie Sonstige Rechnung getragen. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) und der Fachverband für Antriebstechnik (FVA) haben einen zweistelligen Anteil. Kleinere Prozentzahlen verteilen sich auf DKMG, VSI und STLE. Die Unternehmensgröße, bei denen die Befragten beschäftigt sind, verteilt sich wie in Bild 7 ersichtlich 3 Online-Befragung zur Tribologie in Deutschland (2019) Um eine möglichst breite Verteilung auch an nicht primär mit Tribologie vertrauten Personen zu erzielen, wurde eine Online-Befragung durchgeführt. Die GfT und der VSI (Verband der Schmierstoff-Industrie) haben den Aufruf zur Online-Befragung direkt an die entsprechenden Kontakte versendet. Ferner wurde der Aufruf zur Teilnahme an die folgenden Institutionen gesendet: - Deutsche Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie e. V. - Stahlinstitut VDEh - VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer - DGM Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. - DGMK Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle - DVM Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V. - DPG Deutschen Physikalischen Gesellschaft e. V. % Bild 5: Persönliche Fachrichtung der Teilnehmer Bild 6: Vertreter in Verbänden % Bild 4: Zur Ausbildung der Befragten % %% TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 20 gleichmäßig auf kleine, mittelständische und große Unternehmen. In Bild 8 wird die internationale Vernetzung der Unternehmen dargestellt. Zwei Drittel der Befragten sind in Unternehmen mit hauptsächlich inländischer Aktivität beschäftigt. Ein Fünftel der Befragten gab an, in Unternehmen mit mehr Aktivität im Ausland tätig zu sein. Der Aufteilung an tribologischen sowie schmierungstechnischen Aufgaben innerhalb des Unternehmens wird ebenso nachgegangen, wie das Diagramm in Bild 9 darlegt. Mehr als die Hälfte der Mitarbeiter haben mit weniger als 5 % einen geringen Bezug zur Tribologie innerhalb des Unternehmens. Jedoch haben immerhin 19 % der Mitarbeiter in ihren Unternehmen einen hohen Bezug zur Tribologie. Man kann feststellen, dass sowohl die Verteilung bei der Unternehmensgröße als auch der Anteil tribologischer Tätigkeiten innerhalb des Unternehmens sehr ausgeglichen ist. Bei der Frage nach dem persönlichen Anteil an tribologischen beziehungsweise schmierungstechnischen Aufgaben stellt sich nach Bild 10 klar heraus, dass die Befragten überwiegend mit tribologischem Bezug ihrer Tätigkeit nachgehen. Es sind auch immerhin fast ein Viertel der Befragten mit 5 - 25 %, was darauf hindeutet, dass auch hier tribologische Kenntnisse zum täglichen Einsatz kommen. In der Tabelle 3 ist die Verteilung der tribologischen Aufgaben und Fragestellung dargestellt. Die meisten tri- Aus Wissenschaft und Forschung 21 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 % Bild 10: Persönlicher Anteil an tribologischen / schmierungstechnischen Fragestellungen % Bild 8: Davon Mitarbeiter im Ausland % Bild 9: Mitarbeiter mit tribologischen beziehungsweise schmierungstechnischen Aufgaben % Bild 7: Mitarbeiteranzahl im jeweiligen Unternehmen & ! "#$"% ! &#'"% ()#'*% (*#! '% &+#$*% ',#&(% )'#(*% ")#$*% "+#'! % ,+#,)% ")#$*% $! #(*% ),% )&#,*% -./ 0123 4.56789./ : ; 78</ .5123 =.>? 99/ 678.@A.5B6>CDD. E/ 78>F=.>? 99/ 678.@A.5B6>CDD. ; 78</ .56>CDD0.GC3.2.@H.56>.99.5 ; 78</ .56>CDD0.GC3.2.@I2J.2K.5 ; 78</ .56>CDD0.GC3.2.@H.56>.99.5 ; 78</ .56>CDD0.GC3.2.@LC5678123@MN O5PD123@M@I2? 9Q>/ B@/ 2@-./ 0123@MN O5PD123@M@I2? 9Q>/ B@/ 2@R8.</ . O5PD123@M@I2? 9Q>/ B@/ 2@O8Q6/ B EC5<.2 ; S.G/ D/ B? >/ C2.2 ' ' ' ' ' Tabelle 3: Verteilung der tribologischen Aufgaben / Fragestellungen % TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 21 Aus Wissenschaft und Forschung 22 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 European Lubricants Industry (UEIL) mit ihren Weiterbildungsaktivitäten wohl auch auf Grund der Schmierstoff-Lastigkeit weniger bekannt sind. Weitere genannte Angebote gab es vom DVM (Deutscher Verband für Materialforschung und -prüfung e.V.), der SwissTribology und der DGM (Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V.). Anteil am Gesamtbudget von Forschungseinrichtungen Die Befragung durch die Angabe einer Schätzung sollte lediglich einen ersten Gesamteindruck erfassen. Die Diagramme in Bild 12 geben den Anteil der Befragten an, die eine Schätzung zum Anteil am Gesamtbudget angaben, welches in der jeweiligen Legende aufgeführt ist. Dabei erkennt man, dass jedes Institut den Wert und somit die Budgetausgaben eher nicht auf die Tribologie (meistens nur 1- 5 %) legt, ein anderer großer Anteil liegt bologischen Aspekte liegen demnach bei etwa 80 % im Bereich des Verschleißes und der Reibung sowie deren Prüfung. Allgemeine Themen der Schmierung und werkstoffbezogene Fragestellungen folgen mit etwa 60 %. Auffallend ist, dass schmierstoffbezogene Themen unter 40 % liegen. Als Zwischenfazit zum ersten Teil der Online-Befragung lässt sich festhalten: Der/ die Tribologe/ in ist mit hoher Wahrscheinlichkeit promoviert im Fach Maschinenbau, in Fachverbänden mit tribologischem Bezug aktiv, bei kleinen, mittleren und gleichermaßen großen Unternehmen mit Auslandsaktivitäten beschäftigt. Innerhalb der Unternehmen gibt es Stellen mit sehr wenig bis hin zum hauptsächlichen Bezug zur Tribologie. Ein hoher Anteil an täglichen tribologischen Fragestellungen hat mit Reibung/ Verschleiß und deren Prüfung/ Analytik zu tun. 3.2 Bestandsaufnahme In diesem Teil der Befragung steht eine Bestandsaufnahme zur Hochschullandschaft, zur Weiterbildung, zu Budgetausgaben an Instituten, zu Mitarbeiterzahlen in der industriellen Forschung, zur Anzahl an öffentlichen Projekten zu neutralen Gremien sowie Normen im Fokus. Hochschulen / Universitäten Die Frage „Schätzen Sie die Anzahl Hochschulen mit tribologischen Anteilen“ lieferte eine weitgefächerte Zahl mit einem Mittelwert von 27 (Median: 20). Diese Zahl steht im Widerspruch zu der Studie von Schmitt und resultiert aus dem subjektiven Empfinden oder aus einer nicht ausreichenden Kenntnis der aktuellen Hochschullandschaft. Bild 11 zeigt das Ergebnis der Schätzung nach Kategorien auf, die nach Ansicht der Befragten die Anteile aufgliedern. Das Ergebnis ist ähnlich zu denen von Schmitt und zeigt eine gleichmäßige Verteilung, jedoch ist eine leichte Tendenz zu Verankerungen in Studiengängen zu erkennen. Weiterbildungseinrichtungen In der Tabelle 4 sind die Antworten der Befragten zu den unterschiedlichsten Anbietern von Weiterbildungsmaßnahmen aufgelistet. Die GfT, die Technische Akademie Esslingen (TAE), der VDI und der VDMA mit FVA sind hinreichend bekannt. Der Bundesverband mittelständischer Mineralölunternehmen e.V. (Uniti), die OilDoc GmbH und die STLE sind nur etwa der Hälfte der Befragten bekannt, während das European Lubricating Grease Institute (ELGI) und die Union of the & ! " # $ % % & ' % ( " # $ % % & ) " % * & + & , - + " % & ) . / ! " ! # $ # ' 0 1 / 1 $ " $ % # & / 2 3 ! ' ' & & $ ' # 4 $ * 5 6 7 " 8 6 / " 9 : % ; # 6 3 5 5 " % ! $ # ! " # < , 1 ( ! " & $ # = ; > 6 , - 9 ! ) $ ) $ ( ? < 2 ( & ' ( ' * # < , @ 2 ( ( & $ " & 3 A ) 1 # ' ( $ & # ' 3 1 A ' $ " ' ! ) B / A 3 $ $ $ & ' & & % Bild 11: Schätzung des Anteils in Kategorien % Bild 11: Schätzung des Anteils in Kategorien Tabelle 4: Verteilung der Angebote öffentlicher und privater Weiterbildungsinstitute in % TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 22 sogar bei <1 %. Qualitativ befassen sich die Fraunhofer- Institute und die Ressortforschung mehr mit der Tribologie. Anteil Mitarbeiter in industrieller Forschung Mit der hier gestellten Frage „Wie hoch schätzen sie die Anzahl der Mitarbeiter in der tribologischen Forschung in der Industrie? “ sollte eine erste Abschätzung getroffen werden, die genannten Zahlen (Mittelwerte) sind hier aufgeführt: - Geräteproduktion 4030 - Transport; PKW, LKW, Off-Road, Marine, Luftfahrt 75119 - Energie, Erzeugung, Anlagen, Verteilung 18291 - Chemie, Schmierstoffhersteller und Zulieferer 17600 Leider ist die Frage nur bedingt auswertbar, da Antworten in unterschiedlichen Einheiten angegeben wurden. Dies wird unter „Ergänzende und persönliche Befragung einzelner unterstützender Teilnehmer“ nochmals aufgegriffen. Anteil-Projekte in Forschungslandschaft Auch die Frage „Schätzen sie die Anzahl an jährlich vergebenen Projekten und die Gesamtsumme der Forschungsförderung durch DFG, AiF, Bundes- und Landesregierungen.“ soll einen ersten Überblick geben: - (Landes-)Regierungen (Anzahl an Projekten): 1680 Gesamtsumme in Mio.€: 24,3 - Stiftungen (Anzahl an Projekten): 281 Gesamtsumme in Mio.€: 55,4 Als kleines Fazit kann man anmerken, dass die staatlich geförderten Projekte in einer viel höheren Anzahl erscheinen. Jedoch wird das Gesamtbudget gegenüber den Stiftungen kleiner eingeschätzt. Tagungen / Workshops In der Tabelle 5 sind die Ergebnisse der Befragung zu den unterschiedlichen Konferenzen aufgeführt. Die TAE und die World Tribology Conference (WTC) sind neben der GfT-Jahrestagung weitgehend bekannt, wobei sich darunter auch viele Referenten dieser Veranstaltungen befinden. Ähnlich zu den Weiterbildungsangeboten sind die mehr auf Schmierstoffe fokussierten Konferenzen der ELGI, UEIL, Uniti und OilDoc weniger bekannt. Dazu sind die eher auf Maschinenbau ausgerichteten Veranstaltungen der FVA (Bearing World, Getlub, Aus Wissenschaft und Forschung 23 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 & ! " # $ % % & ' % ( " # $ % % & ) " * + , " - % . / / " % 0 . 1 , " - & 1 $ , " % 2 3 ) ! " # $ % # & ' 4 5 ) 5 # $ # & ' # 6 ) 2 # ( # " % ( ) 7 8 ! & $ ) $ & ! $ 9 * + : ; . < # $ # # & ' ! " $ 1 * % , : = . 1 + > ! " # ) $ * ( 2 " & + ? ( # # # * ) ' 2 " & @ 1 . ! " ( " # * = . 1 + > : ) 1 * ( . + . , A : B . % 3 " 1 " % < " # ' % ( ) $ ' 8 C 2 5 % ( ) ! * % ' 8 5 C $ # " # % * D ) C 8 ! & ( & $ ) Tabelle 5: Verteilung der Konferenzteilnahmen mit tribologischen Themen in % % Bild 12: Anteil an tribologischen / relevanten Themen am Gesamtbudget der folgenden Institute? % % % % Fraunhofer Institut Max-Planck-Gesellschaft Helmholz-Gesellschaft Ressortforschung TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 23 Aus Wissenschaft und Forschung 24 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 die Consumer-Branche und die Antriebstechnik bzw. die Transportindustrie die stärksten Branchen in den nächsten Jahren sein werden. Interviewfragen(n) 2: Laut Studie befassen sich Mitarbeiter in ihrem beruflichen Alltag mit der Tribologie. Ihre Haupttätigkeit liegt jedoch in einem anderen Fachgebiet. Haben Sie in Ihrem Unternehmen Spezialisten für tribologische Fragestellungen? Halten Sie es für sinnvoll, Spezialisten einzustellen, die abteilungsübergreifend zu tribologischen Fragestellungen beraten? Nutzen Sie, externe Fachfirmen zur Beratung bei tribologischen Fragestellungen/ Problemen? Die Antworten lassen sich auch hier zusammenfassend darlegen: Spezialisten in einem Unternehmen werden als wertvoll erachtet. Dabei gilt eine interdisziplinäre Ausrichtung am angebrachtesten. Spezialisten sollen in den jeweiligen Abteilungen integriert werden und dort die tribologischen Probleme lösen. Eine separate Abteilung wird hier nicht als Option gesehen. Externe Fachfirmen, die als Dienstleister agieren, werden als nicht erforderlich angesehen, da diese zum einen die Unternehmensphilosophie und die Unternehmensstruktur nicht kennen und zum anderen wäre diese Lösung auch nur schwer abteilungsübergreifend umsetzbar. Bei sehr kleinen Betrieben sollte die Hilfe von externen tribologischen Fachfirmen jedoch in Betracht gezogen werden, da hier meistens die Erfahrung und die Austauchmöglichkeiten fehlen. Des Weiteren wäre ein regelmäßiger Kontakt mit Fachfirmen oder Fortbildungen sinnvoll. Auch der regelmäßige Austausch mit Forschungsstellen und Instituten, auch zur GfT sowie den jungen Tribologen, sollte gepflegt werden. Interviewfrage 3: Wie viele Mitarbeiter (in Prozent) sollten bei einem Industrieunternehmen Tribologie-Experten sein? Antworten: Die Anzahl an Experten in einem Unternehmen hängt sehr stark von der Tätigkeit des Unternehmens ab. Jedoch kann man schätzen, dass im Schnitt ca. 1- 2 % der Mitarbeiter Tribologen sein sollten oder zumindest sich mit tribologischen Fragestellungen auseinandersetzen können. In der Biotechnologie liegt die Tendenz eher unter 1 %, in der Automobilbranche bei geschätzten 5 %. Bei Firmen, die direkt mit tribologisch beanspruchten Produkten zu tun haben, wie zum Beispiel Wälzlagerhersteller, sollte die Anzahl solcher Experten jedoch deutlich höher sein. Interviewfrage 4: Inwieweit sind Sie mit Weiterbildungsmaßnahmen im Bereich Tribologie vertraut und erachten Sie diese als Getpro) auch nur der Hälfte der Befragten bekannt. Neben den in der Tabelle aufgelisteten Veranstaltungen wurden noch folgende Veranstaltungen genannt: Eurobrake, Ecotrib Conference, FVA Infotagung, Young Tribological Reseacher Symposium, Nordtrib, International Conference on BioTribology, ESMATS, LeedsLyon Symposium, Gordon Tribology, WOM (Wear of Material). Nationale und internationale Tribologie- Normen und sonstige technische Regeln Die Befragten führten die ihnen bekannten Gremien und Arbeitskreise auf. Genannt wurden im Einzelnen: IMechE - Gold Medal, GfT-Arbeitsblätter, VDI-Richtlinien, VDA, ASTM-Normen, DIN-ISO-Normen, SRV (DIN, ASTM), DIN AK 51808 und 51810, DIN 50320, VDMA, FVA-Richtlinien FVA-Wälzlager, FAM-Schmierfette Anforderungen und Prüfung, FAM-Ringversuche für die Prüfung von Schmierfetten, die „Jungen Tribologen“. Der Großteil der o. g. Stichworte waren Mehrfachnennungen, so dass man diese als das anerkannte und genutzte „Handwerkszeug des Tribologen“ betrachten kann. Ergänzende und persönliche Befragung einzelner „unterstützender Teilnehmer“ Wie oben erwähnt, wurden im Nachgang an die Online- Befragung Kurzinterviews geführt. Dies hatte zum Ziel, einerseits einen vertiefenden Blick auf bestimmte Bereiche zu erhalten und andererseits, um Fragen, die aufgrund der teilweise missverstandenen Einheiten, beispielsweise „Angabe in Prozent“ oder „Angabe absolut“ aufkamen, zu klären (beispielsweise die nachfolgend gestellte Interviewfrage 1).[8] Interviewfrage 1: In welchen der folgenden Bereiche schätzen Sie die Mitarbeiteranzahl in der Forschung am höchsten? Sortieren Sie die folgenden Kategorien von groß nach klein nach Ihrer Mitarbefiteranzahl in der Forschung: - Geräteproduktion - Transportwesen (LKW, PKW, Marine, Luftfahrt, …) - Energie, Erzeugung, Anlagen, Verteilung - Chemie, Schmierstoffhersteller und Zulieferer Die Antworten zu Frage 1 lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Branche mit den geschätzt meisten Mitarbeitern ist demnach die Geräteproduktion (Consumer und Antriebstechnik). Nur knapp dahinter gefolgt vom Transportwesen. Mit einem größeren Abstand wird die Branche Chemie, Schmierstoffhersteller und Zulieferer geschätzt. Als die Branche mit den wenigsten Mitarbeitern gilt die der Energie mit Energieerzeugung, Anlagen und deren Verteilung. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 24 ausreichend? Haben Sie schon an Weiterbildungsmaßnahmen teilgenommen? Wenn ja, haben Sie davon profitiert? Antworten: Die Anzahl an Angeboten für tribologische Weiterbildungsmaßnahmen wird als ausreichend betrachtet. Meistens entscheidet der Wille über die Teilnahme an solchen Fortbildungen und nicht die Anzahl an Angeboten. Der allgemeine Bekanntheitsgrad könnte etwas größer sein. Teilweise erreichen die Informationsblätter die falschen Zielgruppen. In der Kunststoffindustrie wird der Bekanntheitsgrad als ausreichend eingestuft. Eine Plattform aller übersichtlichen Fortbildungen mit Standorten und Themen wäre wünschenswert. Genannte, somit weitergehend bekannte Weiterbildungen sind: VDI (mehrmalig), TAE, Tribologie der Kunststoffe, Kompetenzzentrum Tribologie Mannheim, SDKZ-Infoletter. Interviewfrage 5: Sollten mehr tribologische Veranstaltungen an den Universitäten und Hochschulen belegt werden? Halten Sie einen eigenen Studiengang der Tribologie für sinnvoll? Die Antworten hierzu fallen recht differenziert aus und dies ist stark fachspezifisch. Im Maschinenbau sollten in jedem Fall Vorlesungen zur Tribologie angeboten werden. In anderen technisch und naturwissenschaftlich orientierten Studiengängen, wie etwa Elektrotechnik, Mechatronik, Biologie, sollte zumindest die Tribologie innerhalb eines Faches erwähnt und behandelt oder als Wahlfach angeboten werden. So könnte man zum Beispiel in der Biologie im Bereich der Bionik oder Rheologie tribologische Inhalte implementieren. Ein separater Studiengang der Tribologie sollte nicht angeboten werden, da die Tribologie systemübergreifend funktionieren und interdisziplinär genutzt werden sollte. Ein weiterer Nachteil wäre für den Studierenden die genaue Festlegung auf ein Spezialgebiet und eine daraus resultierend geringe Flexibilität im Berufsleben. Für Firmen wäre dies jedoch im Gegenzug von Vorteil. Bereits in der Schule werden im Rahmen des Physikunterrichts erste Grundlagen zur Tribologie gelegt, in der Regel ohne die Disziplin „Tribologie“ namentlich zu erwähnen. Hierbei werden Begriffe wie Hangabtriebskraft, der Luftwiderstand, der Reifenabrieb und der Reibungskoeffizient eingeführt. Jedoch sollte auch hier schon die komplexe Problematik im Zusammenhang mit Reibungsphänomenen greifbarer, bildlicher und anschaulicher gestaltet werden. Auch die gesellschaftliche Bedeutung und die Bedeutung im Alltag sollten stärker verdeutlicht werden. Somit wird mutmaßlich das Wissen der Schülerinnen und Schüler geweckt. 3.3 Implemetierung, Relevanz und Ausblick Wie in der Einleitung erwähnt, liefert dieser Artikel eine Bestandsaufnahme zur Tribologie in Deutschland. Erste Aussagen zu den noch zu erstellenden eigenständigen 6 Modulen sind in diesem Abschnitt zusammengestellt. Zur besseren Darstellung der Einzelaussagen der Befragten wurden die Kommentare nach Bereichen gruppiert. Umsetzung in Produkte Die Kommentare zu diesem Modul sind nach Bedeutung, Prozess, Zeitschiene, bestehenden Lücken, Beispiele und Wissen aufgelistet. Bedeutung Die Wichtigkeit für die Umsetzung von Tribologie- KnowHow in Produkte wurde klar herausgestellt und als das wichtigste Modul in dieser Auflistung angesehen. Ferner sehen einige die Umsetzung als die Hauptaufgabe des Tribologie-Experten an und die besten Möglichkeiten in der angewandten Forschung. Prozess und Zeitschiene Hier wird die Umsetzung als „mäßig“, „zu spät“, „zu gering“, „schleppend“ und „langwierig“ angesehen. Verbesserungsbedarf besteht auch bei der Entwicklung und Erforschung neuer (Reib-) Materialien. Der Fokus liegt oftmals mehr auf Kosten als auf technisch sinnvoller Umsetzung. Dies ist eine branchespezifisch unterschiedliche Sichtweise. Lücken Verschenktes Potenzial ist mehrfach genannt und auf das nicht gegenwärtige Bewusstsein zurückgeführt, mittels tribologischer Erkenntnisse nutzbringende Optimierungen ansteuern zu können. Die Darstellung der Potentiale hadert auch mit der Annahme, dass die Umsetzung durch die Anstrengungen der vergangenen Jahrzehnte vorausgesetzt wird. Beispiele Genannt wurden: - verschleißfeste Beschichtungen in KFZ-Motoren, im Antriebsstrang und in der Fertigungstechnik - angepasste Schmierstoffe und Additive - Reibungsminimierung bei Sportgeräten Wissen Einige Kommentare verwiesen auf: - Mangelnde Umsetzung von Erkenntnissen - Fehlen von theoretischem Wissen - zu wenig Wissen der Entwickler - Wie kritisch ist das tribologische Wissen für das Produkt? Aus Wissenschaft und Forschung 25 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 25 Aus Wissenschaft und Forschung 26 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 - aber auch im Hinblick auf Innovation - hinsichtlich Kommunikation in Richtung Geldgeber - durch positiver Energie- und Umweltbeeinflussung - steigend - gerade in Bezug auf Optimierung existierender Systeme - höher als mancher glaubt Lücken Neben der geringen Wahrnehmung der Tribologie im Bereich der Volkswirtschaft wird die Bedeutung deutlich unterschätzt; steht nicht im Fokus und ist nicht quantifiziert. Potential Das Potential durch die Tribologie, eine Effizienzsteigerung und CO 2 -Reduzierung zu erreichen, ist zu wenig präsent in unserer Gesellschaft. Die Tribologie trifft jeden auch im Alltag und sichert direkt und indirekt Arbeitsplätze. Das Einsparpotential ist eine interessante und relevante Größe, welche jedoch für den Einzelnen nicht leicht greif- und quantifizierbar ist. Umwelt Die Antworten zum Modul Umwelt wurden ähnlich der zwei Vorangehenden Module in Relevanz und Potential eingeordnet sowie mit dem Thema Problematik ergänzt. Relevanz Die Relevanz wurde zum Thema Umwelt ähnlich denen der wirtschaftlichen Bedeutung als wichtig, steigend, extrem entscheidend, sehr wichtig, ausschlaggebend und hoch bewertet. Potential Die beispielhaften Antworten sind hier in den folgenden Fragmenten zitiert und bedürfen keiner weiteren Kommentierung: • Tribologie = aktiver Umweltschutz. • Rohstoff Ressourcen schützen. • Die Verbesserung tribologischer Eigenschaften ist direkter Umweltschutz. Geringere tribologische Verluste verursachen weniger Schadstoffemission und Energieverbrauch. • Tribologie ist eines der wichtigen Kriterien hinsichtlich CO 2 -Reduktion und Ressourcenschonung. Hier besteht großes Potential. • Zu wenig Bedeutung wird der Energieeinsparung durch verlängerte Lebensdauer beigemessen. • Ressourcenschonung durch Recycling und MRO (Maintenance Repair Overhaul). Betriebswirtschaftliche Bedeutung Die Kommentare zu diesem Modul sind nach Relevanz, Lücken, Potential, und Umdenken gruppiert: Relevanz Durchweg wurde die Wichtigkeit der betriebswirtschaftlichen Bedeutung der Tribologie als sehr hoch bis hoch eingestuft. Es wurde auf schon veröffentlichte Zahlen und auf die Relevanz hinsichtlich der Kommunikation mit den Geldgebern verwiesen. Lücken Nach Aussagen der Befragten wird die betriebswirtschaftliche Bedeutung häufig unterschätzt, ist nicht bekannt, nicht quantifiziert, unklar vermittelt, nicht ausgeschöpft und deren Bewusstsein muss verbessert werden. Die „Total Cost of Ownership-Betrachtung“ wird nicht flächendeckend angewendet, daher wird auch die Verschleiß- und Kostenoptimierung nur unzureichend betrieben. Potential Die Tribologie hat einen signifikanten Anteil an der Kostensenkung. Genannt wurden: - Energie - Material - verlängerte Lebensdauer von Produkten - längere Standzeiten von Werkzeugen - Verlängerung von Wartungsintervallen Umdenken Herausgehoben wurde, dass der Punkt der betriebswirtschaftlichen Bedeutung immer quantifiziert werden sollte, um Entscheider stärker zu sensibilisieren. Durch konservatives Denken verzögert sich das Umsetzen einer neuen Technologie bei gleichzeitiger Änderung von Werkstoffen. Als Beispiel wurde eine bestehende Vorschrift nur mineralölhaltige Produkte einzusetzen angeführt, obwohl man mineralölfrei fahren könnte. Volkswirtschaftliche Bedeutung Die Antworten zu der volkswirtschaftlichen Bedeutung der Tribologie wurden ähnlich der betriebswirtschaftlichen Bedeutung in Relevanz, Lücken und Potential eingeordnet. Relevanz Hier wurde die Wichtigkeit mit extrem hoch bis hoch beschrieben und auf diese Punkte verwiesen: - insbesondere auch unter dem Aspekt CO 2 -Reduktion - im Hinblick auf Ressourcenschonung TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 26 • Tribologie kommt jetzt und in Zukunft enorme Bedeutung im Bereich der Reduktion von CO 2 -Emissionen und dem Erreichen der Klimaziele zu. Problematik Als kritisch werden folgende Kommentare der Befragten eingestuft: • Die Tribologie wird jedoch meist nicht zielführend angewandt und als gegeben (‚nice to have‘) hingenommen. • Die Kostenminimierung ist oft wichtiger. Bestimmte tribologisch wirkende Werkstoffe enthalten Feinstaub, Mikroplastik, die Substitution von Schadstoffen (Asbest, Schwermetalle) ist möglich, um einen Beitrag zur, Brems-, Reifen- und Asphaltstaubreduzierung zu liefern. • (Reibungs-)Verluste interessieren meist erst, wenn die Funktion z. B. durch erhöhte Temperaturen nicht mehr gewährleistet ist. Aktuelle Forschungsthemen Die Antworten zu den aktuellen Forschungsthemen sind sehr umfangreich und es stechen die Themen E-Mobilität, Bio-/ Medizintechnik, Schmierstoffe, Umwelt, Reibung/ Verschleiß/ Materialien und Sonstige als Gruppierung heraus. Generell wurde kritisch angemerkt, dass oft leider nur an aktuellen Problemen/ Fehlern gearbeitet wird. Zudem wird zu wenig an Grundlagen geforscht, um neue Wege zu eröffnen und Starrheit aufzubrechen. E-Mobilität Hierzu gab es mehrfache Nennungen zu den Themen Bearbeitung neuer Legierungen sowie Werk- und Schmierstoffe. Bio-Medizintechnik Biotribologie und Medizintechnik wurden mehrfach erwähnt mit Verweisen auf 100 %-fähige Systeme und künstliche Gewebe. Schmierstoffe Genannte Themen sind: - fluidfreie Schmiersysteme - intelligente Schmierung/ Schmierstoffe - Festschmierstoffe - Einfluss von Schmierstoffen auf die Bauteillebensdauer bzw. -beanspruchung - Wechselwirkungen Schmierstoff - Oberfläche - Reibungsminderung durch Schmierstoffe Umwelt Umweltverträglichkeit wurde mehrfach genannt, neben: - Emissionen - Größe und Anzahl von Emissionspartikel - regenerative Energieerzeugung und Nutzung Reibung Verschleiß Materialien Genannte Themen sind: - Oberflächenbeschichtung und -strukturierung - Schmierung in engen Spalten - Reibungsreduktion bei Dichtungen - Entwicklung von hochverschleißfesten Werkstoffen (metallisch) - höhere Energieeffizienz durch Reibungsminderung in Hydrauliksystemen - Tribologische Werkstoffe - kein Öl, Fett oder Gleitlack in Reibpaarungen, jedoch Schmierstoffe (Nanotechnologie, Dampfphasenschmierung) - neue Werkstoffe mit exzellenten tribologischen Eigenschaften - Verschleißschutz/ Reibminderung durch konstruktive Maßnahmen (u. a. auch Laserstrukturieren etc.) - Verschleißbildung, Sonstige Andere nicht zu den o. g. Gruppierungen zählende Themen sind: - Hochtemperatur (HT-)Tribologie - Wechselwirkung Polymere - Schmierstoff - Metalle - Übertragbarkeit von Modellversuchen auf Bauteile, z. B Zahnräder - Reifen - Powertrain - Kavitationserosion und tribokorrosive Wasserstoffentstehung - bessere Abschätzung von Risiken bzgl. Ausfallmechanismen - Mikro- und Nanotribologie - Schadensvermeidung - Digitalisierung - Simulation Aus Wissenschaft und Forschung 27 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 27 Aus Wissenschaft und Forschung 28 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 veränderte Anforderungen an Werk- und Schmierstoffe durch alternative Antriebstechniken. Alternative Antriebe E-Mobilität erfordert höhere Drehzahlen, Wasserstofftechnologie bringt werkstoffspezifische Anforderungen mit sich. Triboakustik wird für die Elektromobilität und Aktuatorik an Relevanz zunehmen. Extrem erhöhte Lebensdauer- und Zuverlässigkeitsanforderungen werden beispielsweise im Bereich „Autonomes Fahren“ gefordert. Weiterhin ist die Antriebstechnik weiterzuentwickeln, um neue Antriebsstrangkonzepte (Batterie elektrisch, Hybrid, FC - Wasserstoff) voranzubringen. Alternative Antriebe ohne Batterie und keramische Werkstoffe sind weitere Themen, mit denen die Befragten in Zukunft beschäftigt sein werden. Informationstechnologie Um die Informationstechnologie sind die genannten Themen durch folgende Listung umfassend beschrieben: - Datenvernetzung - Künstliche Intelligenz - Vorhersagbarkeit der Servicelebensdauer von Maschinenelementen - Digital Twin, Digitalisierung im Schmierstoffmanagement - Rechenmodelle zur Reibungsvorhersage auf Basis der Schmierstoffmolekülstruktur - Modelle zur Beurteilung gebrauchter Schmierstoffe - Rechenmodelle zur Beanspruchung in Bauteilen unter tribologischen Gesichtspunkten Andere Die oben nicht aufgeführten Themen sind: - Oberflächenbeschichtung - Langlebigkeit / Zuverlässigkeit - Vermehrter Einsatz und Verwendung von Hochleistungs-Polymeren - Optimierte Bauteiloberflächen 4 Weitere Aktivitäten und Zukunft der Tribologie Alle bisher fokussierten Themenfelder geben einen guten Überblick zur Entwicklung der Tribologie bis hin zur Gegenwart. Von besonderem Interesse ist nunmehr die Frage, in welchen technischen, wirtschaftlichen als auch gesellschaftspolitischen Bereichen die Tribologie eine mitunter tragende Rolle spielen wird. Diese zukunftsgerichtete Betrachtung kann naturgemäß nicht frei Zukünftige Entwicklungen Für die zukünftigen Entwicklungen bieten sich die Gruppierungen Kommentare, Umwelt, Energie, Schmierung, alternative Antriebe, Informationstechnologie und Sonstige an. Im Vergleich zu den aktuellen Forschungsthemen ist die zukünftige Betrachtung weitreichender und zementiert, dass es der Tribologie nicht an Ideen und Konzepten fehlt. Kommentare Wenn die enorme Bedeutung der Tribologie für die insbesondere klimapolitischen Herausforderungen unserer Zeit bei den jeweiligen Entscheidungsträgern erkannt werden, ist mit einer verstärkten Förderung der Tribologie-Forschung und damit mit großen Fortschritten in allen vorher genannten Feldern zu rechnen. Weitere stichpunktartige Antworten sind hier gelistet: - Entscheidungsträger müssen die Wichtigkeit der Tribologie erkennen - keine Revolution zu erwarten, sondern kleine Schritte - wird leider politisch beeinflusst - Tribologie schafft es nicht die Relevanz hervorzuheben - es wird von vielen anderen Fachbereichen der Begriff gekapert und genutzt, obwohl die Arbeitsweisen und Inhalte nicht in der Tiefe behandelt werden, wie es in „reinen“ Tribologie Fachkreisen üblich ist - viele unsinnige Arbeiten laufen, teilweise auch durch einfaches herumstochern in der Problematik - Fragestellungen zu komplex für Kaufleute Umwelt Die Kontrolle von flüchtigen Stoffen und Partikelemissionen ist das dominierende Thema. Auch eine große Bedeutung hat der Umweltschutz und damit Kosten durch Energieeinsparung zu vermeiden. Energie Insbesondere im Bereich Energieverbrauch und Umweltbelastung durch Schmierstoffverbrauch besteht deutlicher Nachholbedarf. Schmierung Hier liegen die Herausforderungen alternative Schmierstoffe zu entwickeln, durch Minimierung des Einsatzes von Mineralöl; durch Einsatz von Trockenschmierung; sehr niedriger Viskosität und gleichzeitiger Kapazität zu kühlen sowie zu schmieren. Damit einhergeht ein sinkender Bedarf an Schmierstoffen durch die Elektrifizierung des Straßenverkehrs, die Substitution von Werk- und Schmierstoffen aufgrund von Umweltauflagen, und TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 28 von spekulativen Aussagen und subjektiven Annahmen sein. Die in öffentlichen Medien seit geraumer Zeit laufenden Diskussionen über künftige Energieträger und Antriebstechnologien besitzen ebenfalls einen teils hochspekulativen Charakter. Demgemäß sind die nachfolgenden ergänzenden Fragen inklusive deren Antworten einzustufen.[8] 1. In welchen Branchen beziehungsweise Themen liegt nach Ihrer Einschätzung in der Zukunft das größte Potenzial für die Tribologie. Betrachten Sie hierbei auch die aktuellen sowie zukünftigen politischen Zielrichtungen, Themen zur Umwelt, Zuwanderung, Arbeitsmarkt, (Diesel-)Fahrverbote usw. Die Antworten fielen bei solch breitgefächerter Sichtweise ebenso vielschichtig aus, dennoch lässt sich folgendes zusammenfassende Resumé ziehen: Mit dem Titel des Buchs von Werner Stehr „Tribologie ist überall“ lässt sich diese Frage optimal beantworten, da sich hierin die Mannigfaltigkeit der tribologischen Fragestellungen widerspiegelt. Jeder Teilnehmer der Interviews sah in seiner Branche noch Verbesserungspotenzial und somit auch künftig Bedarf an Erkenntnissen aus der Tribologie. Beispielhaft wurden Themen wie Gleit-/ Reibkontakte sowie Branchen und Technologien wie Consumerelectronic, Elektromobilität oder die Biomedizin genannt. Die Kunststoffindustrie sollte zudem mehr Anteile in der Antriebstechnik erhalten. Die Haptik bei elektronischem Kommunikationsmitteln wie Smartphones, Tabletts und Computern ist aktuell ein relevantes Thema. In der Biotribologie, bei Implantaten wie etwa künstlichen Hüftgelenken oder Themen wie "die Reibung zwischen Zunge und Gaumen“, folglich der Nahrungsmittelindustrie, wird noch viel Potenzial zur Optimierung gesehen. Jedoch steht eines der ursprünglichen Ziele der Tribologie nach wie vor im Vordergrund: die Verminderung der Reibung und die damit verbundene Verbesserung von Wirkungsgraden soll einen wesentlichen Beitrag zur Einsparung von Energie und somit Ressourcen liefern. Im Hinblick auf die Lebensdauer von Produkten und somit die Minimierung von Verschleiß bleibt auch das zweite wichtige Thema in der Tribologie von höchstem Interesse. Es wird jedoch auch klar geäußert, dass hierbei durchaus wirtschaftliche Interessen dem entgegenstehen können, wenn die erhöhte Lebensdauer von Produkten folglich auch die Anzahl erforderlicher Erzeugnisse mindert, respektive den Umsatz und Gewinn von Industrieunternehmen. Es wird ebenso gesehen, dass die Tribologie einen positiven Beitrag liefert hinsichtlich umweltfreundlicher Technologie und Produktion. 2. Wie ist Ihre Meinung zur E-Mobilität sowie zu anderen alternativen Antrieben? Sehen Sie hier neue tribologische Fragestellungen? Die Antworten fielen differenziert und weitgefächert aus, jedoch wird die E-Mobilität allgemein als gute Alternative zu Verbrennungsmotoren angesehen. Der mechanische Wirkungsgrad eines Elektromotors ist in etwa doppelt so hoch wie der eines Verbrennungsmotors. Auch die Politik und die Automobil-Industrie sehen derzeit die E-Mobilität als Zukunftstechnologie an, zumindest zu einem gewissen Anteil. Betrachtet man diese Thematik jedoch im Detail wird offensichtlich, dass der technische Stand von Elektrofahrzeugen bislang noch nicht massentauglich ist. Für Kurzstrecken und Fahrten innerhalb einer Stadt reicht der aktuelle technische Stand aus, jedoch fehlen noch einige Entwicklungsschritte. Zum Beispiel der Bau, die Entsorgung und die Lebensdauer der Lithium-Ionentechnik sind erwiesenermaßen umweltschädlich und noch zu wenig effizient. Hierbei muss in andere Speichermedien investiert werden. Durch diese vielen Problematiken wird auch die Chance gesehen in andere alternative Antriebe zu investieren, um Entwicklungen voranzutreiben. Somit kann die Tribologie auch durchaus als ein Innovationstreiber verstanden werden, um Schlüsseltechnologien zu einem Durchbruch zu verhelfen. Der Wasserstoffantrieb ist von der Energiedichte her der Batterie deutlich überlegen. Dies könnte ein wichtiger Faktor zum Umdenken in die Wasserstofftechnik sein. Diese Technologie wäre zudem umweltfreundlicher umzusetzen, zumindest aus heutiger Sicht. Die dafür zu nutzenden Rohstoffe wären langfristig und quasi uneingeschränkt verfügbar. Dies beträfe folglich unmittelbar die Mineralölindustrie, jedoch wird aus Sicht der Befragten hier auch eine Chance gesehen, dass heutige Mineralölfirmen künftig auch als Energielieferanten agieren könnten. Kritiker sehen im Bau und der Umsetzung eines Wasserstoffantriebes den aktuellen Stand mit seinem Umfeld noch nicht als ausreichend fortgeschritten im Vergleich zur E-Mobilität an. Diese Antworten zur Einschätzung, welche Technologie mittel- und längerfristig Einzug erhalten, lassen noch keine klaren Aussagen ableiten, an welcher technologischen Stelle die Tribologie gefordert sein wird. Da sich sowohl die Beanspruchungskollektive (Lasten, Relativgeschwindigkeiten, Temperaturen) sowie die Werkstoffe und Medien ändern werden, liegen auch hier vermutlich die Themen der Zukunft. 3. Wie ist Ihre Meinung zu tribologischen Forschungen an Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Energien? Sehen Sie hier neue tribologische Fragestellungen? Anhand der nachfolgend zusammengefassten Argumente auf Basis der Antworten lässt sich schon jetzt ableiten, dass hier ein weiteres Themenfeld zu erkennen ist, in dem die Tribologie ihren Anteil haben wird. Laut Aussage der Teilnehmer gibt es im Themenfeld erneuerbare Energien noch erheblichen Entwicklungsbedarf. Da die Politik aktuell die Klimawende einleiten will und immer mehr auf erneuerbare Energien setzt, wird diese Branche ein Teil der Zukunft sein. Die Optimierung dieser Technologien wird unterstützend sein, Aus Wissenschaft und Forschung 29 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 29 Aus Wissenschaft und Forschung 30 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 Tribologie in Deutschland - Querschnittstechnologie zur Minderung von CO 2 -Emissionen und zur Ressourcenschonung [9] Eine Expertengruppe aus Mitgliedern des Vorstandes und des Beirats der GfT hat ein detailliertes Technologiepapier mit dem folgenden Inhalt verfasst: A. Volkswirtschaftliche Bedeutung B. Energetische Bedeutung der Tribologie C. Reibungsoptimierung in der Mobilität D. Umweltpolitische Bedeutung im Licht gesellschaftspolitischer Diskussionen E. Alternative Antriebe F. Lehre und Forschung In der Zusammenfassung zeigen sie mehrere Punkte, bei denen die Tribologie einen hohen Beitrag leisten kann, auf. - CO 2 -Einsparungen durch Reibungsminderungen Motorische Reibungsverluste haben ein Einsparpotential von 30 %, wenn tribologische Maßnahmen wie niedrig viskoseres Öl, gemeinsam mit neuen Oberflächentechnologien eingesetzt werden. Darüber hinaus offeriert die Tribologie Lösungen zur mechanischen Rekuperation von Abgaswärme. Zusätzliche Reibreduktionspotenziale im Antriebsstrang (Getriebe, Radlager, Nebenaggregate etc.) sind auch für Antriebskonzepte neben dem Verbrennungsmotor anwendbar. - Elektromobilität Neuentwicklungen von Funktionsflüssigkeiten wie Schmierfette für Wälzlager, Kühlmittel (für Batterie, E-Motor und Leistungselektronik) und Getriebefluide (z. B. für hochdrehende Planetenradsätze) sind notwendig, um die Effizienz zu steigern. Die multidisziplinäre Tribologie wird die Kompatibilität mit elektrischen Modulen unterstützen. - Luftreinhaltung Neben Stickoxiden spielen Partikelemissionen eine große Rolle in der Luft. Die Rußpartikelemissionen durch Verbrennungsmotoren sind nur ein kleiner Bestandteil. So haben Abrieb von Bremsen und Reifen einen großen Anteil hieran. Die Tribologie, insbesondere in der Feststoffschmierung, kann einen großen Beitrag zur Entlastung dieser Emissionen beitragen. - CO 2 -neutrale Energieträger Neben der Nutzung von Biomasse und synthetischen flüssigen Kraftstoffen werden in dem Energie-Mix auch synthetische Gase wie Methan und Wasserstoff zum Tragen kommen. Letzteres stellt die Tribologie vor neue die Energieeffizienz zu erhöhen, die Produktlebensdauer zu verbessern und die Ressourcenschonung voranzutreiben. Auch die Geräuschreduzierung in der Windkraft hat Optimierungspotenzial, um die gesellschaftliche Akzeptanz weiterhin zu verbessern. Durch Schmutz und Wechselbeanspruchungen der Lagerungen ist deren Lebensdauer bisher noch nicht maximiert. Verbesserungen in diesem Bereich würden die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen nochmals deutlich erhöhen. 4. Wie hoch stufen Sie den Einfluss der Politik auf die zukünftigen Trends der Technologien ein? Die hierauf geäußerten Antworten zielen im Wesentlichen darauf ab, dass man auf politischer Ebene die notwendigen Sachkenntnisse als nicht ausreichend vorhanden ansieht. Grundsätzlich sehen die Befragten einen klaren Auftrag in der Politik, gewisse Ziele vorzugeben, hierfür jedoch auch die erforderlichen Ressourcen, respektive Forschungsgelder, zur Verfügung zu stellen. Nur durch eine stringente Forschungsstrategie lassen sich an die Politik, Gesellschaft und schlussendlich die Tribologie gestellten Aufgaben auch bewältigen. Die nachfolgende und abschließende Interviewfrage zielt auf die grundsätzliche Relevanz der Tribologie ab und lautet: 5. Spielt die Tribologie nach Ihrer Einschätzung im Umwelt- und Klimaschutz eine relevante Rolle und wenn ja, welche? Die Antworten ergaben hierauf einen interessanten Aspekt, der die Nachhaltigkeit erwähnt, die durch tribologische Optimierung gesehen wird. Demnach kann eine tribologische Optimierung in Umwelt und Klimaschutz sehr kurzfristig eher wenig bewirken. Sicherlich könnte beispielsweise im Bereich der Reifenindustrie der Abrieb von Reifen noch weiterhin reduziert werden. Dies wäre jedoch auch nur innerhalb gewisser Grenzen möglich. Betrachtet man jedoch die Aufgaben und Ziele der Tribologie auf einer größeren Zeitskala, so wirken sich Maßnahmen durch die Optimierung tribologischer Systeme sicherlich positiv und nachhaltig auf den Energieverbauch als auch den Verbrauch wertvoller Ressourcen aus. In einigen seitens der Bundesregierung aufgelegten Förderprogrammen werden diese Nachhaltigkeitsaspekte bereits seit Jahren gezielt adressiert, um zu gewährleisten, dass Forschungsprojekte, welche mit öffentlichen Mitteln finanziert sind, auch diesen Aufgaben nachgehen. Eine Sonderstellung, welche der Tribologie aufgrund der Interdisziplinarität zweifelsfrei zukommt gegenüber anderen singulären Disziplinen, scheint jedoch nach wie vor noch nicht auf politischer Ebene durchgängig anerkannt zu sein. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 30 Herausforderungen bei der Verdichtung, Lagerung, Verteilung und Nutzung im Fahrzeug. Steckverbindungen, Lager, dynamische und statische Dichtungen, Kolbenringe, Ventile und andere Gleitpaarungen benötigen Materialien, die gegen Wasserstoffversprödung beständig sind und gleichzeitig wirtschaftlich bleiben. - Umweltschonung Der Anteil an mineralölbasierenden Schmierstoffen liegt bei über 90 %, wobei die Gesamtschmierstoffmenge in Deutschland ca. 1 % der Kraftstoffmenge entspricht. Synthetische Schmierstoffe können ebenso wie synthetische Kraftstoffe aus erneuerbarer Energie gewonnen werden und haben eine deutlich längere Einsatzzeit im Vergleich zu mineralölbasierenden. Anwendungen, bei denen sich ein Eintrag in die Umwelt nicht vermeiden lässt, können sehr gut mit Bioschmierstoffen bedient werden. - Substitute für Verbote Über Jahrzehnte sind durch die Umwelt- & Chemikalienpolitik und die Chemische Industrie als Lieferant große Fortschritte in der Eliminierung von toxischen Substanzen erzielt worden. Diese Eliminierung wird durch weitere Substitutionen für bewährte und eingeführte Beschichtungen oder Werkstoffe sowie für viele in Schmierstoffen gebräuchlichen Funktionsadditive weitergehen. Hier leistet die Tribologie durch die Entwicklung von Alternativen einen erheblichen Beitrag. - Forschung Die Forschung für tribologische Themen wurde in den 60er Jahren durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit dem Schwerpunktprogramm „Grundlagenforschung Verschleiß, Reibung und Schmierung“ gefördert. Darauf folgten die Förderung von 181 Einzelvorhaben mit dem Schwerpunkt „Tribologie“ durch das Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) und nochmals von 1986-1991 der Förderbereich „Tribologie“, ebenfalls durch das BMFT. Die Tribologie stellte danach innerhalb der Forschungsträger kein Förderungsfeld mehr dar, obwohl es als omnipräsente Querschnittstechnologie bedeutende Beiträge leisten konnte. Im Jahre 2017 hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) das „Forschungsfeld Tribologie“ initiiert. Hier ist das Ziel die Verringerung von CO 2 durch Reibungsreduktion. 5 Zusammenfassung und Ausblick Die Befragung umfasste die Bereiche zum persönlichen Umfeld der Teilnehmer, zur Bestandsaufnahme der Tribologie und den Ausblick hinsichtlich künftig erwarteter Schwerpunkte. Der/ die Tribologe/ in ist mit hoher Wahrscheinlichkeit promoviert im Fach Maschinenbau, in Fachverbänden mit tribologischem Bezug aktiv, bei kleinen, mittleren und gleichermaßen großen Unternehmen mit Auslandsaktivitäten beschäftigt. Innerhalb der Unternehmen gibt es Stellen mit sehr wenig bis hin zu hauptsächlichem Bezug zur Tribologie. Sein hoher Anteil an täglichen tribologischen Fragestellungen haben mit Reibung/ Verschleiß und deren Prüfung/ Analytik zu tun. Die Anzahl von Hochschulen mit tribologischen Anteilen wurden weitgefächert mit einem Mittelwert von 27 angegeben. Diese Zahl steht im Widerspruch zur Studie von 2014 und resultiert aus einer nicht ausreichenden Kenntnis der aktuellen Hochschullandschaft. Zu den Weiterbildungseinrichtungen und Tagungen/ Workshops stellt sich eine Verteilung auf Maschinenbau ausgerichteten Veranstaltungen und solche mit Schmierstoff Lastigkeit heraus. Der Tribologische Anteil am Gesamtbudget von Forschungseinrichtungen bei Instituten beträgt meistens nur 1- 5 % mit einem großen Teil nur bei <1 %. Qualitativ befassen sich die Fraunhofer-Institute und die Ressortforschung mehr mit der Tribologie. Bei den Projekten kann man als Fazit anmerken, dass die staatlich geförderten Projekte in einer viel höheren Anzahl erscheinen. Jedoch wird das Gesamtbudget gegenüber den Stiftungen kleiner eingeschätzt. Eine erste Abschätzung zur Anzahl der Mitarbeiter in der industriellen tribologischen Forschung ergab eine Verteilung auf die Bereiche Geräteproduktion, Transport, Energie und Chemie. Beim Ausblick hinsichtlich der tribologischen Umsetzung in Produkte wird das verschenkte Potenzial klar herausgestellt und auf das nicht gegenwärtige Bewusstsein zurückgeführt, mittels tribologischer Erkenntnisse nutzbringende Optimierungen ansteuern zu können. Die Antworten zu der volkswirtschaftlichen und betriebswirtschaftlichen Bedeutung der Tribologie wurden bezüglich ihrer Relevanz, und ihres Potentials klar herausgestellt, jedoch müssen diese quantifiziert sein, um zu sensibilisieren. Ähnlich verhält es sich beim Thema Umwelt mit Relevanz und Potential. Hinzu kommt die Problematik, dass die Tribologie meist nicht zielführend angewandt wird, die Kostenminimierung oft wichtiger ist und Reibungsverluste erst interessieren, wenn die Funktion nicht mehr gewährleistet ist. Die aktuellen Forschungsthemen sind sehr umfangreich und es stechen die Themen E-Mobilität, Bio-/ Medizintechnik, Schmierstoffe, Umwelt, Reibung/ Verschleiß/ Materialien heraus. Generell wurde kritisch angemerkt, dass oft leider nur an aktuellen Problemen gearbeitet und zudem zu wenig an Grundlagen geforscht wird. Für die zukünftigen Entwicklungen liegen die Schwerpunkte auf Umwelt, Energie, Schmierung, alternative Antriebe und Informationstechnologie. Herauszuheben ist, dass im Gegensatz zu den aktuellen Forschungsthemen die zukünftige Betrachtung weitreichender ausgeführt wird. Das zementiert, dass es der Tribologie nicht an Ideen und Konzepten fehlt. Aus Wissenschaft und Forschung 31 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 31 Aus Wissenschaft und Forschung 32 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0029 [2] O. Pinkus and D.F. Wilcock, Strategy for Energy Conservation through Tribology, 1977, The American Society of Mechanical Engineers, New York, NY 10016-5990, USA [3] H.P. Jost and J. Schofield, Energy savings through tribology: a techno-economic study, Proc. Instn. Mech. Eng., 1981, 195(16): 151-73. [4] W.J. Bartz, Energieeinsparung durch tribologische Maßnahmen, 6. Int. Colloquium Tribology, 1988, Vol. I, 1.2- 1/ 1.2.12, ISBN 3-924813-19-1 [5] K. Holmberg, P. Andersson and A. Erdemir, Global Energy Consumption due to Friction in Passenger Cars, Tribology International 47 (2012) 221-234 [6] R. W. Schmitt: „Studie zur Ermittlung der tribologischen Aktivitäten an deutschen Hochschulen“, Gesellschaft für Tribologie e.V., 2014 [7] STLE Emerging Trends Report., 2017 www.stle.org. [8] S. Stolz, Tribologie in Deutschland - eine nationale Studie zur Ermittlung des Umsetzungsgrades tribologischer Erkenntnisse im industriellen Umfeld hinsichtlich Technologie sowie betriebs- und volkswirtschaftlicher Relevanz, Bachelorarbeit Hochschule Mannheim, 2019. [9] M. Woydt, T. Gradt, T. Hosenfeldt, R. Luther, A. Rienäcker, F.-J. Wetzel, C. Wiencierz, Tribologie in Deutschland - Querschnittstechnologie zur Minderung von CO 2 - Emissionen und zur Ressourcenschonung, www.gftev.de, 2019. Die Studien aus der Vergangenheit verdeutlichen die Aktualität und Notwendigkeit wiederkehrender Studien. Diese sollten fester Bestandteil bleiben, insbesondere zur Quantifizierung der Potentiale und als Plattform einer engeren Zusammenarbeit/ Kommunikation mit den angrenzenden Disziplinen. Dies kommt auch in den beiden beispielhaft aufgeführten abschließenden Kommentaren der Befragten zum Ausdruck. Diese merken an, dass mehr Lobbyarbeit für tribologische Themen notwendig ist und der Teil des Ausblicks einer deutlichen Weiterführung bedarf. Danksagung Dank gilt der Gesellschaft für Tribologie, die diese Studie in Auftrag gegeben hat, sowie der Hochschule Mannheim durch die Unterstützung des Kompetenzzentrums Tribologie. Literatur [1] K. Kirschke, H. Czichos, K.-H. Habig und P. Studt, Tribologie - Forschungsbericht zum Schwerpunktprogramm Reibung, Verschleiss, Schmierung; 1971, Franz Steiner Verlag GmbH, Wiesbaden TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 32 Einleitung Klassischerweise werden Maschinenelemente wie Wälzlager mit einem mineralölbasierenden Schmierstoff betrieben. Diese Standardöle oder fette können jedoch in besonderen Fällen aus physikalischen Gründen oder aufgrund spezieller Restriktionen nicht eingesetzt werden. Bei extremen Umgebungsbedingungen, wie sehr niedrige oder hohe Temperaturen, Strahlung oder Vakuum können diese Schmierstoffe sich beispielsweise ver- Aus Wissenschaft und Forschung 33 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 Untersuchungen an a-C: H: Mebeschichteten Rillenkugellagern unter Trockenlaufbedingungen Julia Kröner, Stephan Tremmel, Sandro Wartzack* Unter extremen Umgebungsbedingungen oder bedingt durch Restriktionen können öl- oder fettgeschmierte Standardwälzlager nur beschränkt oder nicht eingesetzt werden. Bisherige Lösungen sind durch die eingesetzten Sonderwerkstoffe oder -schmierstoffe kostspielig oder besitzen nur eine sehr eingeschränkte Gebrauchsdauer. Der hier vorgestellte, alternative Ansatz sieht die Verwendung kostengünstiger Standardwälzlager vor, welche mit einer reibungs- und verschleißmindernden Schicht auf einzelnen Komponenten des Wälzlagers modifiziert wurden. Geprüft werden Radial-Rillenkugellager des Typs 6206 in Gebrauchsdauerversuchen auf einem Vier-Lager-Prüfstand. Alle untersuchten Schichtsysteme werden in der Literatur für Anwendung unter Trockenlaufbedingungen und Normalatmosphäre als grundsätzlich geeignet beschrieben: Graphit, titandotiertes Molybdändisulfid (MoS 2 : Ti), eine modifizierte (a-C: H: X) sowie eine metallhaltige wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C: H: Me). Dabei wurden die unterschiedlichen Schichtsysteme auf den Laufbahnen des Wälzlagers mittels PVD- oder PACVD-Prozessen appliziert und sowohl mit Stahlals auch Keramikkugeln getestet. Die Ergebnisse dieser Versuche in Bezug auf Gebrauchsdauer, tribologisches Verhalten sowie insbesondere die Wiederholbarkeit der Ergebnisse werden in diesem Beitrag vorgestellt. Schlüsselwörter Trockenlauf, Rillenkugellager, PVD-Beschichtung, amorphe Kohlenstoffschicht, Bauteiltest, Vier-Lager- Prüfstand, Gebrauchsdauer Under extreme environmental conditions or due to restrictions oilor grease-lubricated standard rolling bearings can only be used to a limited extent or not at all. Existing solutions are expensive due to the special materials or lubricants used or have only a very limited service life. The alternative approach presented here involves the use of cost-effective standard rolling bearings, which have been modified with a friction and wear-reducing coating on individual components of the rolling bearing. Radial deep groove ball bearings of type 6206 are tested in operating life tests on a four bearing test rig. All investigated coating systems are described in the literature as basically usable under dry running conditions and normal atmosphere: Graphite, titanated molybdenum disulfide (MoS 2 : Ti), a modified (a-C: H: X) and a metal-containing hydrogen-containing amorphous carbon coating (a-C: H: Me). The different coating systems were applied to the raceways of the rolling bearing using PVD or PACVD processes and tested with both steel and ceramic balls. The results of these experiments in terms of operating life, tribological behaviour and, in particular, the repeatability of the results will be presented in this paper. Keywords Dry running, deep groove ball bearings, PVD coating, amorphous carbon coating, component test, four bearing test rig, operating life Kurzfassung Abstract *Julia Kröner, M.Sc. Dr.-Ing. Stephan Tremmel Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0003-1644-563X Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-0244-5033 Lehrstuhl für Konstruktionstechnik Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 91058 Erlangen * Name TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 33 zurückgegriffen werden kann, ohne dass Sonderkonstruktionen mit angepassten Geometrien benötigt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, eine geeignete Kombination aus einem Schichtsystem mit einem passenden Gegenkörper zu finden, die niedrige Reibung, hohe Verschleißbeständigkeit und somit eine hohe Gebrauchsdauer für trockenlaufende Radial-Wälzlager ermöglicht. Hierfür werden vier verschiedene Schichtsysteme mit zwei unterschiedlichen Gegenkörpermaterialien in realitätsnahen Bauteilversuchen untersucht. Analysiert werden das Reibungsverhalten, der Verschleiß und die erzielten Versuchsdauern sowie die Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse. Materialien und Methoden Die experimentellen Untersuchungen wurden als Bauteilversuche auf einem Vier-Lager-Prüfstand durchgeführt. Dessen Aufbau sowie die Modifikation, um den Einfluss der Umgebung zu minimieren und konstante Versuchsbedingungen zu ermöglichen, findet sich detailliert beschrieben in [8]. Die vier Prüflager befinden sich hierbei symmetrisch angeordnet auf einer durchgehenden Welle und werden mit der gleichen radialen Last F r beaufschlagt. Auf den äußeren beiden Lagersitzen werden jeweils die beschichteten Prüflager und in der Mitte baugleiche, abgedichtete und gefettete Stützlager montiert. Über eine im Antriebsstrang der Prüflagerung verbaute Drehmomentmesswelle, kann das Summenreibungsmoment M R aller vier Wälzlager direkt gemessen und überwacht werden. Die Versuche werden als Sudden-Death-Lebensdauerversuche mit Zeitlimit durchgeführt, wobei das Überschreiten eines Grenzreibungsmoments von M R = 0,5 Nm als Abschaltkriterium dient. Der Anstieg im Reibungsmomentverlauf deutet auf das Versagen und somit auf den Schichtverschleiß mindestens eines Lagers hin. Als zweites Abschaltkriterium ist eine maximale Laufzeit von t = 168 h definiert. Die untersuchten Wälzlager sind Rillenkugellager vom Typ 6206 (Bohrungsdurchmesser d = 30 mm). Als Belastungskollektiv wird eine Innenringdrehzahl von n = 250 min -1 am Prüfstand eingestellt sowie eine Radialkraft von ca. F r = 1,7 kN pro Lager aufgebracht. Somit ergibt sich für den Drehzahlkennwert n ∙ d m = 11.500 min -1 ∙ mm. Da als Gegenkörper zwei unterschiedliche Materialen eingesetzt werden, Kugeln aus gehärtetem Stahl (100Cr6, 740 HV10) sowie aus Siliziumnitrid (Si 3 N 4 ), liegt die maximale Pressung im Ring-Kugel-Kontakt bei ca. 2,3 beziehungsweise 2,5 GPa. Die Ringe sind bei allen Versuchen aus 100Cr6 (gehärtet, 62 HRC). In einer ersten Screening-Versuchsreihe werden vier unterschiedliche Schichtsysteme auf den Laufbahnen der Innen- und Außenringe mittels PVD- Aus Wissenschaft und Forschung 34 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 festigen, verdampfen oder ausgasen, wodurch ihre Funktion nicht mehr gegeben ist. In der Lebensmittel-, Textil- oder Papierindustrie, in Reinräumen oder in der Medizintechnik sind zum Beispiel aseptische Anforderungen einzuhalten oder eine Kontamination der Produkte mit dem Schmierstoff zu vermeiden. Durch die Reduzierung oder den gänzlichen Wegfall des Schmierstoffes entfallen ebenfalls dessen Hauptfunktionen - Reibungsreduzierung und Verschleißschutz - wie auch weitere positive Eigenschaften, so dass ein frühzeitiger Ausfall des Lagers begünstigt wird. Insbesondere für Weltraumanwendungen mit dem dort vorhandenen Vakuum ist bereits seit den 1960er Jahren viel Forschung zu Schmierstoffalternativen betrieben worden, allen voran durch die NASA. Hierbei wurde der Festschmierstoff Molybdändisulfid (MoS 2 ) eingesetzt und weiterentwickelt. Beginnend mit MoS 2 - Gleitlacken [1], wurden bereits Ende der 1960er Jahre dünne Schichten mittels PVD-Verfahren (PVD = physical vapor deposition) abgeschieden [2]. Aufgrund von Oxidation unter Normalatmosphäre und einem daraus folgenden Anstieg der Reibung und des Verschleißes sind MoS 2 -Schichten allerdings vorzugsweise für Vakuum-Anwendungen geeignet. Daher haben sich weitere Forschungsarbeiten entwickelt, die sich mit der Verbesserung von MoS 2 -Schichten unter terrestrischen Bedingungen befassen. Mit Fokus auf Wälzkontakte finden sich insbesondere zwei Ansätze: Anpassen der Mikrostruktur oder Dotierung mit Fremdelementen. V IERNEUSE L hat sich dabei reinen, gesputterten MoS 2 -Schichten gewidmet, die er durch gezielte Änderungen der Beschichtungsparameter und somit der Einstellung von gewünschten Eigenschaften für den Einsatz bei Luftfeuchte optimiert hat [3]. Den zweiten Ansatz verfolgt beispielsweise S INGH durch die Dotierung der MoS 2 -Schicht mit einem metallischen Element, wobei er sich in seinen Arbeiten auf Titan konzentriert hat [4]. Einen weiteren klassischen Festschmierstoff mit Schichtgitterstruktur stellt Graphit dar, der seine guten Reibungseigenschaften ebenfalls durch das Abgleiten der Basisflächen seines hexagonalen Gitters erhält. Im Gegensatz zu Molybdändisulfid werden die niedrigsten Reibungszahlen unter Normalatmosphäre erzielt, da hier die Interkalation von Fremdatomen oder Wassermolekülen die Scherkräfte zwischen den Gleitflächen herabsetzt [5]. Neben reinen Festschmierstoffen wurden auch mit amorphen Kohlenstoffschichten unter Trockenlaufbedingungen positive Ergebnisse erzielt [6]. Im Allgemeinen weisen diese Schichtsysteme ein sehr gutes tribologisches Verhalten auf, was sich in sehr geringen Reibungszahlen und einer hohen Verschleißbeständigkeit äußert [7]. Darüber hinaus liegen die typischen Schichtdicken im Bereich von 1 bis maximal 5 µm [7], wodurch bei der Beschichtung von Wälzlagern auf Standardkomponenten TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 34 bzw. PACVD-Verfahren (PACVD = plasma assisted chemical vapour deposition) appliziert:  Graphit  Molybdändisulfid mit Titandotierung (MoS 2 : Ti)  Modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C: H: X)  Metallhaltige wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C: H: Me) Wie bereits vorstehend beschrieben, sind diese Schichtsysteme prinzipiell alle für die Anwendung unter Trockenlaufbedingung und Normalatmosphäre sowie Raumtemperatur geeignet. Als Käfig wird ein hitzestabiler, glasfaserverstärkter Polyamid-Schnappkäfig (PA 66 H) eingesetzt, der unter Montageaspekten und tribologischen Aspekten ausgewählt wurde. Nach Durchführung der ersten Versuche zeigte die a-C: H: Me-Schicht in Kombination mit Keramikkugeln sehr gute Ergebnisse in Bezug auf die Gebrauchsdauer, woraufhin diese für weitere Versuche auch auf den Stahlkugeln abgeschieden wurde. Diese beschichteten Kugeln wurden zum einen gegen unbeschichtete Ringe und zum anderen im Selbstkontakt mit a-C: H: Me-beschichteten Ringen getestet. Die sich ergebenden Beschichtungs-Kugel-Kombinationen sind in Bild 1 dargestellt. In Tabelle 1 sind wesentliche Eigenschaften der vier Schichtsysteme aufgeführt. Die Charakterisierung erfolgte auf flachen Probekörpern, die in jeder Charge mit beschichtet wurden. Die Werte entsprechen für jedes Schichtsystem jeweils Mittelwerten aus mehreren Messungen auf einem Probekörper. Die Schichtdicke wurde mittels Kalottenschleifverfahren nach DIN EN ISO 26423: 2016-11, die Haftung durch Rockwell-Eindringprüfung nach DIN 4856, die Rauheit über das Tastschnittverfahren nach DIN EN ISO 4288: 1998-04 und die Mikrohärte durch instrumentierte Eindringprüfung nach DIN EN ISO 14577 4: 2017-04 ermittelt. Die Werte für die Schichtdicke liegen bei allen Schichtsystemen unterhalb von 2 µm, wobei die Graphitschicht am dünnsten ist und die MoS 2 : Ti-Schicht den größten Wert aufweist. Die Haftung ist bei den kohlenstoffbasierten Schichten sehr gut mit HF1 und lediglich leichten Rissen um den Eindruck. DIN 4856 regelt den Anwendungsbereich für Kohlenstoffschichten und andere Hartstoffschichten, Festschmierstoffschichten liegen außerhalb dieses Bereichs. Eine Bewertung der MoS 2 : Ti-Schicht nach dieser Norm würde zu einem Wert von HF6 führen, somit wäre sie bezüglich der Zuverlässigkeit der Haftung in der Anwendung nicht zu empfehlen. Bei der Mikrohärte zeigt sich, dass die zwei amorphen Kohlenstoffschichten gegenüber den Festschmierstoffen hohe Werte aufweisen, wobei die nichtmetallmodifizierte Kohlenstoffschicht am härtesten ist. Aus Wissenschaft und Forschung 35 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 Bild 1: Getestete Kombinationen der (beschichteten) Ringe und der (beschichteten) Kugeln Schichtsystem Schichtdicke in µm Haftung Rauheit Rz in µm Mikrohärte H IT in GPa Graphit 0,73 HF1 0,26 9,2 MoS 2 : Ti 1,92 *) 0,43 1,5 a-C: H: X 1,15 HF1 0,32 18,9 a-C: H: Me 1,55 HF1 0,26 14,1 *) Festschmierstoffschichten wie MoS 2 : Ti liegen außerhalb des Anwendungsbereichs von DIN 4856. Tabelle 1: Eigenschaften der vier untersuchten Schichtsysteme, gemessen auf flachen beschichteten Probekörpern TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 53 Seite 35 anderen drei Versuchen mindestens ein Lager schon früher aus. Dies äußert sich in dem deutlichen Anstieg im Reibungsmomentverlauf, wodurch das Erreichen von 0,5 Nm zum Abschalten des Versuchs führt. Die kürzeste Laufzeit beträgt lediglich 18 h. In den Diagrammen in Bild 3 ist für alle Beschichtungs-Kugel-Kombinationen der Screening-Versuchsreihe mit unbeschichteten Kugeln jeweils nur noch ein Versuch exemplarisch dargestellt. Dabei entspricht der dargestellte Versuch dem Median der erzielten Gebrauchsdauern für die Versuchskombination. Im Falle der in Bild 2 dargestellten Versuchsreihe mit der a-C: H: X-Schicht auf den Ringen und Si 3 N 4 -Kugeln ist dies der Versuch Aus Wissenschaft und Forschung 36 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 Für die Auswertung der Versuche werden die Summenreibungsmomente M R der Versuchsläufe über der Laufzeit t in Diagrammen aufgetragen und analysiert. Der Verschleiß in den Laufbahnen der Ringe und gegebenenfalls auf den Kugeln wird qualitativ mithilfe eines Lichtmikroskops (Leica DM2500 M) bewertet. Für topologische Untersuchungen wird ein Laserrastermikroskop (Keyence VK-X260K) verwendet und Elementanalysen werden mittels eines Rasterelektronenmikroskops (Zeiss Crossbeam 1540EsB) durch energiedispersive Röntgenspektroskopie durchgeführt. Ergebnisse und Diskussion In [9] wurden bereits Ergebnisse der Versuche mit den amorphen Kohlenstoffschichten auf den Ringen mit Stahl- und Keramikkugeln als Gegenkörper aufgezeigt, in [10] ergänzt um die Versuche mit beschichteten Kugeln. Im Folgenden werden die Erkenntnisse aus sämtlichen Versuchen, also zuzüglich der zwei Festschmierstoffschichten, aufgezeigt und insbesondere auch auf die Wiederholbarkeit der Ergebnisse näher eingegangen. Bild 2 zeigt alle Verläufe der Summenreibungsmomente M R der Versuche mit a-C: H: X-beschichteten Ringen und Keramikkugeln aufgetragen über der Zeit t mit den jeweils erreichten Versuchsdauern. Dabei fällt auf den ersten Blick auf, dass sich die Versuchsdauern sehr unterschiedlich verhalten. Während bei zwei Versuchen die Mindestanforderung von 168 h erfüllt ist, fällt bei den Bild 2: Verläufe der Summenreibungsmomente MR über der Zeit t der Versuchsreihe mit a-C: H: Xbeschichteten Ringen und Keramikkugeln Bild 3: Für jedes Schichtsystem (Graphit, MoS 2 : Ti, a-C: H: X, a-C: H: Me) ist der jeweilige Median der Gebrauchsdauern pro Versuchskombination mit Stahl- und Keramikkugeln sowie zum Vergleich ein Verlauf einer unbeschichteten Hybridlagerpaarung (grau) dargestellt TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 36 mit der Laufzeit von 77 h. Allerdings wird durch die sehr unterschiedlichen Verläufe auch deutlich, dass ein einzelner Versuch nicht zwangsweise repräsentativ für die gesamte Beschichtungs-Kugel- Kombination ist. Dies wird anhand Bild 4 noch diskutiert. In Bild 3 repräsentiert ein Diagramm ein Schichtsystem, jeweils ein Versuch mit Stahlkugeln und einer mit Keramikkugeln als Gegenkörper. Darüber hinaus ist in grau zum Vergleich ein Referenzversuchslauf unbeschichteter Hybridlager (Ringe: 100Cr6, Kugeln: Si 3 N 4 , Käfig: PA 66 H) aufgetragen. Das typische Einlaufverhalten, bei dem es zu Beginn des Versuchs zu einem höheren Reibungsmoment kommt, ist im Allgemeinen nur sehr gering ausgeprägt. Anschließend wird bei den beschichteten Versuchsreihen ein stationärer Zustand erreicht, in dem sich das Reibungsmoment weitgehend konstant verhält. Ein Ausfall der Lager, der durch den Anstieg im Reibungsmomentverlauf ersichtlich ist, tritt bei allen Versuchsreihen auf, außer bei den Serien mit a-C: H: Me- und den MoS 2 -beschichteten Ringen jeweils mit Keramikkugeln. Das Reibungsmoment bei dem Versuchslauf mit der Molybdändisulfid-Schicht steigt zwar über den Grenzwert an, allerdings mit einem flacheren Verlauf. Darüber hinaus wird kurzzeitig ein zweites stationäres jedoch höheres Niveau erreicht. B IRKHOFER erklärt dies mit einer Erholung, die das Lager erfährt, wenn bereits verschlissene Kontaktstellen beim Überrollen wieder mit noch in den Laufbahnen vorhandenen Schmierstoffpartikeln beschichtet werden [11]. In Bild 4 sind in einem W EIBULL -Diagramm die Gebrauchsdauer-Ergebnisse der untersuchten acht Versuchsreihen eingetragen. Aufgetragen ist hierbei die Ausfallwahrscheinlichkeit F(t) über der Ausfallzeit t unter Berücksichtigung der Sudden-Death-Prüfung mit Zeitlimit. Ein Konfidenzintervall wird aufgrund des kleinen Umfangs an Versuchsergebnissen nicht angegeben. Die Steigung der an die Datenpunkte angenäherten Geraden gibt dabei Auskunft über die Aussagekraft des oben dargestellten Medians in Bezug auf die restlichen Gebrauchsdauern der jeweiligen Versuchskombination. Die zwei blauen Geraden der Versuche mit der a-C: H: X-Schicht auf den Ringen und Stahlbeziehungsweise Keramikkugeln weisen die flachsten Steigungen mit Werten b ≤ 1 auf und fallen damit in die Kategorien der Frühbeziehungsweise Zufallsausfälle. Offensichtlich streuen die Gebrauchsdauerergebnisse hier stark. Im Gegensatz dazu verlaufen die Geraden der MoS 2 : Ti-Versuchsreihen sowie die a-C: H: Me- und Graphitbeschichteten Ringe mit Stahlkugeln sehr steil mit einem maximalen Wert von b = 9,4 für die Graphit- Versuche. Hier liegen die Ergebnisse der Laufzeiten sehr nahe beieinander und die Wahl des Medians stellt einen repräsentativen Versuch der jeweiligen Versuchsreihen dar. Bei der Kombination mit der metallhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht im Kontakt mit den Si 3 N 4 -Kugeln kommt es während der gesamten Versuchsdauer zu keinerlei Anstieg im Reibungsmoment und somit zu keinen Ausfällen durch Erreichen der Gebrauchsdauer. Für die Darstellung dieser Ergebnisse im W EIBULL -Diagramm musste eine Ausfallsteilheit angenommen werden, die mit einem Wert von b = 5 an die Versuche mit Stahlkugeln angeglichen wurde. Aufgrund der in dieser Versuchsreihe gezeigten guten Gebrauchsdauerergebnissen wird das a-C: H: Me-Schichtsystem in weiteren Versuchen vertieft. Einerseits werden zur statistischen Absicherung der Ergebnisse die Versuche mit den Keramikkugeln wiederholt, andererseits wird die Kohlenstoffschicht auch auf den Kugeln appliziert und mit unbeschichteten Ringen sowie im Selbstkontakt getestet. In Bild 5 sind die Ergebnisse der erweiterten Versuchsserie dargestellt. Auch hier ist wieder jeweils der Median in Bezug auf die erzielten Versuchsdauern für jede Beschichtungs-Kugel-Kombination dargestellt. In gelb ist ein typischer Verlauf für a-C: H: Me-beschichtete Kugeln und unbeschichtete Ringe dargestellt, orange zeigt die komplett beschichtete Variante, hellrot zum Vergleich den oben gezeigten exemplarischen Verlauf der Screening-Versuche mit Keramikkugeln und in dunkelrot den Wiederholversuch davon. Aus Wissenschaft und Forschung 37 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 Bild 4: W EIBULL -Diagramm der Screening-Versuchsreihe mit unbeschichteten Kugeln TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 37 kelrote Kurve zeigt dabei wieder die Versuchskombination der a-C: H: Me-Schicht mit Keramikkugeln der zweiten Charge (siehe Bild 5) und die hellrote Kurve den Wiederholversuch aus der dritten Charge. Ebenso entspricht die orange Kurve dem bereits oben dargestellten Versuchslauf und die gelbe Kurve der neuen Charge mit a-C: H: Me-beschichteten Ringen und Kugeln. Hier zeigen sich jeweils sehr ähnliche Verläufe der zweiten und dritten Beschichtungscharge der zwei Beschichtungs-Kugel-Kombinationen in Bezug auf die Gebrauchsdauern im Vergleich untereinander. Auch hier sind zum Teil wieder höhere Werte bei den Rauheitsmessungen aufgetreten, bei der Härte zeigen sich jedoch keine Auffälligkeiten. Allerdings wird die Haftung bei dem Probekörper einer Außenringcharge nur mit HF2 bewertet. Eine Erklärung zu den unterschiedlichen Ergebnissen der Gebrauchsdauern in der Screening-Versuchsreihe und den zwei Wiederholungsserien könnte in der Reinigung Aus Wissenschaft und Forschung 38 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 Zwei Punkte sind auf den ersten Blick direkt ersichtlich. Erstens werden sehr gute Ergebnisse in Bezug auf die Gebrauchsdauer mit beschichteten Kugeln erzielt, sowohl mit unbeschichteten Ringen (gelb) als auch im Schicht-Schicht-Kontakt (orange). Und zweitens entsprechen die Ergebnisse der Wiederholversuche mit Keramikkugeln nicht den zuvor erzielten Werten. Bei den Versuchen mit den beschichteten Kugeln fällt auf, dass die invertierte Kombination von a-C: H: Me gegen 100Cr6 bereits bei den Screening-Versuchen getestet wurde, allerdings mit deutlich kürzeren Gebrauchsdauern (siehe Bild 3/ rechts unten/ hellrote Kurve und Bild 5/ gelbe Kurve). Berechnungen des auf den Kugeln vorhandenen Schichtvolumens ergibt im Vergleich zu dem nutzbaren Schichtvolumen auf den Ringen in den Kontaktbereichen (am Innenring über den gesamten Umfang, am Außenring in der Lastzone) einen ca. fünffach so hohen Wert [10]. Unter der Annahme, dass die Gebrauchsdauer erreicht ist, wenn das Schichtvolumen abgetragen ist, korreliert dieser Faktor sehr gut mit den Werten für die Gebrauchsdauern. Bei qualitativer, mikroskopischer Analyse des Verschleißverhaltens zeigt sich einerseits ein gleichmäßiger Abtrag der Kugelschicht über die gesamte Oberfläche, als auch das erwartete Verschleißverhalten über den gesamten Umfang der Innenringe sowie in der Lastzone der Außenringe. Die Kombination der beschichteten Ringe und Kugeln zeigt über alle Versuche hinweg die niedrigsten Werte für die Reibung. Hierfür wird das arithmetische Mittel über die stationären Bereiche aller Versuchsreihen je Beschichtungs-Kugel-Kombination ermittelt. Als stationärer Bereich sind dabei alle Werte, bevor es zu einem verschleißinduzierten Anstieg des Reibungsmomentes kommt, definiert. Durch die spezielle Tribologie amorpher Kohlenstoffschichten kann es zu extrem niedrigen Reibungszahlen im Schicht-Schicht-Kontakt kommen. Aufgrund der Sättigung der freien kovalenten Bindungen der Kohlenstoffatome an der Oberfläche mit Wasserstoff und OH-Gruppen kommt es zu einer Passivierung der a-C: H: Me-Schichten auf den Ringen und den Kugeln [12]. Durch die Einwertigkeit des Wasserstoffs ist die chemische Affinität der Kontaktpartner zueinander und somit die adhäsive Komponente der Reibung minimiert [12]. Allerdings zeigen, wie bereits erwähnt, die Wiederholversuche im Vergleich zu der Screening-Versuchsreihe stark reduzierte Gebrauchsdauern auf. Eine getrennte Analyse der charakterisierten Eigenschaften auf den Probekörpern, zeigt zum Teil höhere Werte für die gemessenen Rauheitskennzahlen sowie niedrigere Werte bei den Härte-Prüfungen der zweiten Beschichtungscharge im Vergleich zur ersten. Aus diesem Grund wurden die zwei Versuchsreihen, mit Si 3 N 4 - und a-C: H: Mebeschichteten Kugeln, (noch) einmal wiederholt. Die Ergebnisse dieser Versuchsläufe im Vergleich zu den Kurven der zweiten Versuchsreihe sind wieder in Form des Versuchsdauern-Medians in Bild 6 dargestellt. Die dun- Bild 5: Mediane der Gebrauchsdauern der jeweiligen Versuchsläufe mit beschichteten Kugeln gegen unbeschichtete Ringe (gelb) sowie gegen beschichtete Ringe (orange) und des Wiederholversuchs der a-C: H: Mebeschichteten Ringe gegen Keramikkugeln (dunkelrot) im Vergleich zur ersten Versuchsserie (hellrot) Bild 6: Mediane der Gebrauchsdauern der jeweiligen Versuche der zweiten a-C: H: Me-Charge auf den Ringen (dunkelrot: Si 3 N 4 -Kugeln; orange: a-C: H: Me- Kugeln) und deren Wiederholversuche (hellrot: Si 3 N 4 - Kugeln; gelb: a-C: H: Me-Kugeln) TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 38 vor den Versuchen liegen. Nach dem Beschichtungsprozess wurden die entfetteten und beschichteten Lager montiert und in Korrosionsschutzpapier verpackt. Unmittelbar vor den Versuchen wurden die Prüflager einmal mit Isopropanol gespült, um gegebenenfalls noch vorhandene Verschmutzungen zu entfernen. Im Laufe des Versuchsprozesses wurde jedoch diese Reinigung umgestellt, um den Reinigungsprozess für jedes Lager möglichst identisch zu halten. Hierzu wurden die Lager nun in Isopropanol im Ultraschallbad für 10 min gereinigt. Eine Untersuchung, wie stark der Einfluss von Mikromengen an Schmierstoffen durch das Korrosionsschutzmittel im Trockenlauf auf die Gebrauchsdauer ist und ob dies die Ursache für die unterschiedlichen Ergebnisse der Versuchsreihen sein kann, steht an dieser Stelle noch aus. Zusammenfassung und Ausblick In dieser Arbeit sind Ergebnisse für beschichtete, trockenlaufende Radial-Rillenkugellager in Bezug auf ihre Gebrauchsdauer, ihr tribologisches Verhalten und die Wiederholbarkeit der Versuche vorgestellt worden. Als tribologisch wirksame Schichtsysteme wurden zwei Festschmierstoffe mit Schichtgitterstruktur und zwei wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten untersucht. Als Festschmierstoffe kamen Graphit und eine titandotierte Molybdändisulfidschicht zum Einsatz, während die Kohlenstoffschichten einmal mit einem Nichtmetall modifiziert und zum anderen mit einer Metalldotierung versehen wurden. Die vier untersuchten Schichtsysteme wurden auf den Innen- und Außenringen der Wälzlager aufgebracht und sowohl mit Stahlals auch mit Keramikkugeln als Gegenkörper auf einem Vier-Lager-Prüfstand getestet. In einer ersten Versuchsreihe hat die Beschichtungs-Kugel-Kombination mit der metallischen Kohlenstoffschicht auf den Ringen gegen Keramikkugeln die besten Ergebnisse in Bezug auf die Gebrauchsdauer erzielen können. Daraufhin wurde sie zusätzlich auf den Kugeln appliziert und im invertierten Fall mit unbeschichteten Ringen sowie im Schicht-Schicht-Selbstkontakt geprüft. Auch hier konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Neben den guten Gebrauchsdauerwerten haben sich im vollbeschichteten Lager sehr niedrige Reibungswerte im stationären Zustand eingestellt. Die Wiederholversuche mit Keramikkugeln konnten jedoch die Ergebnisse der Screening-Versuchsreihe nicht reproduzieren und die Lager sind deutlich früher mit einem Anstieg im Reibungsmomentenverlauf ausgefallen. Da die charakterisierten Eigenschaften Rauheit und Härte des a-C: H: Me-Schichtsystems der zweiten Versuchsreihe zum Teil schlechtere Werte als bei den Screening- Versuchen aufgewiesen haben, wurden die zwei Versuchsreihen mit den beschichteten Ringen noch einmal wiederholt. Mit der dritten Versuchsreihe ließen sich die Ergebnisse der zweiten Versuchsreihe reproduzieren. Eine mögliche Erklärung für den Unterschied zu der ersten Versuchsserie liegt in der Umstellung der Reinigung der Prüflager unmittelbar vor der Montage am Prüfstand. Mithilfe der Ultraschallbadreinigung sollte der Einfluss der Reinigung minimiert und eine reproduzierbare Durchführung der Reinigung gewährleistet werden. Eine weiterführende Untersuchung, ob dies die Ursache ist und wie stark der Einfluss von Mikromengen an Schmierstoffen im Trockenlauf ist, stellt den Ausblick auf die weiteren Arbeiten dar. Danksagung Diese Arbeit wurde vom Freistaat Bayern im Rahmen des Projekts Green Factory Bavaria sowie vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Projektes Poseidon II finanziert. Die Autoren danken Herrn Weber und Herrn Reinhardt von der FAU für ihre Unterstützung bei den Experimenten. Darüber hinaus gilt der Dank Herrn Dr. Kursawe, Frau Dr. Procelewska und Herrn Dr. Bagcivan von Firma Schaeffler Technologies AG & Co. KG für ihre Unterstützung und die Möglichkeit die Forschungsergebnisse zu veröffentlichen. Literatur [1] A. R. Lansdown, Hg., Molybdenum Disulphide Lubrication. Elsevier, 1999. [2] T. 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Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0030 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 39 Aus Wissenschaft und Forschung 40 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 Ausgangssituation Festlager-Laufrollenführungen können, aufgrund des inneren Aufbaus des Lagers und der Gestaltung des Außenmantels, Kräfte in radialer und axialer Richtung übertragen. Bild 1 zeigt den allgemeinen Aufbau der Führung (links) und verschiedene Profilgeometrien des Außenmantels (rechts). Diese Art der Führung eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel autonome, schienengebundene Transportsysteme, Erweiterung der Auslegung von Festlager-Laufrollenführungen bei trockenem Kontakt Jan Wenzel, Marcel Neu, Eckhard Kirchner* In der Automatisierung werden zunehmend schienengebundene Transportsysteme eingesetzt, deren Führungen mittels Festlagerlaufrollen, die sowohl axiale als auch radiale Kräfte übertragen, realisiert werden. Teilweise werden auch einzelne Rollen angetrieben. Dabei wird oftmals aufgrund kundenspezifischer Anforderungen auf Schmierung verzichtet, was zu einem Zielkonflikt in der Auslegung führt. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen der erhöhten Reibung auf die Spannungsverteilung des Laufrollen-Außenmantels und damit auch auf die Berechnung der Lebensdauer vorgestellt. Die Ausgangssituation wird zunächst anhand eines praktischen Beispiels beschrieben und anschließend wird durch eine analytische Rechnung die Grundlage zur Beschreibung des Problems aufgestellt. Die Berechnung der Spannungen im Bauteilinneren erfolgt mittels Finite-Element-Methode. Schlüsselwörter Wälzkontakt, Lebensdauer, Abrieb, ungeschmiert, Hertz’scher Kontakt In automatization rail-bound transport systems are used increasingly. The guideways are realized by track rollers that transmit both axial and radial forces. Some of the rollers can also act as drivers. Due to customer requirements, lubrication is often renounced, which leads to a conflict of requirements in the design process. In this paper, the influence of increased friction on the stress distribution of the roller outer shell and thus on the calculation of the time estimation are presented. Firstly the initial situation is described by means of a practical example, and afterwards an analytical calculation is used to formulate the basis for describing the problem. The calculation of the stresses inside the component is performed by means of a finite element method. Keywords rolling contact, durability, abrasion, non-lubricated, Hertzian contact Kurzfassung Abstract * Name Bild 1: Allgemeiner Aufbau einer Festlager- Laufrolle (links), Profilgeometrien des Außenmantels (rechts): a. Zweipunktkontakt mit Gotik-Profil, b. Linienkontakt mit konkavem, rundem, eingeschnittenem Profil, c. Zweipunktkontakt mit konvexem Profil * Jan Wenzel, M.Sc., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-2766-2114 Marcel Neu, M.Sc., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-9726-1383 Prof. Dr.-Ing. Eckhard Kirchner Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-7663-8073 Fachgebiet pmd TU Darmstadt, 64287 Darmstadt TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 40 da die Führungsfunktion mit nur wenigen Komponenten realisiert werden kann. Für einige Anwendungen kommt jedoch die Anforderung hinzu, dass auf Schmierstoff verzichtet werden muss. Unter anderem zeigte Birkhofer [1] bereits den gravierenden Einfluss erhöhter Reibung auf die Lebensdauer von feststoffgeschmierten Wälzlagern. Zur Berechnung der Lebensdauer von Wälzlagern wird die Wechselschubspannungs-hypothese (WSH) basierend auf der Arbeit von Palmgren und Lundberg [2] verwendet. Die resultierende Schubspannung wird über die Berechnung der Hertz’schen Pressung und der daraus resultierenden inneren Spannungsverteilung ermittelt. Auch konventionelle Auslegungen von Laufrollen wie sie von Kunz [3] oder Nölke [4] vorgestellt werden, verwenden die Hertz’sche Pressung als Kriterium. Broszeit [5] konnte nachweisen und Harris bestätigte [6], dass beim Auftreten zusätzlicher Schubspannungen an der Oberfläche eines Hertz’schen Kontakts die innere Spannungsverteilung stark beeinflusst wird. Die Wechselschubspannung bleibt davon jedoch unbeeinflusst, weshalb die Gestaltänderungsenergiehypothese (GEH) verwendet werden sollte. Im Rahmen eines Entwicklungsprojekts wurden für verschiedene Materialpaarungen erste Versuche durchgeführt, welche zeigten, dass bereits sehr früh Verschleißerscheinungen am Außenmantel der Laufrollen auftreten. Die untersuchten Materialpaarungen sind im Speziellen: • Stahl-Laufrollen mit Polyamid 6 (PA6)- und glasfaserverstärkte PA6-Schienen • Polyoxymethylen (POM)-Laufrollen mit hartanodisierten Aluminiumschienen • Polyurethan (PU)-Laufrollen mit hartanodisierten Aluminiumschienen Exemplarisch sind in Bild 2 die Ergebnisse des Materialabtrags der PU- und POM-Laufrolle dargestellt. Beide wurden radial mit einer Last von F rad = 260 N belastet, was eine übliche Vorspannung der Transportsysteme darstellt. Dabei zeigte sich für die Laufrolle aus PU ein vergleichsweise hoher Materialabtrag (über 0,02 g bei ca. 200.000 Überrollungen; der negative Abtrag ist auf eine zunächst vorliegende Partikelaufnahme zurückzuführen) wohingegen die Laufrolle aus POM einen deutlich geringeren Abtrag aufweist (ca. 0,015 g bei ca. 500.000 Überrollungen). Diese Beobachtungen werden nicht durch die oben vorgestellten Auslegungen von Laufrollen berücksichtigt, was wiederum folgende Fragestellungen aufwirft: Welches Versagenskriterium sollte verwendet werden? Wie kann das Verhalten der ungeschmierten Laufrollen erfasst und beschrieben werden? Erfassung der schädigungsrelevanten Effekte im Kontakt Um beurteilen zu können, welches Versagenskriterium sich zur Lebensdauerprognose eignet, ist es notwendig, den Kontakt zwischen Laufrollenaußenmantel und Führungsschiene differenziert zu betrachten. Dabei werden zunächst alle Effekte betrachtet, die Einfluss auf die Spannungen im Bauteil nehmen und damit zur Schadensentwicklung beitragen. Bei statischer Belastung sind das Normalkräfte und Tangentialkräfte aufgrund der besonderen geometrischen Gestaltung des Außenmantels. Im dynamischen Betrieb kommen noch Rollreibung, Differentialschlupf und bei angetriebenen Rollen zusätzlicher Schlupf beim Anfahren und Abbremsen hinzu. Des Weiteren führen Gleitanteile im Kontakt zu einem Materialabtrag. Dieser wird zum einen durch Schlupfanteile während der Bewegung und durch Differentialschlupf hervorgerufen. Aus Wissenschaft und Forschung 41 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 Bild 2: Diagramm des Massenabtrags und Verschleißerscheinungen einer PU- und einer POM-Laufrolle unter einer Radialkraft von F rad = 260 N TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 41 Zunächst muss noch geprüft werden, ob vollständiges oder partielles Gleiten im Kontakt vorliegt. In Bild 4 ist zu erkennen, dass eine Tangentialkraft in einem Hertz’schen Kontakt einen äußeren Gleitbereich mit dem Radius a und einen inneren Haftbereich mit dem Radius c hervorruft. Die Schubspannungsverteilung ergibt sich aus der Überlagerung der beiden Schubspannungen τ = τ (1) + τ (2) . Je größer die Tangentialkraft wird, desto kleiner wird der Radius c des Haftbereichs, bis schließlich vollständiges Gleiten vorliegt (c = 0), sodass für die Verteilung der Schubspannungen die Beziehung τ = μ∙p gilt. Diese wird also nur mit Hilfe der Verteilung der Hertz’schen Pressung p und dem Reibungskoeffizienten μ gebildet. [7] Um entscheiden zu können, ob partielles oder vollständiges Gleiten vorliegt, wird eine Bedingung zur Überprüfung des Gleitzustands benötigt. Diese wird hier exemplarisch an einer kreisförmigen Kontaktfläche hergeleitet. Die Verschiebung einer kreisförmigen Kontaktfläche in tangentiale Richtung wird allgemein beschrieben mit: (1) Hierin ist ν die Querkontraktionszahl, p max die maximale Hertz’sche Pressung und G der Schubmodul. Zur Über- # $ = % & = (2 − ))+ " ,-$ 8./ (/ 0 − 1 0 ) Aus Wissenschaft und Forschung 42 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 Im Folgenden sollen die zusätzlichen Tangentialkräfte bei statischer Belastung genauer betrachtet werden, da diese einen wesentlichen Unterschied gegenüber den Belastungen von zylindrischen Laufrollen darstellen. Die vorgestellten Überlegungen wurden für Laufrollen mit Gotik-Profil mit der Materialpaarung Stahl/ Stahl aufgestellt, da diese Materialkombination am häufigsten in der Literatur gefunden werden kann und dadurch leichter Vergleiche möglich sind. Die Ergebnisse können auch auf andere Materialpaarungen übertragen werden. [7] Übertragung einer Radialkraft an einer Laufrolle mit Gotik-Profil In diesem Beitrag wird die Übertragung der Radialkraft genauer betrachtet. Wie in Bild 3, links erkennbar, werden durch diese Kraft im Kontakt Normal- und Tangentialkräfte hervorgerufen. Die Grundlage des Rechenwegs stellt immer das Normalkraftproblem mit der Lösung von Hertz da. Die Lösung des Tangentialkraftproblems kann mit dieser superponiert werden. [7] An dieser Stelle soll der Kraftübertragungswinkel α eingeführt werden, der eine konstruktive Größe der Laufrolle darstellt. Bild 3, rechts zeigt die Verschiebungen in Normalδ N und Tangentialrichtung δ T aufgrund der radialen Verschiebung v. Bild 3: Laufrolle mit Gotik-Profil unter Radialbelastung (links) und Verschiebung der Kontaktpunkte unter Radiallast (rechts) Bild 4: Partielles Gleiten einer kreisförmigen Kontaktfläche einer Laufrolle TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 42 prüfung des Kontaktzustands wird genau die Tangentialkraft benötigt, für die gerade vollständiges Gleiten eintritt [7]: (2) Der Radius a ist abhängig von der Normalkraft und kann nach den Gleichungen von Hertz [8] bestimmt werden: (3) Dabei ist ξ ein von den Krümmungsverhältnissen abhängiger Beiwert, der aus Tabellen entnommen werden kann, E der Elastizitätsmodul und ∑k die Summation aller Krümmungsradien. Die Normalkraft kann wiederum mit Hilfe der Verschiebung beschrieben werden: (4) Der Beiwert ψ/ ξ ist ebenfalls von den Krümmungen abhängig und kann aus Tabellen entnommen werden. [8] Abschließend werden nur noch die geometrischen Zusammenhänge der radialen Verschiebung v benötigt. Diese sind in Bild 3, rechts dargestellt. Es wird hier die Annahme getroffen, dass die Veränderung des Winkels Δα = α 1 α 0 zu vernachlässigen ist, da auch die Verschiebung deutlich kleiner als der Radius der Führung ist (v ≪ r). Somit gilt α = α 0 = const., was zu folgendem geometrischen Zusammenhang zwischen der Verschiebung in Richtung der Normalen und in Tangentialrichtung führt: (5) # $ = % & = 3(2 − )) 4 5 16./ / = 9 : 3(1 − ) 0 ) ; ∑< > ∙ 4 ? @A 4 5 = 1 CD9 E A0 ∙ F9∑<(1 − ) 0 ) 0 8; 0 H ∙ % ? A0 tan() = " # " $ Da eine kreisförmige Kontaktfläche betrachtet wird, gelten für die Hilfswerte ξ = 1 und ψ/ ξ = 1. Einsetzen in die Gleichung (2) und Umformen zeigt, dass der Winkel α für den gerade vollständiges Gleiten einsetzt, nur von Materialkonstanten und dem Reibungskoeffizienten abhängig ist. Dieser Winkel wird als Grenzwinkel α Grenz definiert: (6) Für die aktuellen Untersuchungen kann davon ausgegangen werden, dass der Reibungskoeffizient μ < 0,5 ist, sodass für das vorliegende Beispiel der Winkel α =30° >α Grenz = 18,8° ist, was wiederum bedeutet, dass mit vollständigem Gleiten gerechnet werden kann. Die zu lösenden Gleichungen ergeben sich damit lediglich aus den Kräftegleichgewichten in radialer (7) und axialer (8) Richtung (Vgl. Bild 3, links): (7) (8) und der Coulomb’schen Reibung F Ti = μ ∙ F Ni , was zu folgendem Ergebnis führt: (9) In Bild 5 sind die Kontaktkräfte über den Reibungskoeffizienten für eine Radialkraft von F rad = 200 N dargestellt. Anhand der Kräfteverteilung wird deutlich, dass bei steigendem Reibungskoeffizienten ein Teil der äußeren Kraft über die tangentialen Kräfte im Kontakt übertragen wird. Da dieser Anteil nicht zu vernachlässigen ist, wird darauf aufbauend nun die resultierende Spannungsverteilung betrachtet.  '*+,- = arctan 018 ∙ 34 ∙ 2 − 7 1 − 7 9 ∙ : ; cos()C $D + cos()C $9 + sin()C #D + sin()C #9 = C *FG sin()C $D − sin()C $9 − cos()C #D + cos()C #9 = 0 C $D = C $9 = C *FG 2[cos(I) + : ∙ sin()] Aus Wissenschaft und Forschung 43 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 Bild 5: Kontaktkräfte über Reibungskoeffizienten für F rad = 200 N TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 43 In Bild 7 sind die maximale Pressung, die Vergleichsspannungen im inneren des Körpers und an der Oberfläche sowie die Wechselschubspannung über den Reibungskoeffizienten aufgetragen. Anhand des Diagramms kann erkannt werden, dass ungefähr bei einem Reibungskoeffizienten von μ ≈ 0,3 das Vergleichsspannungsmaximum an der Oberfläche und im Bauteilinneren gleich groß werden. Die Wechselschubspannung sinkt, was auf die verringerte Normalkraft zurückgeführt werden kann. Für andere Außenmantelgeometrien ist der Einfluss der Reibung aufgrund der geometrischen Besonderheit weniger ausgeprägt. In Bild 8 sind die Spannungsverteilungen von Laufrollen mit einem anderen konkaven, runden Profil (Linienkontakt, Vgl. Bild 1 b.) und einem konvexen Profil (Punktkontakt mit r Außen = +400 mm, Vgl. Bild 1 c.) dargestellt. Für Profil b. liegt die maximale Spannung ohne Berücksichtigung der Reibung (links) am Rand des Kontakts in Richtung der Laufrollenmitte. Wird die Reibung mit berücksichtigt (rechts) findet eine Vergleichmäßigung der Spannungsverteilung statt. Auch das Spannungsmaximum sinkt. Profil c. weist ebenfalls eine abweichende Spannungsverteilung auf. Der im Vergleich zum Gotik-Profil stark abweichende Radius am Außenmantel führt zu einem ausgeprägten elliptischen Kontakt. Die Veränderungen Aus Wissenschaft und Forschung 44 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 Spannungsverteilung im Kontakt aufgrund der geometrischen Besonderheit Die Spannungsverteilung unterhalb der Oberfläche kann mit Hilfe von Potentialfunktionen aus den Spannungsverteilungen an der Oberfläche ermittelt werden, welche somit die Randbedingungen darstellen. Für einige Sonderfälle, wie zum Beispiel eine gleitende Kreisfläche unter Hertz’scher Pressung, wurden bereits geschlossene Lösungen aufgestellt [9, 10, 11]. Für den hier vorliegenden Fall kommen diese Lösungen jedoch nur als Näherung in Frage, da die Kontaktfläche im Allgemeinen eine elliptische Form aufweist. Eine Berechnung der Spannungen mit Hilfe der Finiten- Elemente-Methode liefert vergleichbare Ergebnisse. In Bild 6 ist zu erkennen, dass die Spannungsverteilung der Gestaltänderungsenergie-Hypothese mit steigendem Reibungskoeffizienten deutlich verändert wird. Für den reibungsfreien Fall liegt die maximale Vergleichsspannung nach der GEH noch bei σ v,GEH ≈ 454 MPa im inneren der Bauteile. Bei einem Reibungskoeffizienten von μ = 0,6 liegt die Spannung jedoch bei σ v,GEH ≈ 494 MPa an der Oberfläche des Bauteils. Die Indizierung der Radien orientiert sich an Kunz [3] und ist relevant für die Berechnung der Hertz’schen Pressung. Die relevante Schubspannung zur Berechnung der Wechselschubspannung bleibt von der Veränderung des Reibungskoeffizienten quasi unbeeinflusst (Schnitt A-A). Bild 6: Spannungsverteilung im Kontakt TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 44 der maximalen Vergleichsspannung sind daher deutlich geringer. Vor allem an den Rändern des Kontakts wird der Einfluss der Reibung sichtbar. Beide Geometrien können nicht mit der oben vorgestellten analytischen Berechnung beschrieben werden. Die konventionelle Berechnung der Lebensdauer berücksichtigt keine Reibung. Aus diesem Grund muss die Prognose der Lebensdauer entsprechend angepasst werden. Hierzu werden die Simulationsergebnisse, ähnlich dem Vorgehen von Pape [12], mit zur Berechnung genutzt. Erweiterung der Lebensdauerberechnung Basierend auf der Spannungsverteilung der Laufrollen mit Gotik-Profil können nun Rückschlüsse auf die Lebensdauer gezogen werden. Broszeit [4] hat bereits ge- Aus Wissenschaft und Forschung 45 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 Bild 8: Spannungsverteilung für die Reibwerte μ = 0 und μ = 0,4 für Außenmantel-Profil b. (oben) und Außenmantel-Profil c. (unten) für eine Radialbelastung F rad = 200 N Bild 7: Verlauf der der Hertz’schen Pressung und inneren Spannungen über den Reibungskoeffizienten TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 45 Für weitere experimentelle Untersuchungen muss die Tatsache berücksichtigt werden, dass während der gesamten Lebensdauer Material an der Oberfläche abgetragen wird. Aus diesem Grund könnten erste Anrisse bereits frühzeitig abgetragen werden, sodass das eigentliche Risswachstum von außen nach innen nicht unbeeinflusst stattfinden kann, was damit wiederum zu abweichenden Lebensdauern führen kann. Bild 10 zeigt den schematischen Materialabtrag einer gewöhnlichen Gleitpaarung. Dieser kann auf die beschriebene Problemstellung der Ausgangssituation übertragen werden. Es erscheint daher zielführend, den Materialabtrag als auslegungsrelevante Größe, ähnlich Aus Wissenschaft und Forschung 46 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0031 zeigt, dass die Änderung der Spannungsverteilung keinen Einfluss auf die Wechselschubspannung hat, was demzufolge bedeutet, dass die errechnete Lebensdauer bei Verwendung dieser Hypothese unverändert bleibt. In Tabelle 1 werden die errechneten Werte in Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten gegenüber gestellt. Zur Bestimmung der Lebensdauer stehen somit also zwei Werte zur Verfügung. Es empfiehlt sich daher, mit beiden Spannungswerten die Lebensdauer zu bestimmen und diese dann anschließend zu vergleichen. Dies wird in Bild 9 schematisch dargestellt. Als Grundlage dient die Wöhlerlinie des entsprechenden Werkstoffs. Liegt das Maximum der Vergleichsspannung an der Oberfläche, so kann das Risswachstum an der Oberfläche beginnen und ins Bauteilinnere hineinwachsen. [13] Die Risse aufgrund der Wechselschubspannungen wachsen bekanntermaßen hingegen von innen nach außen. Die Verwendung der GEH stellt gegenüber der WSH die konservative Auslegung dar.  =  = , !  = , " GEH 0,65 ∙ $ %&' 0,70 ∙ $ %&' 0,74 ∙ $ %&' WSH 0,44 ∙ $ %&' 0,45 ∙ $ %&' 0,46 ∙ $ %&' Tabelle 1: Vergleichsspannungen in Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten (GEH = Gestaltänderungsenergiehypothese, WSH = Wechselschubspannungshypothese) Bild 9: Schematische Darstellung der Wöhlerlinie Bild 10: Schematischer Verlauf des Materialabtrags, In Anlehnung an [14] TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 46 wie bei feststoffgeschmierten Wälzlagern [14], einzuführen. Ist der Einlaufverschleiß bekannt, dann kann mit Hilfe eines experimentell ermittelten Kennwertes der Abtrag pro Umdrehung bestimmt werden, was der Steigung Δh/ Δn während des konstanten Verschleißbereichs entspricht. Somit kann ein Schätzwert des Abtrags h ges berechnet werden: (10) Hierbei ist h E der Verschleiß während der Einlaufphase, n max die Umdrehungen bis zur Erreichung der Lebensdauer und n E die Anzahl der Umdrehungen der Einlaufphase. Fazit und Ausblick Die Untersuchungen zeigen, dass für ungeschmierte Festlagerlaufrollenführungen keine pauschale Aussage über die Lebensdauer getroffen werden kann, da aufgrund der veränderten Spannungsverteilung durch den Einfluss der Reibung abweichende Vergleichsspannungswerte vorliegen. Aus diesem Grund sind weitere experimentelle Untersuchungen zum Verschleiß- und Ausfallverhalten notwendig. Besonders die Berücksichtigung des Abriebs sollte mit in die Auslegung der Führungen aufgenommen werden. Um die vorgestellten Rechnungen auf beliebige Problemstellungen anwenden zu können, muss die Verschiebung in tangentialer Richtung auf elliptische Flächen erweitert werden. Des Weiteren muss der Einfluss der Rollreibung berücksichtigt werden, wobei eine Auslegungsgleichung für zylindrische Laufrollen [15] bereits gezeigt hat, dass die resultierenden Tangentialkräfte deutlich kleiner sind als die Tangentialkräfte aufgrund der geometrischen Besonderheiten. Außerdem ist die Übertragung der Axialkraft noch von besonderem Interesse, da diese, ersten Berechnungen nach, einen erheblichen Einfluss auf die Spannungsverteilung aufweist. In zukünftigen Arbeiten muss noch ein Modell gefunden werden, dass den Materialabtrag der Kontaktpaarung beschreibt. ℎ ! "# = ℎ $ + ∆ℎ ∆ ∙ ( &') − $ ) Wir danken dem Land Hessen für die Förderung des Projekts Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 586/ 18-09) wird im Rahmen von Hessen ModellProjekte aus Mitteln der LOEWE - Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert. 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Die flexible Zusammensetzung aus Gittermatrix, Füllstoffgehalt und Additiven erlaubt eine maßgeschneiderte Abstimmung der Gleitlackeigenschaften auf definierte Anforderungsprofile. Da der Einsatz von Gleitlacksystemen als Alternative zum herkömmlichen Schmierstoff erst seit Kurzem zunehmend an Bedeutung gewinnt ist dieser in Hubmagnetsystemen noch weitgehend unerforscht [3]. Mittels Modellversuchen soll das Reibungs- und Verschleißverhalten von Gleitlacken bei variierenden Pressungen, Geschwindigkeiten, Temperaturen und Oberflächengüten der Kontaktpartner analysiert werden. Untersuchungsgegenstand ist ein mit Gleitlack beschichteter Stahlzylinder welcher die Eingriffsgeometrie und -oberfläche des Originalteils bestmöglich nachbildet. Als Gegenkörper wird eine Platte mit unterschiedlichen Oberflächengüten verwendet. Der Versuchsplan wird auf Basis eines DOEs durchgeführt. Dabei muss sichergestellt werden, dass es bei keiner Parameterkombination zu einem Fresser kommt. Gleichzeitig sollen einige Parameterkombinationen möglichst nahe am Fressbereich Aus der Praxis für die Praxis 48 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Einleitung Eine Studie von Bundesumweltministerium und Umweltbundesamt belegt, dass der Umwelt- und Klimaschutz einen immer höheren Stellenwert in unsrer Gesellschaft einnimmt [1]. Um zukünftige Klimaschutzziele erreichen zu können, gewinnen moderne Systeme zur Abgasnachbehandlung zunehmend an Bedeutung. Bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) sind Hubmagnetsystem und Schmierstoff hohen Anforderungen ausgesetzt. Dies können unter Anderem aggressive Medien, hohe Frequenzen oder Temperaturen sein [2]. Vorangehende Untersuchungen über Gleitlacke in tribologischen Systemen unter hoher Beanspruchung zeigen vielversprechende Erkenntnisse. Die Anwendungsgebiete von Gleitlacken gewinnen in den letzten Jahren stetig an Zuwachs. Gleitlacksysteme DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 Tribologische Betrachtung von mit Gleitlack beschichteten Hubmagnetsystemen Stefan Göllner, Thorsten Stöberl, Frank Mantwill* Für zukünftige Hubmagnetsysteme im Bereich der Abgasnachbehandlung soll die Anwendbarkeit von Gleitlacken und deren Wirkungsweise untersucht werden. Mittels eines DOE werden die wichtigsten Einflussfaktoren empirisch ermittelt. Dominierenden Einfluss auf Reibung und Verschleiß haben die Temperatur und Oberflächengüte des Gegenkörpers. Durch eine Erhöhung der Temperatur und Oberflächengüte können Reibung und Verschleiß signifikant reduziert werden. Die Temperatur infolge der Reibung am tribologischen Kontakt kann als Grund für ein Versagen der Gleitlackschicht ausgeschlossen werden. Schlüsselwörter Gleitlack, Beschichtung, Festschmierstoff, Hubmagnetsystem, Laststeigerung, Fressgrenze For future solenoid systems of gas exhaust aftertreatment systems, the applicability of bonded coatings and their mode of action will be investigated. A DOE is used to analyze the most important influencing factors. The temperature and surface quality of the counter body have a dominant influence on friction and wear. By increasing the temperature and surface quality, friction and wear can be significantly reduced. The temperature due to tribological contact friction can be ruled out as a cause of failure of the bonded coating layer. Keywords Bonded coating, Coating, Solid lubrication, Magnetic systems, Step tests, Scuffing border Kurzfassung Abstract * M.Sc. Stefan Göllner M.Sc. Thorsten Stöberl PS PS-ET/ ECS1 - Robert Bosch GmbH 70469 Stuttgart Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Mantwill Helmut Schmidt Universität - Universität der Bundeswehr Institut für Maschinenelemente und rechnergestützte Produktentwicklung, 22043 Hamburg TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 48 liegen um Erkenntnisse im Grenzbereich zu erlangen. Daher wird mittels Vorversuchen durch stufenweise Laststeigerung die Fressgrenze ermittelt [4]. Zielsysteme Aufgrund des einfachen mechanischen Aufbaus, des hohen Beschleunigungsvermögens bei kleinen Hüben und der guten Integrationsmöglichkeit werden Hubmagnetsysteme auch in der Abgasnachbehandlung immer relevanter. Moderne SCR-Systeme spritzen eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel in den Abgasstrang ein. Dabei kann die tribologische Kontaktstelle zwischen Hubmagnet und Gegenkörper vom Reduktionsmittel geschmiert werden oder im Falle einer Membranpumpe trocken laufen. Hubmagnetsysteme setzen sich wie in Bild 1 schematisch gezeigt aus Spulenkörper, Anker, Gegenkörper und Druckfeder zusammen [5]. Das tribologische System Hubmagnet und dessen Funktionsweise wird im Folgenden anhand des, von A LBERS und M ATTHIESEN entwickelten, C&C 2 -Ansatzes beschrieben [6]. S TÖBERL untersuchte mit diesem Ansatz erstmals Gestalt-Funktion-Zusammenhänge in SCR-Systemen [7]. Charakteristisch für Hubmagnetsysteme sind die zwei stabilen Positionen des Ankers zwischen denen die Gegenkräfte überwunden werden müssen. Im unbestromten Zustand befindet sich der Anker im unteren Totpunkt T u . Dabei wird eine vertikale Federkraft am Connector C 2 und eine horizontale Federkraft am Connector C 5 auf den Anker übertragen. Über die Bestromung der Spule wird ein Magnetfeld induziert, sodass die, am Connector C 1 vertikal angreifende, Magnetkraft die Federkraft übersteigt. Es erfolgt eine translatorische Bewegung des Ankers um Δx zum oberen Totpunkt T o . Durch die Kontaktierung am Dichtsitz wird der Stromkreis unterbrochen wodurch das Magnetfeld wieder abgebaut wird. Über die Feder erfolgt die Rückstellbewegung des Ankers in die Hubausgangsposition und der Stromkreis schließt sich erneut. Im bestromten Zustand übt das Magnetfeld am Connector C 3 zusätzlich eine Querkraft auf den Anker aus. Dies bewirkt eine Verkippung im Gegenkörper wodurch es am Connector C 4 zum tribologischen Kontakt zwischen Magnetanker und Gegenkörper kommt. Durch den fraktalen Charakter des C&C Ansatzes können die Funktionsrelevanten Wirkflächenpaare zwischen Anker und Gegenkörper im Detail C4 genauer identifiziert werden. In der vorliegenden Arbeit wird das Wirkflächenpaar zwischen Gleitlack am Anker und CNC-Schicht am Gegenkörper näher untersuch [5], [6], [7], [8], [9]. Aufbau und Anwendungen v on Gleitlacken Bei Gleitlacken spricht man von trockenen Schmierstofflösungen zum Verschleißschutz, welche den herkömmlichen Industrielacken im Aufbau sehr ähnlich sind. Sie kommen in erster Linie zur Anwendung, wo gängige Schmierstoffe wie Fette und Öle aufgrund ihrer Stoffeigenschaften nicht eingesetzt werden können oder versagen [3], [10]. Wie in Bild 2 dargestellt setzt sich eine Gleitlackschicht im Wesentlichen aus Festschmierstoffen, Bindemitteln, Aus der Praxis für die Praxis 49 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 C 3 C 2 C 4 C 2 C 5 C 4 non-energized energized C 1 Detail C 4 GNC Bonded coating GNC Bild 1: Schematische Darstellung der Wirkungsweise von Hubmagnetsystemen nach [5] Bild 2: Aufbau einer Gleitlackschicht nach [10] Lösemitteln und Additiven zusammen. Die schmierwirksamen Eigenschaften eines Gleitlackes werden maßgeblich durch den Festschmierstoff bzw. das Bindemittel definiert. Die Festschmierstoffpartikel werden durch Bindemittel in Form von Epoxid-, Acrylharzen, Silikaten oder Boraten zusammengehalten. Löse- TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 49 Druck- und Gleitbeanspruchung leicht aufeinander abgleiten können. Ein weiterer Vorteil von MoS 2 ist seine hohe thermische Stabilität. Diese ist unter Sauerstoffausschluss besonders stark ausgeprägt und beträgt langzeitig 650 °C. Für länger andauernde, tribologische Beanspruchungen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ist eine thermische Stabilität bis 350 °C gegeben. Ein Nachteil für die Anwendung von MoS 2 in Gleitlacken ist die Empfindlichkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit. In Vakuum können sehr niedrige Reibkoeffizienten bis zu 0,002 nachgewiesen werden, wohingegen sich die Reibzahl in Luft infolge der Tribooxidation auf Werte zwischen 0,1 und 0,2 erhöht. Die drei wichtigsten Reaktionsschritte hierzu sind in Gleichung 1-3 zusammengefasst [11], [12]. Polytetrafluorethylen oder auch als Teflon bekannt zeichnet sich durch seinen extrem niedrigen Reibkoeffizienten aus. Hierbei handelt es sich um ein linear aufgebautes, teilkristallines, thermoplastisches Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Der E-Modul von PTFE liegt zwischen 400 MPa und 750 MPa. Aufgrund seiner schwachen intermolekularen Bindungen bildet sich im Zuge der Relativbewegung zwischen den Kontaktkörpern ein dünner Transferfilm auf dem Gegenkörper aus. Folglich werden mit PTFE, unabhängig von der Luftfeuchtigkeit, sehr geringe Reibwerte bis zu μ < 0,01 erzielt. Zugleich sorgen die schwachen Bindungen für eine geringe Verschleißbeständigkeit. Außerdem fließt das vergleichsweise weiche PTFE bereits unter geringer Druckbeanspruchungen. Daher kommt es in reiner Form nur selten zur Anwendung [13]. Modellversuch Eine gute Möglichkeit um tribologische Systeme besonders flexibel, schnell und kostengünstig zu analysieren ist der Modellversuch. Dieser wird mit vereinfachten Probenkörpern auf Prüfmaschinen durchgeführt. Dabei lassen sich Streuungen durch Montage bzw. Fertigung minimieren und einzelne Einflussgrößen unabhängig voneinander untersuchen. Der Magnetanker wird im Modellversuch durch einen Zylinder aus identischem Werkstoff und identischer Kontaktgeometrie zum Realerzeugnis dargestellt. Ferti- Aus der Praxis für die Praxis 50 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 mittel sorgen bei der Applikation für eine gleichmäßige, dünne Schicht auf der Bauteiloberfläche. Hier kommt häufig Benzin, Ester oder auch Wasser zum Einsatz. Über die Zugabe von Additiven kann zusätzlich eine Feinoptimierung vorgenommen werden. Dies wird beispielsweise durch die Zugabe von Entschäumern, Korrosionsinhibitoren oder Netzmitteln erreicht. Eine zusätzliche Phosphat- oder Nitrierschicht kann zur besseren Haftung des Gleitlackes sowie zum Schutz des Grundmaterials vor korrosiven Angriffen beitragen [3], [10]. Gleitlacke ermöglichen eine trockene, leistungsfähige Schmierung und bieten im Vergleich zu konventioneller Schmierung mit Fett oder Öl eine konstante, flexible Schichtdicke. Durch die trockene Oberfläche gleitlackbeschichteter Bauteile können sowohl ein Schmierstoffablauf von der Reibstelle als auch eine Klebneigung bei der automatisierten Montage vermieden werden. Weiterhin unterstützen Gleitlacke den Einlauf hoch belasteter Maschinenelemente, erleichtern die Montage und gewährleisten in vielen Fällen eine wartungsfreie Lebensdauerschmierung. Der Hauptvorteil einer Gleitlackbeschichtung ist die Möglichkeit seine Performance durch eine flexible Zusammensetzung seiner Bestandteile auf ein gewünschtes Anforderungsprofil abzustimmen. TREMMEL spricht in seiner Arbeit sogar von maßgeschneiderten Beschichtungen oder „tailored coatings“ [8]. Um eine möglichst hohe Standzeit der Gleitlackbeschichtung zu erzielen muss eine gute Haftung der Lackschicht auf dem Substrat gewährleistet werden. Daher wird eine Oberflächenvorbehandlung des Grundmaterials benötigt. Die Aufrauung der Substratoberfläche kann mechanisch oder chemisch erzeugt werden. Seine Grenzen findet der Gleitlack bei Anwendungen mit einer Relativbewegung zwischen scharfkantigen Oberflächen und Spitzen. Diese wirken auf den Gleitlack wie eine Feile und führen zum vorzeitigen Ausfall des Systems [10]. Festschmierstoffe Festschmierstoffe sind maßgeblich für die Performance eines Gleitlackes verantwortlich. Zu den bekanntesten Festschmierstoffen zählen Molybdändisulfid MoS 2 und Polytetrafluorethylen PTFE. MoS 2 ist in der Schmierstoffindustrie aufgrund seiner hervorragenden Verschleißbeständigkeit weit verbreitet. Molybdändisulfid besteht aus einem Molybdänsowie zwei Schwefelatomen. Wie Bild 3 schematisch zeigt, ist MoS 2 lamellenförmig aufgebaut. Dabei entspricht eine Lamelle einer Lage von MoS 2 -Molekülen. Beim Übergang von Lamelle zu Lamelle stehen sich zwei Schwefelebenen gegenüber, die lediglich durch schwache VAN-DER- WAALS Kräfte zusammengehalten werden. Aufgrund der schwachen Wechselwirkungen zwischen den gegenüberliegenden Schwefelebenen ergibt sich eine geringe Scherfestigkeit, wodurch die einzelnen Lamellen bei DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 1µm = 1600 Slats Bild 3: Lamellarer Aufbau von Molybdändisulfid nach [12] TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 50 gungs- und Nachbearbeitungsschritte werden ebenfalls analog zum Realteil nachgebildet. Wie in Bild 4 zu sehen ist der Zylinder radial durch einen Klemmkeil und axial über eine Madenschraube in der Halterung verspannt. Durch Drehen des Prüfkörpers können an einem Zylinder mehrere Verschleißspuren erzeugt werden. Der Gegenkörper wird im Modell durch eine Platte abgebildet. Dabei werden Fertigungs- und Nachbearbeitungsschritte des Realteils ebenfalls bestmöglich nachgebildet. Mithilfe von Druckpapier und Fühlerleerbändern unterschiedlicher Stärken kann der Zylinder zur Platte ausgerichtet und ein sauberer Linienkontakt sichergestellt werden. Während der Versuche oszilliert der Zylinder mit einem Hub von 0,8 mm auf der fest verschraubten Platte. Die Normalkraft wird von der Unterseite pneumatisch aufgebracht. Außerdem können die Prüfkörper über Heizelemente temperiert werden. Um einen ausreichenden Korrosionsschutz gewährleisten zu können werden alle Modellkörper gasnitrocarburiert. Dabei wird die Randschicht mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert. Der Gleitlack wird mit einer Schichtdicke von 20 +/ - 5 µm auf die Zylinderoberfläche appliziert. Mit dem oben beschriebenen Prüfaufbau Zylinder-Platte kann der Linienkontakt des unverkippten Zylinders optimal nachgestellt werden. Im Realsystem kann es jedoch zur Verkippung des Zylinders in der Bohrung kommen. Dadurch ändern sich Kontaktfläche, Eingriffsverhältnis und Pressung des tribologischen Systems. Dieser Belastungsfall lässt sich durch zwei gekreuzte Zylinder realistischer nachstellen. Über die, in Bild 4 dargestellte Lochplatte kann der Kreuzungswinkel im Modellversuch in 15 Grad-Schritten flexibel variiert werden. In weiterführenden Untersuchungen soll der Einfluss der Verkippung und das damit einhergehend, geänderte Eingriffsverhältnis anhand des Aufbaus Zylinder-Zylinder mit variablem Kreuzungswinkel untersucht werden. Versuchsplan und -Ablauf Aus Vorangehenden Untersuchungen hat sich ein Gleitlack auf PTFE-Basis mit Polyamidimid-Matrix als besonders gut für das ungeschmierte Ziel-Hubmagnetsystem erwiesen. Die nachfolgenden Untersuchungen werden daher auf diesen Gleitlack beschränkt. Eine Methodik um mit möglichst wenig Versuchsaufwand besonders viel über die Zusammenhänge von Einflussvariablen und Ergebnissen zu erlangen ist die Auswertung mittels Design of Experiments (DoE). Untersucht wird der Einfluss der Parameter Normalkraft, Frequenz, Temperatur und Oberflächengüte auf die Zielgrößen Verschleißtiefe und Reibzahl. Die Stufen der jeweiligen Parameter können Tabelle 1 entnommen werden [14]. Um gewährleisten zu können, dass es bei keiner Parameterkombination des Versuchsplans zu einem Fresser kommt, wurde im Vorfeld die Fressgrenze des Gleitlackes bestimmt. Durch die Wahl eines D-optimalen Versuchsplanes können alle Parameterkombinationen die Oberhalb dieser Fressgrenze liegen ausgeschlossen werden. Ein weiterer Vorteil dieses Versuchsplans ist die freie Wahl von Anzahl und Schrittweite der Stufen. Außerdem ist der Versuchsplan jederzeit erweiterbar [4], [14]. Alle Versuche beginnen mit einer zwanzigminütigen Einlaufphase bei einer Frequenz von 10 Hz und einer Normalkraft von 20 N, um die Kontaktflächen einzuglätten und möglichst gleiche Ausgangsbedingungen bei Versuchsbeginn sicherzustellen. Anschließend startet der eigentliche Versuch mit den dazugehörigen Parametern über eine Dauer von 10.000s. Die errechneten Pressungen zu den Normalkräften aus Tabelle 1 liegen jeweils nach der Einlaufphase an und können sich durch zunehmenden Verschleiß über die Versuchszeit reduzieren. Aus der Praxis für die Praxis 51 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 Armature Counterpart Clamping wedge Armature Grub screw Angle adjustment Plate Bild 4: Aufbau Modellversuch Zylinder-Platte Tabelle 1: Parameter die im DoE untersucht werden Parameter Stufen Normalkraft 50N (46MPa); 90N (83MPa); 130N (120MPa) Frequenz 8Hz; 11Hz; 14Hz Temperatur 20°C; 40°C; 80°C Oberflächengüte Rz1; Rz2-3; Rz5-6 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 51 sich aus dem Mittelwert der Fresslasten abzüglich der doppelten Standardabweichung. Ergebnisse Ein Pareto-Diagramm zeigt die Absolutwerte der standardisierten Effekte geordnet vom größten zum kleinsten Effekt. Anhand einer Referenzlinie ist ersichtlich, welche Effekte statistisch signifikant sind. Bild 7 links zeigt die Pareto-Diagramme für die Verschleißtiefe bzw. die Reibzahl mit einem Signifikanzniveau α von 0,05. Daraus geht ein signifikanter Einfluss der Parameter Oberflächengüte, Normalkraft, Temperatur und der Wechselwirkung aus Temperatur+Oberflächengüte auf die Zielgröße Verschleißtiefe hervor. Für die Zielgröße Reibzahl ergeben Aus der Praxis für die Praxis 52 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Vorversuche Zur Bestimmung der Fresslasten werden Lastseigerungsversuche für unterschiedliche Temperaturen und Frequenzen durchgeführt. Dabei werden in allen Versuchen Gegenkörper mit einer Rauigkeit von Rz 5-6 µm verwendet, da diese dem kritischeren Fall entsprechen. Wie in Bild 5 gezeigt wird die Kraft nach der Einlaufphase stufenweise von 10 N beginnend jeweils um 20 N erhöht. Der sprunghafte Anstieg der Reibzahl über einen Grenzwert von 0,3 kann auf einer Laststufe nach einigen Sekunden dauernder Inkubationszeit erfolgen. Daher werden die Laststufen jeweils für 30 Minuten gehalten. Die Versuche brechen ab, sobald ein Wert von µ > 0,3 für mindestens eine Sekunde gemessen wird. Typischerweise liegt die Reibzahl bei Gleitlacken für den Verschleißmechanismus Fresser oberhalb einem Grenzwert von 0,3. Die Normalkraft, welche bei der vorletzten Stufe vor Versuchsabbruch anlag entspricht der Fresslast. Ein Vergleich der Fresslasten bei unterschiedlichen Temperaturen zeigt einen signifikant früheren Fressbeginn der Versuche bei Raumtemperatur im Vergleich zu den Versuchen bei 80 °C. Beispielsweise kommt es mit einer anliegenden Frequenz von 14 Hz und Raumtemperatur bereits bei 120 N bzw. bei einer Temperatur von 80 °C erst nach 210 N zum Schichtversagen. Bild 6 zeigt die errechneten Pressungen zum Fressbeginn über die jeweilige Frequenz bei Raumtemperatur bzw. bei 80 °C. Die rot aufgetragene Fressgrenze ergibt DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 Bild 5: Laststeigerungsversuche zur Ermittlung der Fresslast 0 10 20 30 40 50 60 5 7 9 11 13 15 17 Pressure [MPa] Frequency [Hz] Scuffing border RT 80°C Scuffing border DOE Bild 6: Fressgrenze bei Raumtemperatur bzw. bei 80 °C TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 58 Seite 52 sich nach Bild 7 rechts signifikante Einflüsse der Parameter Oberflächengüte, Temperatur, Frequenz und der Wechselwirkung aus Normalkraft+Oberflächengüte. Bild 8 zeigt Reibzahlverläufe für unterschiedliche Temperaturen bei einer Normalkraft von 50 N, einer Frequenz von 8 Hz und einem Rz-Wert des Plättchens von 5-6 µm. Daraus geht eine Reduzierung der Reibung mit zunehmender Temperatur hervor. Bei Raumtemperatur beträgt die mittlere Reibzahl beispielsweise 0,099, bei 80 °C nur noch 0,045. Weiterhin kann der Reibkoeffizient durch eine bessere Oberfläche des Gegenkörpers reduziert werden. Ähnliche Effekte zeigt die Zielgröße Verschleiß. Wie in Bild 9 ersichtlich kann der Verschleiß durch steigende Temperaturen reduziert werden. So kann beispielsweise eine Verschleißtiefe von 8,4 µm bei Raumtemperatur Aus der Praxis für die Praxis 53 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 Bild 8: Einfluss der Temperatur auf die Reibzahl T e r m A C B D B C A C D A D B C D 7 6 5 4 3 2 1 0 A N o r m a l k r a f t B F r e q u e n z C T e m p e r a t u r D O b e r f l ä c h e n g ü t e F a k t o r N a m e S t a n d a r d i s i e r t e r E f f e k t 2 , 5 7 1 P a r e t o - D i a g r a m m d e r s t a n d a r d i s i e r t e n E f f e k t e ( A n t w o r t i s t R e i b z a h l ; α = 0 , 0 5 ) P a r e t o - D i a g r a m o f s t a n d a r d i z e d e f f e c t s ( A n s w e r i s t h e C O F ; α = 0 , 0 5 ) S t a n d a r d i z e d e f f e c t s T e m p e r a t u r e S u r f a c e q u a l i t y F r e q u e n c y N o r m a l f o r c e + S u r f a c e q u a l i t y S t a n d a r d i z e d e f f e c t s T e r m B C B D B A D A C C A C D D 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A N o r m a l k r a f t B F r e q u e n z C T e m p e r a t u r D O b e r f l ä c h e n g ü t e F a k t o r N a m e S t a n d a r d i s i e r t e r E f f e k t 2 , 5 7 1 P a r e t o - D i a g r a m m d e r s t a n d a r d i s i e r t e n E f f e k t e ( A n t w o r t i s t V e r s c h l e i ß t i e f e ; α = 0 , 0 5 ) P a r e t o - D i a g r a m o f s t a n d a r d i z e d e f f e c t s ( A n s w e r i s t h e w e a r d e p t h ; α = 0 , 0 5 ) S t a n d a r d i z e d e f f e c t s Factor Name A Normal force B Frequency C Temperature D Surface quality Temperature Surface quality Normal force Temp.+Surface quality Bild 7: Pareto-Diagramm standardisierter Effekte für die Verschleißtiefe bzw. die Reibzahl 1,2 0,8 0,7 8,4 4,9 2,6 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 20°C 40°C 80°C Wear depth [µm] Temperature Rz2-3 Rz5-6 f = 8 Hz F N = 50N (Rz 5-6) Wear depth: 7,3 µm (Rz 2-3) Wear depth: 1,2 µm (Rz 1-2) Wear depth: 0,7 µm 0,51 µm 0,15 µm 0,21 µm Bild 9: Einfluss von Rauigkeit und Temperatur auf den Verschleiß TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 58 Seite 53 einzelner Rauigkeitsspitzen des Grundmaterials aus der Schichtoberfläche. In dieser Phase steigt die Reibung langsam an bis sich der Transferfilm am Gegenkörper abgetragen hat. Nun reibt Stahl auf Stahl und es kommt zum schlagartigen Anstieg des Reibkoeffizienten auf Werte größer 0,3. Zusammenfassung und Ausblick Um zusätzlich den Einfluss des Eingriffsverhältnisses, welches sich durch eine Verkippung des Ankers in der Bohrung ändert, zu Untersuchen sollen weitere Versuche mit dem Aufbau Zylinder-Zylinder bei variablem Kreuzungswinkel durchgeführt werden. Weiterhin muss der Einfluss von Luftfeuchtigkeit bzw. wässriger Harnstofflösung auf das tribologische Verhalten von Gleitlacken untersucht werden. Um die Verbesserten Eigenschaften von Gleitlacken bei erhöhten Temperaturen besser verstehen zu können müssen die intermolekularen Vorgänge im Lack bei Temperaturanstieg näher untersucht werden. Abschließend sollen Wöhlerkurven für die Auslegung zukünftiger Hubmagnetsysteme auf Gleitlackbasis erstellt werden. 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Dieser Effekt wird durch die resultierenden Verschleißspuren für unterschiedliche Oberflächengüten der Platten in Bild 9 rechts verdeutlicht. Die Erhöhung der anliegenden Normalkraft geht mit einer Erhöhung des Verschleißes einher. Zur Untersuchung der Kontakttemperatur, welche durch die Reibung zwischen Zylinder und Platte entsteht wurde die Unterprobe mittig angebohrt. In die Bohrung wurde ein mit Wärmeleitpaste umgebener Temperatursensor angebracht. Im Rahmen der getesteten Versuchsreihe, bei der auch bewusst Fresser provoziert wurden, konnte eine Temperaturerhöhung von maximal fünf Grad am Sensor festgestellt werden. Somit kann eine Überschreitung der oberen Gebrauchstemperatur des getesteten Gleitlackes von 250 °C ausgeschlossen werden. Folglich kann die durch Reibung entstehende Kontakttemperatur als Grund für ein Lackversagen ausgeschlossen werden. Funktionsweise eines Gleitlackes Bild 10 beschreibt die Funktionsweise eines Gleitlackes in fünf Schritten vom Ausgangszustand bis zum Fressbeginn. Im Ausgangszustand bilden herausragende Festschmierstoffpartikel eine ungleichmäßige Gleitlackoberfläche. Dies macht sich durch eine vergleichsweise erhöhte Ausgangsreibzahl bemerkbar. Im Zuge der Einlaufphase findet ein Austrag der Oberflächennahen Schmierstoffpartikel aus dem Gleitlack statt und es kommt zur Einglättung der Lackoberfläche. Gleichzeitig werden die Schmierstoffpartikel auf den Gegenkörper übertragen wodurch sich ein Transferfilm ausbilden kann. Dieser Vorgang geht mit einer Abnahme der Reibzahl einher. Anschließend wird die Schichtdicke fortlaufend reduziert während die Reibzahl auf einem konstanten Niveau bleibt. Mit voranschreitendem Abtrag der Gleitlackschicht kommt es zum partiellen Herausragen DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 5. Scuffing 4. Before scuffing 1. Initial state 2. After running in 3. Transfer on counterpart A A Bild 10: Fünf Stufen zum Gleitlackversagen TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 54 [5] E. Kallenbach, R. Eick, P. Quendt, T. Ströhla, K. Feindt, M. Kallenbach, O. Radler. Elektromagnete. Vieweg+ Teubner Verlag, 2012. [6] Albers A., Matthiesen S. Konstruktionsmethodisches Grundmodell zum Zusammenhang von Gestalt und Funktion in technischen Systemen. Konstruktion. 2002. [7] T. Stöberl. Erweiterung eines Pumpe-Düse-Systems zur Einspritzung einer wässrigen Harnstofflösung. PhD thesis, Universität Hamburg, unveröffentlicht [8] S. Tremmel. Ein Beitrag zur Auslegung beschichteter Bauteile unter zyklischer Beanspruchung im Wälz-Gleit- Kontakt. PhD thesis, Universität Erlangen-Nürnberg, 2009. [9] M. Blust. Effizientes Screening des tribologischen Eignungspotenzials alternativer Werkstoffpaarungen für den Einsatz in tribologischen Kontakten von Axialkolbenmaschinen als Beitrag zum Produktentstehungsprozess. IPEK, Institut für Produktentwicklung, 2017 [10] R. 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Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0032 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 55 pletely quantitatively. Depending on the gear application, a wide variety of designs can be found. In vehicles, they are used for speed adjustment between engines and drive axle, for speed compensation between axles and wheels or for changing direction in the drive train. Transmissions are typically classified into manual transmissions, automatic transmissions, dual clutch transmissions, axle gears and central hydraulics / steering gear. When selecting an application-specific matching transmission oil, a wide variety of ingredients are used to meet the requirements that are important for each gear type. In addition to “lubrication”, the requirements are: cooling, wear protection, good friction value properties, oxidation stability, foam and air separation behavior, fuel efficiency, good cold switching capability, low cold viscosity, corrosion protection, high friction value stability, high thermal stability, long replacement intervals, noise and vibration damping, high shear stability, compatibility with electrical components, pressure absorption capacity and dissolve contamination and deposits. Aus der Praxis für die Praxis 56 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Product properties and manufacturing process of lubricants Transmission oil as a functional element in a huge variety of different gear types has manifold requirements to meet. Complex processes in the lubricant and at the contact surfaces of the constructive friction partners must be considered. The underlying chemistry and physics of tribology can often not be described or calculated com- DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Process optimization and scale-up verification of the dispersion process for lubricant production using CFD simulation Daniel Kieser, Thomas Kroth, Emir Sirbubalo, Matthias Zemke, Marc Christmann, Peter Hoffmann, Johannes Ferner, Rebekka Drafz, Torben Fruth* Für eine dauerhaft hohe Produktqualität von Schmierstoffen ist u.a. das Herstellungsverfahren maßgeblich. Anhand einer Scale-Up-Verifikation wird der Einsatz einer CFD-Simulation zur Sicherstellung gleichbleibender Produktgüte für ein Dispergier-System vorgestellt. Dieser Beitrag zeigt eine neuartige Anwendung bewährter Vernetzungstechniken und numerischer Methoden zur Scale-Up Analyse eines Dispergierer- Behälter Systems. Hierbei wurde eine numerische Gesamtbetrachtung des kompletten Systems umgesetzt, welche die simultane Behandlung kleiner Skalen (Dispergierer) und großer Skalen (Behälter) kombiniert. Schlüsselwörter CFD Simulation, OpenFOAM, Scale-Up, Verifikation, Strömungsverhalten, Vernetzungsstrategie, Geschwindigkeitsgradienten, Herstellungsprozess, Schmierstoffe, Entschäumer For a permanently high product quality of lubricants, among other things, the manufacturing process is decisive. By means of a scale-up verification, the usage of a CFD simulation is presented with the goal to ensure consistent product quality for a disperser system. This contribution presents a novel application of established meshing techniques and numerical methods for scale-up analysis of a disperser-vessel system, combining simultaneous treatment of small disperser and large vessel length scales in a single simulation. Keywords CFD simulation, OpenFOAM, scale-up, verification, flow pattern, meshing strategy, velocity gradients, manufactoring process, lubricants, antifoam system Kurzfassung Abstract * Dr. Daniel Kieser FUCHS Schmierstoffe GmbH, 68169 Mannheim Marc Christmann, Technischer Betriebswirt Peter Hoffmann, Maschinenbautechniker Johannes Ferner, Dipl.-Chem. Dr. Torben Fruth Dr. Rebekka Drafz Thomas Kroth, M.Sc. TeSolva l Falk & Hattemer GbR, 55122 Mainz Dr. Emir Sirbubalo Matthias Zemke, cand. Phys. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 56 Within the scope of lubricant development, a catalogue of requirements is created via a system-analytical view of the tribosystem. This captures the required rheology, load ratios, energy inputs, working temperatures, materials, wear risk, environmental media, and environmental requirements. This results in the basic structure of a formulation which typically contains the following components: base oils and additives for wear, oxidation and corrosion protection, friction value reducers, viscosity improvers and defoamers. From the requirements listed above the rheological and physico-chemical properties of the product from the composition of a green oil mixture based on solvent natural oils, hydrocrackates, polyalphaolefins, esters, polyol esters, complex esters, polyglycols, perfluoroethers and alkylates are derived. On the additive side, a component recipe is created from a large selection derived from the requirements. Depending on the application, typical values for a transmission oil are approx. 80 - 95 % base oil mixture and 5 - 20 % additives. These are developed using a multifunctional approach through appropriate laboratory and testing bay expertise. An important component of every transmission oil is the defoamer system. Its main task is to avoid foam on the oil surface. For this purpose, highly surface-active and deliberately oil-insoluble substances are used, which stick to the foam bubbles and cause them to burst in the shortest possible time (see Figure 1). Similarly, the defoamer droplets also settle on dispersed air bubbles with in the oil. This undesirable effect can lead to a poorer air release behavior and thus to a lower total density of the oil. This, in turn, can negatively impact the application in terms of cavitation tendency, reduced wear protection or increased oxidation. In principle, a lubricant is produced by mixing the base oils and additives in the correct proportions. Process parameters like temperature and mixing conditions must be observed carefully. Depending on the type of antifoam system used, it is advisable to disperse the antifoam droplets as finely as possible for optimum values in terms of foaming, air release and storage stability of the transmission oil. This is achieved by the usage of a highspeed dispersing system delivering the needed shear forces on the disperser. Scale-up of a production plant In the development phase, magnetic stirrers and handheld high-speed mixers are used in the laboratory to stir and disperse the defoamer. Aus der Praxis für die Praxis 57 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Figure 1: Defoamer mode of action: (above) Foam on the surface, (below) Defoamer destabilizes and decomposes foam bubbles Figure 2: Process sketch of manufacturing unit TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 57 Due to the simulation results, the technical functionality of the larger system could be ensured in advance. The goals were defined as follows: The verification of the scale-up had to be done by comparing the results of a working small system vs. a planned new large system with the following parameters: • Flow pattern in the whole vessel • Pumping capacity and velocity gradients of the disperser Looking at these requirements, two major challenges became apparent which had to be considered and solved in the simulation strategy: 1. Differences in Scale The entire vessel has a diameter of 1600 mm, whereas the geometrical details of the disperser are in the range of only 1 mm, as can be seen in Figure 3. This is an important aspect regarding mesh generation, convergence and computation time, which must be considered during the modelling process. 2. Rotating components CFD simulations usually simulate the flowing medium, not the solid structures. In this case, suitable numerical formulation for rotating motion of disperser components must be selected, considering grid quality and computation time. The geometrical data, the process-related boundary conditions and the challenges described above, formed the basis for developing and implementing a suitable simulation strategy. Aus der Praxis für die Praxis 58 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Until a formulation is ready for series production, different scale-up stages are usually passed through, from laboratory blends of different sizes to pilot plant blends (>200 - 800 kg) to production blends on a multi ton scale. The topic of defoamer dispersion described above is an important process variable. The transfer from the laboratory to the production process is classically scaled by the energy input of the disperser. In the manufacturing process sketch (see Figure 2), the important step is carried out in a 500 kg premix vessel and transferred to the 100 m 3 batch. According to growth of business we planned an upscaling with a batch size of 500 m 3 , the scaling factor results in a premix vessel of 2.5 t/ batch defoamer dispersion. Regarding the dimensioning of the disperser system for such a plant, an estimation for the extrapolated shear energy is conventionally performed using empirical equations. But the determination of further process-side important data, such as the homogeneity of the mixture and the required mixing time are currently only accessible by experiments. Due to technical advances, the usage of numerical simulation in many different fields of engineering is on the advance. Therefore, the aim was to determine whether such scale-up could be validated via a flow simulation. Support for Scale-Up through CFD simulation Support of the day-to-day work of engineers through computer-aided calculation techniques is more and more commonplace in the industrial environment, especially with today’s hardware and software capabilities. Numerical simulations enable the analysis of processes and products in a time-effective, cost-effective and hazardfree manner. Thereby the investigated system can be designed optimally, and the profitability margins can be increased significantly. To examine fluid mechanical problems, the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation is generally used. With CFD, the behavior of systems with liquid and gaseous media can be calculated and thus parameters, such as flow velocities, can be determined in a spatially resolved manner. This provides a better understanding of fluidic systems and can reduce and sometimes eliminate the need for costly and time-consuming experiments. Especially in the design of production facilities, such as the production of lubricants, the possibilities offered by CFD simulations can help to verify the functionality of new plants or to optimize existing plants. This article describes the scale-up verification of a disperser system by factor five using a CFD simulation. DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Figure 3: Completely meshed vessel with disperser in the centre TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 58 Definition and implementation of a suitable simulation strategy The quality of a numerical simulation depends essentially on the modelling and the associated simulation strategy. It is important to understand the real processes and to know what kind of simplifying assumptions can be made for the boundary conditions of the simulation model and where it is important to map the reality as accurately as possible. The calculation software uses model equations which in most cases only represent an approximation of the physical processes and thus cannot exactly reproduce the behavior. Nevertheless, these models can be selected and parameterized in a way that the obtained results provide statements of the required quality. In the case presented here, a literature research was carried out first and articles about the topic of simulation of disperser systems were analysed, such as the papers by Feldmann [1], Lindahl [2] or Derrik [3]. These references present important contributions to computational study of rotor-stator, high-speed mixers in general. They are mostly concerned with simulations of laboratory, small-scale devices and systems, for which experimental data is available in form of integral parameters (power and flow numbers) and velocity fields obtained from laser doppler anemometry (LDA) or particle image velocimetry (PIV) measurements. Unlike the studies reviewed in mentioned literature sources, this study presents an attempt at comparative simulations of laboratory and production scale facilities, selecting meshing strategies and numerical methods that proved their fidelity in validation studies of small-scale laboratory systems. Basic settings for the simulation The simulation presented here were performed using the open-source software OpenFOAM [4]. Being opensource, OpenFOAM allows implementation of custom numerical methods and simulation workflows tailored for specific applications, which makes it extremely flexible and versatile. As presented in the previous sections, lubricant mixture of base oil and additives is characterized by complex physical properties. In order to simplify the initial scaleup study of disperser-vessel system, in the simulations presented here, liquid is assumed to be homogeneous single-phase Newtonian fluid with physical properties (density and viscosity) of the mixture. For calculation of turbulence properties, the widely used k-epsilon turbulence model (Launder and Jones [5], Wilcox [6]) was used. It describes the evolution of the turbulent kinetic energy k and the isotropic dissipation rate ϵ with two partial differential equations. Standard wall functions [7] are used to compute turbulence quantities near solid walls. Solution for scale issue In order to achieve an efficient computation time and good convergence behavior, it is reasonable to create a mesh with as many hexahedral volume elements as possible (hex-dominant). However, continuous changes of element sizes in the mesh can only be implemented with tetrahedral elements, which should be avoided as far as possible. In the present case, scale disparity between the overall size of the vessel and small length scales dictated by disperser geometries requires careful selection of grid structure in different parts of the system. Small scales and high velocity gradients in the near field of the disperser require highly resolved computational mesh. Additionally, the periodic and regular geometry of the disperser components lends itself to structured meshing which should in principle enable accurate computation of flow and power numbers of the disperser. On the other hand, bulk flows in the vessel, comparatively large length scales involved, and irregular curved geometry of vessel walls, make it a good candidate for unstructured hex-dominant meshing strategy. After an analysis of various meshing approaches for different parts of the computational domain the following meshing strategy was selected: (1) disperser and its near field have been meshed using structured grid approach and (2) vessel geometry has been meshed using an automatic unstructured hex-dominant mesh generator. Structured disperser mesh is characterized by gradual refinement of cell sizes in wall-normal directions, uniform mesh spacing in wall-parallel directions, and gradual cell size increase as the distance from the disperser increases to mesh the meshing scale in the vessel region. Cell sizes in the vessel region have been volumetrically refined to match the sizes in the disperser region, and gradually increased with the distance from the disperser. The individual mesh regions in the area of the disperser are described in Figure 4. On the left side, a bridging re- Aus der Praxis für die Praxis 59 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Figure 4: 3D View of mesh regions near by the disperser TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 59 This approach is advantageous in that it is possible to simulate the flow in a steady manner which makes it less computationally intensive. The disadvantage of the approach is that the relative position of the rotor and stator teeth is fixed (Figure 6) and therefore the unsteady pulsating effects in jets in stator teeth gaps cannot be resolved. On the other side of the spectrum lies the sliding mesh technique, in which the mesh for the rotating region is dynamically moved during the simulation. In principle, this approach offers better accuracy at the expense of increased computational intensity due to a high temporal resolution required in order to resolve the unsteady effects. The simulation approach selected in this study is to use the steady MRF approach for the relatively fast initialization of both gap flow fields in the disperser region and bulk flow fields in the vessel. These results are used as initial conditions for the subsequent unsteady simulation using the sliding mesh approach, in which the pump blades and the rotor teeth were turned. Due to the fine network, only very small-time increments could be applied. In total, about half a turn was simulated. The function Arbitrary Mesh Interface [8], which is available in OpenFOAM, was particularly used for the calculation of the moving parts. This function had been developed especially for the simulation of the sliding interfaces. Among other things, temporary overlaps of faces belonging to mesh elements moving against each other are considered in the equations and corrected by implicit coupling of the equation systems via matrix coefficients. This is much more stable and accurate than the consideration through boundary conditions with weighted averages. After the final development of the simulation model, the solution was calculated with the unsteady solver pimpleFoam. For the first 100 - 1000 iterations of the steady simulation, the rotation rate of the MRF zone was linearly increased to the specified rotation rate, within a Aus der Praxis für die Praxis 60 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 gion from the coarse mesh in the vessel towards the finer mesh at the disperser is indicated. This cylindrical area can also be seen in Figure 3, represented by the gray discs. The nearfield of the disperser is the area in which the socalled jets spread, caused by the flow rate of the disperser. Thus, this is an area that requires fine mesh resolution. The finest solution is needed directly at the disperser itself, in the gaps between the stator and rotor teeth. In this region, the narrow stator-rotor gap of 1 mm is divided radially into 10 elements and tangentially into 40 elements (on 5 mm stator, or 8 mm rotor). The gaps between the teeth in the peripheral direction are divided into 20 elements in each case, as shown in Figure 5. This meshing strategy has enabled simulation tractability in terms of computational resources, and, at the same time, very good mesh resolution and mesh regularity in the regions of high velocity gradients where highly accurate results are desired. The generation of the mesh was performed iteratively and after each modification test calculations were initiated to analyze computation time and convergence behavior. Also, for the combined simulation of the global flow behavior in the vessel and the finely resolved areas in the disperser, this procedure was the decisive factor. It was the most time-consuming step of the entire simulation project. Solution for rotating components Coupling of rotating and non-rotating regions in a single CFD simulation is possible at various levels of accuracy and complexity. On one side of the spectrum, there is a multiple reference frame (MRF) technique, in which both regions of the geometry are simulated on a static mesh, and where cells in the rotating region are supplied with Coriolis and centrifugal forces for a virtual handling of rotation effects. DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Figure 5: Top view of mesh regions stator-rotor-stator-nearfield TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 60 computation time of approximately 1.5 - 2 days by using a multicore high-performance computer system. After that, the unsteady simulation, which included the half rotation of the rotor, was carried out in a computation time of approximately 3 days. Verification of the Scale-Up of a disperser system The results of the simulation were analysed by visual representation as well as calculation of integral numerical parameters. For several interesting results and in order to gain an understanding of the large-scale flow fields, it is instructive to visually compare plots of flow fields of smalland large-scale disperser systems. Contour plots were compared on several horizontal and vertical cross section planes as well as streamlines on combined cross section planes (exemplified in Figure 7) and interpreted with regard to the respective flow patterns. All figures show a comparable flow behavior in both vessel sizes. The average velocities in the large vessel are slightly higher than those in the small vessel. Furthermore, the velocity gradients were plotted as a measure for the shear rates in horizontal contour plots in the area near the disperser, Figure 8. These figures also show a comparable pattern in the two vessel sizes. In both cases there is a local concentration of the gradient Aus der Praxis für die Praxis 61 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Figure 6: Disperser as 3D CAD drawing (left), stator-rotor-stator horizontal cross section (right) Figure 7: Streamlines with contour plot of the velocity magnitude in a combined horizontal/ vertical cross section: Small vessel (left) / Large vessel (right) TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 61 Both results show, that the planned new large system has higher performance than the already working small system. It legitimizes the statement that the proposed system will work fine. In summary, challenges in form of scale differences and rotating components had to be overcome in this flow simulation and this was achieved by an advanced simulation strategy. Both, the visual and the numerical comparison, based on the simulation results, show that the larger disperser system is dimensioned sufficiently. Thus, the scale-up could be verified by means of a numerical CFD analysis, so that the new plant could be implemented in the planned manner. As described, the production of high-quality lubricants is extremely complex. The selection and composition of the individual components and the design of the manu- Aus der Praxis für die Praxis 62 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 at the stator edge, where pressure of the fluid is increased through the rotor movement. Other than the visual comparison, two numerical key figures were determined, based on the simulation results, which verify the scale-up. The first value is the specific flow rate of the dispersers based on the total volume. For this purpose, the volume flow was calculated via defined surfaces in the disperser near field (see Figure 9) and divided by the respective vessel volume. The resulting numbers show that the specific pumping capacity of the disperser in the large vessel with 2.68 (m 3 / min)/ m 3 is twice as large as in the small vessel with 1.33 (m 3 / min)/ m 3 . The second measure is the maximum velocity gradient grad(U) at the stator-rotor slot. Also, for this key figure, the value for the large tank (97000 1/ s) is significantly greater than that for the small tank (67000 1/ s). DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 Figure 8: High resolution plots offer detailed view of disperser teeth Figure 9: Calculation of the total flow from the velocity fields TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 62 facturing process must be strictly monitored and meet high standards. In this article should be shown, that the numerical simulation is a useful tool for the verification of such requirements. For the described plant scale-up it was possible to ensure the functionality of the disperser system without looking at experimental lab tests. Literature [1] O. Feldmann, „Dispergieren in begasten Rührkesseln,“ Technische Universität München, München, 2003. [2] A. Lindahl, „Fluid Dynamics of Rotor Stator Mixers,“ Lulea University of Technology, Lulea, 2013. [3] D. Ko, „Computational Fluid Dynamics SImulations of an In-Line Slot and Tooth Rotor-Stator Mixer,“ University of Maryland, Maryland, 2013. [4] H. Weller, C. Greenshields und C. de Rouvray, „OpenFO- AM Official,“ The OpenFOAM Foundation, [Online]. Available: https: / / openfoam.org/ . [5] B. E. Launder und W. P. Jones, „The Prediction of Laminarization with a Two-Equation Model of Turbulence,“ International Journal of Heat and Mass Transfer, Nr. 15, pp. 301-314, 1972. [6] D. C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, Anaheim: DCW Industries, 1998. [7] B. E. Launder und D. B. Spalding, „The Numerical Computation of Turbulent Flows,“ Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Nr. 3, pp. 269-289, 1974. [8] C. Greenshields, „OpenFOAM 2.1.0: Arbitrary Mesh Interface,“ The OpenFOAM Foundation, 19 th December 2011. [Online]. Available: https: / / openfoam.org/ release/ 2-1-0/ ami/ . Aus der Praxis für die Praxis 63 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DOI 10.30419/ TuS-2019-0033 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 63 Nachrichten 64 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Auch 2019 lud die Gesellschaft für Tribologie e.V. (GfT) wieder zur jährlichen Tribologie-Fachtagung nach Göttingen ein und konnte gleich ein doppeltes Jubiläum feiern: am 17. November 2019 jährte sich die Gründung der Gesellschaft für Schmiertechnik (GST), Vorläufer der GfT, zum 60sten Mal. Da von Beginn an regelmäßig Jahrestagungen abgehalten wurden, war auch die diesjährige Veranstaltung vom 23. bis 25. September 2019 die 60ste ihrer Art. Obwohl sich die Fragestellungen im Laufe der Jahre gewandelt haben, mangelte es der 60sten Tagung nicht an Themen, was durch über 100 Vorträge aus allen Bereichen der Tribologie deutlich wurde. Sondersessions Ein immer wichtigerer Teil des Programms sind spezielle Sessions, wie beispielsweise zum DFG-Schwerpunktprogramm „Fluidfreie Schmiersysteme mit hoher mechanischer Belastung“. Allein diese Session am 24. September umfasste 11 Vorträge rund um Festschmierstoffe wie MoS 2 und Graphit, aber auch Kunststoffe wie PTFE und PEEK in reiner Form oder als Basis für Komposite. Dabei wurden einerseits Grundlagenuntersuchungen wie zum Transferfilmaufbau vorgestellt, andererseits ging es auch um Anwendungen z.B. in Wälzlagern oder Verzahnungen. Besonders interessant dürfte auch der Themenbereich „Datenbanken und Datenanalyse“ gewesen sein, in dessen Rahmen erstmalig das Horizon-2020-Vorhaben „i-Tribomat“ einem breiteren Publikum vorgestellt wurde. In diesem Vorhaben haben sich mehrere führende europäische Institute und Unternehmen das Ziel gesetzt, gemeinsam eine umfangreiche tribologische Datenbank aufzubauen und den entsprechenden Service für Nutzer zur Verfügung zu stellen. Die zunehmende Internationalisierung der Fachtagung wurde an dieser Session deutlich, die durchgehend in englischer Sprache gehalten wurde. Welcher Stellenwert der Tribologie dabei inzwischen auch durch die Politik zugemessen wird, zeigte sich durch das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im letzten Jahr initiierte Forschungsfeld „Tribologie“. Auf der Fachtagung gab es eine eigene Session mit 10 Vorträgen aus diesem Forschungsfeld mit den Einzelprojekten PEGASUS II, CHEOPS 3, POSEI- DON II. Bei diesen Projekten geht es schwerpunktmäßig um reibungsarme, verschleißbeständige Beschichtungen, wie z.B. ta-C, oder Oberflächenbehandlungen wie Plasmanitrieren, auch in Verbindung mit neuartigen Schmierstoffen. Durch die Einrichtung derartiger Spezialsessions verspricht sich die GfT, die Aktualität der Tagung und deren Charakter als „Arbeitstreffen“ führender Fachleute auf dem Gebiet der Tribologie zu stärken. GfT-Studie: Tribologie in Deutschland - Querschnittstechnologie zur Minderung von CO 2 -Emissionen und zur Ressourcenschonung Rechtzeitig zur Tagung wurde eine von der GfT durchgeführte Studie zur Situation der Tribologie in Deutschland fertiggestellt. Darin schildern führende Experten aus Industrie und Forschungseinrichtungen die gegenwärtige Situation des Fachgebiets aus ihrer Sicht und geben einen Ausblick auf die Zukunft. Wegen der großen Bedeutung der Kraftfahrzeugbranche und den sich dort abzeichnenden technologischen Umbrüchen, wurde schwerpunktmäßig dieser Industriezweig betrachtet und unter anderem dargelegt, dass sich allein durch Ausschöpfung der technisch verfügbaren Möglichkeiten zur Reibungsminderung im Straßenverkehr bis zu 22 Millionen Tonnen CO 2 pro Jahr einsparen lassen. Bereits für 2020 ist eine Ergänzung durch eine weitere Studie „Verschleißschutz und Nachhaltigkeit“ geplant. Plenarvorträge Passend zur Jubiläumsveranstaltung eröffneten Plenarvorträge zum 60sten Bestehen der GfT, zu der bisherigen und zukünftigen Entwicklung des Fachgebiets, Grußbotschaften aus den USA, Japan und den Niederlanden die Tagung. Nachdem Christoph Wincierz, der Vorsitzende des GfT-Vorstands, die Teilnehmer begrüßt hatte, gab er einen Überblick über die Entwicklung der Gesellschaft für Tribologie in den 60 Jahren ihres Bestehens. Der zweite Plenarvortrag „Tribology, Tribometry and Tribodata“ wurde von Horst Czichos, dem ehemaligen Mitteilungen der GfT Jubiläumsveranstaltung 2019: 60ste Tribologie-Fachtagung in Göttingen Session zum DFG-Schwerpunktprogramm 2074 TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 64 Nachrichten 65 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Präsidenten der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, gehalten. Er gab einen Überblick über die Herangehensweise an tribologische Fragestellungen, die Vielfalt tribologischer Systeme, die Prinzipien, Methoden und Techniken zur Erfassung tribologischer Daten und deren Aufbereitung in geeigneten Darstellungen. Am Nachmittag des ersten Tags wurde die Plenarveranstaltung fortgesetzt. Am Anfang stand der Vortrag von Steffen Bots „Challenges for the Future: Emerging Trends in Tribology and Lubricants“ verbunden mit Glückwünschen der Society of Tribologists and Lubrication Engineers STLE, USA. Glückwünsche der Japanese Society of Tribologists JAST überbrachte deren Vizepräsident Joichi Sugimura. Er hielt ebenfalls einen Plenarvortrag mit dem Titel „Tribology Researches in Japan and JAST“. Weiter ging es mit Harry van Leeuwen, Universität Eindhoven, und seiner humorvollen Darstellung der Geschichte der Tribologie in den Niederlanden. Beendet wurde das Nachmittagsprogramm von Valentin Popov, TU Berlin, der seinen Beitrag mit einem Video begann, in dem Passanten befragt wurden, ob sie sich unter „Tribologie“ etwas vorstellen können. Unter den Befragten konnte nur ein einziger tatsächlich den Begriff erklären. Allerdings war diese Szene gestellt und der Befragte ein Mitarbeiter des Instituts von Prof. Popov. Trotz dieses etwas entmutigenden Beginns war der folgende Vortrag „Die Zukunft der Tribologie: beste Aussichten durch Fortschritte bei theoretischen und experimentellen Methoden“ durchaus optimistisch. Grund für diesen Optimismus sind expandierende Anwendungsfelder in der Mikro- und Nanotechnologie, Biologie und Medizin sowie sich parallel dazu entwickelnde experimentelle Methoden, theoretische Konzepte und numerische Werkzeuge, die für die kommenden Jahre ein „Goldenes Zeitalter der Tribologie“ versprechen. Tribotalk Das Thema des Tribotalks passte zwar auch zu einer Jubiläumsveranstaltung, war aber kein Rückblick, sondern stand unter dem Motto „Die Zukunft der Tribologie: Herausforderungen und Chancen“. Das Podium war mit Christoph Wincierz, Evonik Resource Efficiency sowie Vorsitzender des GfT-Vorstands, Jens Beck, SKF, Markus Hartinger, Imperial College London und Ocado Engineering, Tim Hosenfeldt, Schaeffler Technologies, Axel Kunz, Fa. John Deere, und Bernd Sauer, Uni Kaiserslautern, hochkarätig besetzt. In Anknüpfung an die Prof. Poll (Moderation) und Prof. Sugimura (Kyushu University, Fukuoka) Tribotalk Prof. Harry van Leeuwen (TU Eindhoven) Plenarveranstaltung TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 65 Nachrichten 66 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Diskussion der vorangegangenen Fachtagung, bei der es um die Zukunft des Verbrennungsmotors ging, wurden diesmal Fragen nach veränderten Anforderungen an Schmierstoffe, Gleit- und Wälzlager durch neue Antriebskonzepte behandelt. Aber auch die Veränderungen, die Digitalisierung, Methoden wie Machine Learning und verbesserte Simulationsmethoden kamen zur Sprache, wobei deren Bedeutung für die Zukunft des Fachgebiets durchaus kontrovers diskutiert wurde. GfT-Förderpreise Die GfT-Förderpreise werden jeweils für die besten nominierten Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten verliehen. Den Förderpreis in der Kategorie 3 erhielt Heiko Mues, RWTH Aachen, für seine Bachelorarbeit mit dem Titel „Einfluss der Überrollfrequenz auf die Schmierfilmausbildung in fettgeschmierten EHD-Kontakten“. Bei den Masterarbeiten hatte sich das Auswahlkomitee für die Arbeit von Herrn Jaakob Vorgerd, Ruhr-Uni Bochum, mit dem Titel „Grübchenschäden auf Zahnradflanken - Literaturrecherche, experimentelle Untersuchungen und simulative Ansätze“ entschieden. Für seine Dissertation über „Ausbildung tragfähigkeitssteigernder Grenzschichten in der Zahnradfertigung“ wurde Herr Dr. René Greschert, RWTH Aachen, mit dem Förderpreis der Kategorie 1 ausgezeichnet. Die drei mit Förderpreisen ausgezeichneten Arbeiten wurden zu Beginn der Session „Tribologische Systeme“ am 25.09. vorgestellt. Kurzfassungen der Arbeiten sind in Heft 4/ 5 von Tribologie und Schmierungstechnik abgedruckt. Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichen Mit dem Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichen, der höchsten deutschen Auszeichnung auf dem Gebiet der Tribologie, wurde in diesem Jahr Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters, Ottovon-Guericke Universität Magdeburg, ausgezeichnet. Die von Prof. Bartel gehaltene Laudatio finden Sie am Anfang der vorliegenden Ausgabe. Göttinger Kreis 12 Mitglieder des Göttinger Kreises, dem alle Träger des Vogelpohl-Ehrenzeichens angehören, waren der Einladung von Dr. Dornhöfer, dem letztjährigen Preisträger, gefolgt. Als neues Mitglied nahm auch Prof. Deters an der Sitzung teil. Thema der Sitzung war der Beitrag des Göttinger Kreises zur Jahrestagung, insbesondere zur Festschrift „60 Jahre GfT“. Die nächste Aufgabe wird die Neuauflage des Büchleins „Die Entwicklung der Tribologie in Göttinger Kreis Zwei Vogelpohl-Preisträger: Prof. Franek und Prof. Czichos Verleihung des Vogelpohl-Ehrenzeichens (links: Dr. Wincierz, rechts Prof. Deters) TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 66 Nachrichten 67 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Deutschland“ sein, die für 2020 vorgesehen ist und von Herrn Laukotka redaktionell betreut wird. Im Anschluss an die Sitzung des Göttinger Kreises fand wieder ein Treffen mit dem Arbeitskreis „Junge Tribologen“ statt. Als Themen standen Elektromobilität aus tribologischer Sicht und neue Schmierstoffkonzepte wie Hydrolubricants auf der Tagesordnung. Abendveranstaltung Zur Abendveranstaltung, einem Essen in festlichem Rahmen am 24.9. wurden Grußworte von Hans-Otto Arnold, dem stellvertretenden Ratsvorsitzenden der Stadt Göttingen, an die Teilnehmer gerichtet, Prof. Friedrich Franek gratulierte in einer Rede im Namen der Österreichischen Gesellschaft für Tribologie ÖTG und Prof. Poll überbrachte Grüße des International Tribology Council ITC. Fachvorträge Das Tagungsprogramm war mit über 100 Vorträgen in 6 Parallelsitzungen nochmals umfangreicher als im Vorjahr. Eingeplant waren auch eineinhalb Stunden für den Besuch von Poster- und Fachausstellung. Mit 16 Vorträgen war das Thema „Maschinenelemente und Antriebstechnik“ am stärksten vertreten. Dies lag unter anderem auch daran, dass sich viele Beiträge zu numerischen Simulationen auf konkrete Maschinenelemente wie Kegelradpaarungen, Wälz- und Gleitlager oder Hydraulikpumpen bezogen und deshalb in dieser Session vertreten waren. In den Vorjahren fanden sich Vorträge zu Simulationsrechnungen häufig in der Session „Tribologische Systeme“ wieder, in der in diesem Jahr nur 4 Vorträge gehalten wurden. Mit 10 Vorträgen waren auch die „Schmierstoffe und Schmierungstechnik“ stark vertreten. Viele Vorträge drehten sich um Degradation und Abbau von Schmierstoffen, wobei ein Vortrag insbesondere biologische Abbautests kritisch hinterfragte. Dass die aufkommende Elektrifizierung des Antriebsstrangs auch vor der Schmierstoffbranche nicht Halt macht, zeigte sich in Beiträgen, die sich mit den elektrischen Eigenschaften von Schmierfetten beschäftigten. Auch die Biotribologie war mit drei Vorträgen vertreten. Bemerkenswert war, dass in allen dreien haptische bzw. taktile Oberflächeneigenschaften eine Rolle spielten. Das zunehmende Interesse an dieser Schnittstelle zwischen Menschen und technischen Oberflächen nimmt die GfT zum Anlass, diesen Themenbereich in kommenden Fachtagungen als Schwerpunkt aufzunehmen. Abschlussveranstaltung: Verleihung des Preises „Tribologie ist Überall“ Die Abschlussveranstaltung am Mittwoch begann mit der inzwischen auch schon traditionellen Verleihung des Preises „Tribologie ist überall“, der in diesem Jahr an Thomas Falke, TU Bergakademie Freiberg, für seine Arbeit über „Partikelkontakte im Alltag und der Technik“ ging. In seinem Vortrag ging Herr Falke auch auf ein originelles Phänomen, die sog. „Silomusik“, ein. Dabei handelt es sich um die Anregung von Schwingungen durch Schüttgüter, z. B. in Getreidesilos. In dem anschließenden Beitrag führte Werner Stehr, diesmal gemeinsam mit Klaus Dobler, wie immer sehr anschaulich „Tribologie mit dem Kaffeelöffel“ vor. Am Stand der Jungen Tribologen Gratulation zum Preis „Tribologie ist überall“ (v.l.n.r.: C. Wincierz, T. Falke, W. Stehr) Die Jubiläumsveranstaltung zog ca. 300 Teilnehmer nach Göttingen, was wiederum eine deutliche Steigerung gegenüber den Vorjahren war. Das Schlusswort des GfT-Vorsitzenden beendete die Veranstaltung mit dem Hinweis auf die 61ste Tribologie-Fachtagung, die vom 28.-30. September 2020 wieder in Göttingen stattfinden wird. Wie bei vielen ähnlichen Veranstaltungen inzwischen üblich, verzichtet die GfT auf die Herausgabe von gedruckten Tagungsbänden. Alle Beiträge werden jedoch als pdf-Download zur Verfügung gestellt, der für interessierte Nichtteilnehmer bei der Geschäftsstelle der Gesellschaft für Tribologie e. V. (Adolf-Fischer-Str. 34, 52428 Jülich, Tel.: +49 (0)2461 340 79 38, E-Mail: tribologie@gft-ev.de, Internet: www.gft-ev.de) erhältlich ist. Thomas Gradt TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 67 Nachrichten 68 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Die „Forschungstochter“ der ÖTG, das Kompetenzzentrum für Tribologie in Wiener Neustadt (AC2T research GmbH), ist die Trägerorganisation für das seit April 2010 laufende Projekt „XTribology“. Die im Technologie- und Forschungszentrum Wiener Neustadt (tfz) ansässige Institution hat sich damit als K2-Zentrum (Exzellenzzentrum für Tribologie) im Rahmen des österreichischen COMET-Programms etabliert. Im Herbst 2018 wurde auf Basis von mehr als 100 Unterstützungserklärungen von Unternehmenssowie Wissenschaftspartnern der Förderantrag „COMET K2 Tribology Intelligence - Customized Tribology for Industrial Innovations“ (Akronym: InTribology 1 ) ausgearbeitet und bei der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG eingereicht. Die Begutachtungsphase wurde mit einem Hearing vor einer mit internationalen Experten besetzten Jury am 28.05.2019 abgeschlossen. Die AC2T research GmbH konnte ihren Projektvorschlag vor der Jury mit einem aus 5 Personen bestehenden Team vertreten und erläutern. Dieses bestand aus den AC2T-Angehörigen Prof. Dr. Andreas P AUSCHITZ (Geschäftsführer), Dr. Nicole D ÖRR (Leitende Wissenschafterin) und Priv.-Doz. Dr. András V ERNES (Forschungsbereichs-Koordinator, Numerische & experimentelle Simulation), verstärkt durch Repräsentanten aus Industrie und Wissenschaft - Dr. Gerald K ILLMANN (Vice President, Toyota Motor Europe, Belgien) bzw. Univ.-Prof. Dr. Carsten G ACHOT (Professor für Tribologie, TU Wien). Projektantrag und Hearing konnten die Entscheidungsträger überzeugen, „InTribology“ einstimmig zur Förderung zu empfehlen. Dementsprechend erfolgte auch bereits Anfang Juni 2019 die Förderzusage, „InTribology“ mit einem Budgetrahmen von ca. 43 Mio. EUR für den Zeitraum April 2020 bis März 2024 (mit der Option einer Verlängerung bis 2028) zu fördern. Der monetäre Beitrag der öffentlichen Hand wurde mit 50 % definiert. Dieser Beitrag wird zu zwei Dritteln von der Republik Österreich (im Wege der FFG) zur Verfügung gestellt, die Länder Niederösterreich und Vorarlberg finanzieren das restliche Drittel. Voraussetzung für die Freigabe der Finanzmittel ist allerdings, dass Betriebe aus der Wirtschaft, aber auch Institutionen aus dem Forschungbereich (z. B. Universitäten) einen entsprechenden Anteil (in Bar- und Sachmitteln) an den einzelnen Forschungsprojekten finanzieren. Eine Reihe von Projekten ist mit Partnern bereits vordefiniert. Insbesondere betrifft dies längerfristige Vorhaben im Bereich der industriellen Forschung und der experimentellen Entwicklung sowie damit zusammenhängender grundlagennaher Themen. Die vorgesehenen Hauptthemen (Forschungsbereiche) betreffen: Friction Optimized Devices, Wear Reduction Strategies for Industry, Sustainable Lubrication sowie Synaptic Tribology (also die umfassende Anwendung und Methodenentwicklung der Digitalisierung in der Tribologie). Zusätzliche Projektpartner sind willkommen. Eine Beteiligung aus Wirtschaft und Wissenschaft ist unabhängig von der Organisationsgröße, der Branchenzugehörigkeit, aber auch des geografischen Standortes möglich. Somit können auch internationale Projektpartner anteilig am Forschungsprogramm mitwirken und nach Maßgabe der verfügbaren Budgetgrenzen anteilig von den Förderkonditionen profitieren. Die Detailplanung auf Grundlage eines einheitlichen Vertragsrahmens („Agreements“) ist mittlerweile abgeschlossen. Bei Interesse an einer Projektzusammenarbeit wenden Sie sich bitte an die AC2T-Geschäftsführung (Dr. Andreas P AUSCHITZ , andreas.pauschitz@ac2t.at ). Prof. Dr. Andreas P AUSCHITZ / Prof. Dr. Friedrich F RANEK 12.07.2019 Mitteilungen der ÖTG Tribologie bleibt Exzellenzthema - „InTribology“-Projekt im COMET-Programm 2020-2024 verankert 1 https: / / www.ffg.at/ compentence-centers-excellent-technologies-k2-centers Factsheet: Title: Tribology Intelligence - Customized Tribology for Industrial Innovations Acronym: InTribology1 Type of Project: COMET K2 Duration: 04/ 2020 - 03/ 2024 Budget Frame: € 43.000.000 Funding Rate: 50% Operator: AC2T research GmbH Contact: office@ac2t.at; www.ac2t.at TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 68 Nachrichten 69 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Das renommierte Lehr und- Forschungsinstitut MPRI (das nach dem Akademie-Mitglied V. A. Belyi benannte Metal-Polymer Research Institute in Gomel, Belarus) der Weißrussischen Akademie der Wissenschaften verlieh dem ÖTG-Präsidenten Univ.-Prof. Dr. Friedrich F RANEK die Würde eines „Honorary Doctor of Science“. Der Doctor of Science ist im tertiären Bildungssystem Weißrusslands der höchste akademische Grad, ehrenhalber verliehen ist er vergleichbar einer „Ehrendozentur“. Diese Auszeichnung würdigt das langjährige berufliche Wirken von Prof. F RANEK auf dem Gebiet der Reibungs- und Verschleißwissenschaften. Prof. F RANEK ist akademischer Lehrer an der TU Wien und der Donauuniversität Krems, Obmann-Stellvertreter des Vereins zur Förderung der Fachhochschule St. Pölten und war wiederholt Lehrbeauftragter an der Fachhochschule Wiener Neustadt für Wirtschaft und Technik, zuletzt für Lehrveranstaltungen auf dem Gebiet der Tribologie. Friedrich F RANEK ist nach wie vor als Principal Scientist für die AC2T research GmbH in Wiener Neustadt tätig, dessen Mitbegründer und Miteigentümer er ist. Er war ab 2002 bis Herbst 2016 wissenschaftlicher Leiter dieses Exzellenzzentrums für Tribologie, in dessen Rahmen auch einschlägige Forschungsthemen gemeinsam mit dem MPRI in der Stadt Gomel, Weißrussland (Belarus), bearbeitet wurden. Vor kurzem fand die offizielle Übergabe des Diploms sowie der Ehrenplakette an Prof. F RANEK statt. Anlass und Rahmen war die Eröffnung der vom MPRI veranstalteten internationalen Fachkonferenz „Polycomtrib 2019“ in einem Tagungscamp der Nähe von Gomel. Die feierliche Überreichung nahm der Direktor des MPRI und Vorsitzende des Wissenschaftsrates Prof. Dr. Andrei G RIGORIEV vor, in Anwesenheit des Akademiemitglieds und früheren Direktors des MPRI Prof. Dr. Nikolai M YSHKIN , eines langjährigen Fachkollegen und Kooperationspartners F RANEK s. In seiner Dankadresse betonte Prof. F RANEK die Bedeutung der Tribologie-Forschung für die heutigen Herausforderungen auf den Gebieten der Technologie, der industriellen Entwicklung und der Umwelt und verwies auf die Notwendigkeit internationaler Zusammenarbeit insbesondere für die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Martina G ANTAR -H OFINGER , 08.07.2019 Mitteilungen der ÖTG Ehrendoktorat für Univ.-Prof. Dr. Friedrich F RANEK Prof. F RANEK (li) erhält das Ehrendoktordiplom von MPRI-Direktor Prof. Dr. Andrei G RIGORIEV (3. von links) © MPRI, Gomel, Belarus Tribologie in Industrie und Forschung Effizienter durch Kooperation Donnerstag, 19. November 2020 Wiener Neustadt, AT Vorankündigung: Bitte merken Sie jetzt schon vor (detaillierte Informationen im Heft T+S 2020/ 1)! www.oetg.at TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 69 70 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 DE000069619944T2 F01M 1/ 04 Honda, Souhei; Nishida Takao,; Ryu, Yasutake; Tsugekawa, Takanori Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/ Tokyo Schmieranlage für eine Viertaktbrennkraftmaschinen Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Schmierung eines Handviertaktmotors, der als eine Energiequelle hauptsächlich für einen Trimmer oder eine Kettensäge verwendet wird. DE000069619201T2 F16N 7/ 32 Laur, Raymond Renault Automation Comau, Meudon La Foret Verfahren zur Schmierung von mechnanischen Teilen und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft die Schmierung mechanischer Bauteile und insbesondere die Schmierung durch Aufsprühen eines Ölnebels auf diese Bauteile. Die Auslegung der Vorrichtung zur Schmierung der mechanischen Bauteile einer Werkzeugmaschine hat einen grossen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Bauteile und damit auf diejenige der Maschine. Derzeit werden verschiedene Verfahren zur Schmierung mechanischer Bauteile verwendet, die in einem Gehäuse angeordnet sind. DE000069528999T2 F16H 57/ 04 Inoue Daisuke, Jp; Ito Hiroshi, Jp; Yasue Hideki, Jp Toyota Motor Co Ltd, Jp Einrichtung zur wirksamen Schmierung eines Kraftübertragungssystems in einem Kraftfahrzeug bei der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Schmiervorrichtung für ein Kraftübertragungssystem eines Motorfahrzeuges, in welcher alle sich bewegenden Teile nach dem Stoppen des Fahrzeugs in Ruhestellung gelangen und insbesondere auf eine Schmiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. DE000069904890T2 F16H 57/ 05 Ishikawa, Tomoaki; Kita, Hiroyuki; Kuroda, Shuji; Ohyama, Eiji; Suzuki, Eiji; Tsubata, Yoshimichi Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/ Tokyo Gehäuse für stufenloses Fahrzeuggetriebe Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Getriebe, das an einem Fahrzeug verwendet wird, und insbesondere die Konfiguration eines Gehäuses (d. i. eines Getriebegehäuses), das für ein stufenlos verstellbares Riemengetriebe verwendet wird, das ein Paar von Riemenscheiben sowie einen um diese Riemenscheiben herumgelegten Riemen aufweist. DE000069906429T2 C08G 64/ 20 Sasaki, Katsushi; Sawaki, Toru; Shimonaru, Masashi; Uenishi, Kazuhiro Teijin Ltd., Osaka Verfahren zur Herstellung von Polycarbonatharz Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polycarbonatharzes und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Polycarbonatharzes durch eine Schmelzpolykondensationsreaktion zwischen einer aromatischen Diolverbindung und einem Kohlensäurediester. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen eines Ventils, einer Zahnradpumpe, eines Flansches oder eines Strömungsdurchgangs für die Überführung eines Reaktionsgemischs zwischen einer Mehrzahl von Polymerisationsreaktoren in einem industriellen Verfahren zur Erzeugung eines Polycarbonatharzes durch eine Schmelzpolykondensationsreaktion. Die Verbesserungen der vorliegenden Erfindung werden auf die Ausgabe eines Polycarbonatharzes aus einem Polymerisationsendreaktor und die Überführung des Polycarbonatharzes zum nächsten Schritt angewandt. DE000069907028T2 F01M 1/ 00 Thiyagarajan, Marimuthu Ramu Thiyagarajan, Marimuthu Ramu Kostengünstige Brennkraftmaschine mit erhöhtem Wirkungsgrad, Brennstoffersparnis und Schadstoffausstosssteuerung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kostengünstige, neue Brennkraftmaschine mit einem erhöhten mechanischen Wirkungsgrad, einer Kraftstoffersparnis und einer Schadstoffausstoßregelung und im Besonderen auf eine neue Brennkraftmaschine mit einem verbesserten Schmiermechanismus zur Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrads, Verschleißminderung, Abfuhr schädlicher Wärme in Verbindung mit der Einführung eines Frühzündungs-/ Früheinspritzsystems, wodurch zusätzliche Zeit zur Verbrennung des Kraftstoffs ohne Klopfen und Geräuschbildung infolge einer Erhöhung der mechanischen Brennkraftmaschinen- Oktan-/ Cetanzahlen bereitgestellt wird, was dazu führt, dass eine größere Kraftstoffersparnis erreicht und dadurch eine Schadstoffausstoßregelung bei den Abgas-/ Endprodukten, die das System verlassen, erreicht wird. Erklärung Für jedes veröffentlichte Patent ist der Informationstext nach folgender Reihenfolge gegliedert: Veröffentlichungs-Nummer; Veröffentlichungsdatum; IPC - Hauptklasse; Erfinder; Anmelder / Inhaber; Titel der Erfindung / des Patents; Abstract. Patentumschau TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 70 Schadensanalyse/ Schadenskatalog 71 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Mit der zunehmenden Mechanisierung und Automatisierung werden an das betriebssichere Verhalten aller Maschinenelemente immer höhere Anforderungen gestellt; sonst würden die Kosten für Betriebsstörungen infolge von Maschinenschäden zu stark anwachsen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die direkten Kosten für die Reparatur oder den Austausch des ausgefallenen Maschinenelements normalerweise nur den kleineren Teil der Gesamtkosten ausmachen. Weitaus höhere Kosten können durch Folgeschäden und die wirtschaftlichen Einbußen infolge Produktionsausfalls einer Betriebsanlage entstehen. Aus diesem Zusammenhang lassen sich zwei Folgerungen ableiten: einmal werden an die vorbeugende In- Maschinenelement Rillenkugellager standhaltung außerordentlich hohe Anforderungen gestellt, um mögliche Schäden „vorherzusagen“ und ein Maschinenelement mit potenzieller Schadensgefahr rechtzeitig vor dem endgültigen Ausfall auswechseln zu können. Zum anderen muss durch die eingehende Analyse eines eingetretenen Schadensfalles dessen Ursache schnell und vor allem möglichst eindeutig ermittelt werden, damit durch entsprechende Abhilfe- und Vorbeugemaßnahmen eine Wiederholung vermieden wird. In dieser Rubrik werden daher für die Schadensanalyse zunächst Tafeln vorgestellt, welche die Schadensaufklärung erleichtern können. Danach werden typische und interessante Schadensfälle erläutert, die in der Regel aus der Praxis stammen. Joachim Zerbst S CHADENS - ANALYSE S CHADENS - KATALOG Schadensbild Oberbegriff: Ermüdungsschaden Unterbegriff: Abblätterungen Beschreibung des Schadensbildes Seitlich versetzte Laufspur mit starken Abblätterungen am Innenring eines Rillenkugellagers. Bereits fortgeschrittener Schadensverlauf. Schadensursache Axiale Verspannung durch zu stramme Anstellung infolge von Kostruktions- und Montagefehlern oder infolge von Wärmedehnungen während des Betriebs bei unzureichender axialer Verschiebbarkeit. Der Schmierstoff ist ohne Einfluss auf die Entstehung oder gar Verhütung des Schadens. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 71 Anzeige 72 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 expert verlag GmbH Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0) 7071 9 75 56 -0 \ Fax +49 (0) 7071 97 97-11 \ info@verlag.expert \ www.narr.de Stand: Dezember 2019 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! PRAXISHANDBUCH FÜR UNTERNEHMER UND FÜHRUNGSKRÄFTE Hans-Joachim Hess Produkthaftung in Deutschland und Europa Das Praxishandbuch für Unternehmer und Führungskräfte - Mit Fallbeispielen, Mustern und Checklisten Kontakt & Studium 2., neu überarbeitete Au age 2019, 369 Seiten €[D] 49,80 ISBN 978-3-8169-3338-0 eISBN 978-3-8169-8338-5 Produkthaftungs-Management verlangt Systemdenken und Interaktionsvermögen im Innenwie im Außenverhältnis. Produkthaftungsanforderungen lassen sich offensiv und damit innovativ bewältigen. Das gilt nicht nur für die Produktgestaltung, sondern insbesondere für die strategische Unternehmensentwicklung. Das Buch behandelt anhand von praxisbezogenen Beiträgen, Fallbeispielen, Checklisten und Gra ken die betriebsorganisatorischen Maßnahmen im Bereich Management, Forschung & Entwicklung, Produktion und Vertrieb und hilft bei der Lösung von Problemen der Vertragsgestaltung mit Zulieferern und internationalen Vertragspartnern. Besonders berücksichtigt sind dabei Qualitätssicherungsvereinbarungen sowie der Kauf- und Liefervertrag. Es wir ebenso die Entwicklung des Produkthaftungsrechts in den anderen EU-Mitgliedstaaten beleuchtet. Die Autoren zeigen, wie einem Schadensfall durch Produktbeobachtung und gegebenenfalls durch Warnungen und Rückrufe ef zient und professionell begegnet werden kann. Sie gehen auch auf die produktbegleitende Technische Dokumentation sowie auf die Gestaltung und Platzierung von Warn- und Sicherheitshinweisen ein. Hans-Joachim Hess (Jahrgang 1958), ist Rechtsanwalt in Hamburg und Zürich sowie seit 1991 Leiter des European Business Development Instituts, EBDI, Institut für technische und betriebliche Sicherheitsberatung, in Küsnacht/ Schweiz. Er hat sich auf Fragen des internationalen technischen Rechts spezialisiert und unterstützt hauptsächlich mittelständische Betriebe vor allem im Bereich allgemeine Produktsicherheit, Produkthaftung, Produktrückruf, CE-Kennzeichnung, Technische Dokumentation, Normenwesen sowie des internationalen Haftp icht- und Vertragsrechts. Herr Hess veröffentlichte zahlreiche Fachpublikationen zu den genannten Themen in Deutschland und der Schweiz und ist Dozent und Schulungsleiter im In- und Ausland. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 72 Handbuch der Tribologie und Schmierungstechnik 73 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Handbuch der Tribologie und Schmierungstechnik W. J. Bartz, Denkendorf 4.5.5 Einflüsse auf Zahnradschäden Die Höhe der einzelnen Einflüsse auf Langsamlaufverschleiß, Grübchenbildung, Graufleckigkeit und Fressen wird anhand der Tabellen 4.24 bis 4.27 (Tab. z.T. in Heft 4/ 5) verdeutlicht. Die Einflüsse auf den Zahnbruch werden in Tabelle 4.28 zusammengefasst. Dieser Schaden kann nicht über den Schmierstoff beeinflusst werden. Werkstoff, Oberfläche 6 µ m : 3 µ m Rauheit R Z 1 : 3 Werkstoff, Härtung (Austenitgehalt günstig) 1 : 2,8 Schmierstoff ZDTP : S-P Additive 1 : 2,7 Betriebsviskosität verdoppeln 1 : 2 Reibungszahl halbieren 1 : 2 niedrige : hohe Umfangsgeschwindigkeit 1 : 1,3 Öltemperatur verringen um 20 C 1 : 1,25 Tabelle 4.27: Relative Einflüsse auf die Grauflecken (Drehmoment) Werkstoff Vergütet : Nitriert : Einsatzgehärtet 1 : 1,2 : 1,4 Vergütungsstahl: Rauheit R Z = 4µm : 40µm 1 : 0,9 Einsatzstahl: Rauheit R Z = 4µm : 10µm : 40µm 1,05 : 1 : 0,95 unverletzte Ausrundung : Schleifkerbe 1 : 0,5 Kugelstrahlen in der Schleifkerbe 1 : 1,3 Gegossen : gewalzt : gesenkgeschmiedet 0,8 : 1 : 1,3 Geometrie Doppelter Modul 1 : 2 Null-Verzahnung : V-Verzahnung Z 1 unter 20 1 : 1,1 Z 1 über 40 1 : 1 Eingriffswinkel 20 : 28 Z 1 unter 20 1 : 1,25 Z 1 über 40 1 : 1,15 Geradverzahnung : Schrägverzahnung ( β = 17 ) 1 : 1,2 Relative Werkzeugkopfabrundung 0,25 : 0,4 1 : 1,1 Tabelle 4.28: Einflüsse verschiedener Maßnahmen auf die Zahnfussdauerfestigkeit (Zahnbruch) 4.5.6 Berechnung der Fresstragfähigkeit Wegen des großen und eindeutigen Einflusses des Schmierstoffes auf die Fresstragfähigkeit, ist es möglich, die sogenannte Fresssicherheit S F unter Berücksichtigung der Schmierstoffeigenschaften zu berechnen. Somit wird der Schmierstoff als Konstruktionselement angesehen. Wie die folgenden Gleichungen zeigen, wird die Fresssicherheit als Quotient aus zulässiger und vorhandener Beanspruchung definiert: S F = Zul¨assige Beanspruchung Vorhandene Beanspruchung > 1. Dieses Verhältnis muss größer 1 sein, damit kein Fressen eintritt. Für die elastohydrodynamische Fresssicherheit S FEHD gilt entsprechend Die Beziehung für die reaktionsfilmbedingte Fresssicherheit S FEP ist S F EHD = Grenzbelastung des Tragfilms Zahnradbelastung . S F EP = Grenzbelastung des Reaktionsfilms Zahnradbelastung TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 73 Handbuch der Tribologie und Schmierungstechnik 74 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Zu unterscheiden sind die elastohydrodynamische Fresssicherheit sowie die durch den Additiveinfluss gegebene Fresssicherheit. Erstere hängt von der Tragfähigkeit des unter Druck stehenden Ölfilms ab. Letztere von der Tragfähigkeit des von den EP-Additiven durch chemisch-physikalische Reaktionen erzeugten Oberflächenfilms ab. Informationen zur Berechnung der elastohydrodynamischen Filmdicke kann man Tabelle 4.29 entnehmen. Die enthaltenen Größen sind h min = Mindestspalt α = Druckkoezient der Viskosität η 0 = Viskosität E = reduzierter E-Modul für beide Werkstoffe w = spezifische Belastung. Die Faktoren X, Y und Z ermöglichen eine Auswahl für einen speziellen Zahnradfall. Die weiteren Größen sind übliche Zahnradgeometriegrößen. Tabelle 4.29: Ermittlung des elastohydrodynamischen Tragfilms Unter Berücksichtigung der Rautiefen der Zahnflankenoberflächen lässt sich dann die spezifische Filmdicke λ errechnen, die eine bestimmte Größe erreichen muss, um Fressen zu unterbinden. Es gilt Die verwendeten Größen sind h min = Mindestfilmdicke S 1 +S 2 = mittlere Rauhtiefe (RMS) der beiden Oberflächen. Für eine spezifische Filmdicke von λ ≥ 4 entsteht kein Fressverschleiß. Für 1,5 ≤ λ < 4 ist der Fressverschleiß möglich und für Werte unter 1,5 wird er wahrscheinlich. Zur Ermittlung der durch die Schmierstoffadditive gewährleistete Sicherheit gegen Fressen kann man die Integralgrenztemperatur ermitteln, bei welcher für ein gegebenes Öl Fressen auftritt, die höher als die auf den Zahnflanken herrschende Temperatur sein muss. Nach Michaelis ist die Fresssicherheit S FT über den Quotienten aus den Integralgrenztemperaturen für Fressen Fint und der Zahnflanken int definiert: Der Index T deutet auf ein Testgetriebe oder -öl hin. λ = 2h min S 1 + S 2 . S F T = ϑ F int ϑ int . Bild 4.58: Ermittlung der reaktionsbedingten Fresssicherheit über die Integralgrenztemperatur TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 74 Normen 75 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 1 Normen der Schmierungstechnik 1.1 Nationale Normen und Entwürfe 1.1.1 DIN-Normen Z DIN EN 12916: 2016-06 Mineralölerzeugnisse - Bestimmung von aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen in Mitteldestillaten - Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Verfahren mit Brechzahl-Detektion; Deutsche Fassung EN 12916: 2016 Zurückgezogen, ersetzt durch DIN EN 12916: 2019-08 DIN EN 12916: 2019-08 Print: 89,80 EUR/ Download: 82,60 EUR Mineralölerzeugnisse - Bestimmung von aromatischen Kohlenwasserstoffgruppen in Mitteldestillaten - Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Verfahren mit Brechzahl-Detektion; Deutsche Fassung EN 12916: 2019 Petroleum products - Determination of aromatic hydrocarbon types in middle distillates - High performance liquid chromatography method with refractive index detection; German version EN 12916: 2019 Ersatz für DIN EN 12916: 2016-06 Gegenüber DIN EN 12916: 2016-06 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Ergänzung eines Verfahrens zur Analyse sehr geringer Gehalte an aromatischen Kohlenwasserstoffen; b) Erhöhung der erforderlichen Genauigkeit der Wägung der Systemkalibrierstandards 1 und 2 von 0,001 g auf 0,000 1 g; c) Aufnahme des informativen Anhangs B „Praktische Handlungsanleitungen für Proben von paraffinischen Dieselkraftstoffen“. Dieses Dokument legt ein Prüfverfahren zur Bestimmung des Gehaltes an monoaromatischen, diaromatischen und tri+-aromatischen Kohlenwasserstoffen in Dieselkraftstoffen, paraffinischen Dieselkraftstoffen und Mineralöldestillaten fest. E DIN ISO 13357-1: 2019-07 Print: 81,90 EUR/ Download: 75,40 EUR Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Filtrierbarkeit von Schmierölen - Teil 1: Verfahren für Öle in Gegenwart von Wasser (ISO 13357-1: 2017); Text Deutsch und Englisch Petroleum products - Determination of the filterability of lubricating oils - Part 1: Procedure for oils in the presence of water (ISO 13357-1: 2017); Text in German and English Vorgesehen als Ersatz für DIN ISO 13357-1: 2009-04 Erscheinungsdatum: 2019-06-14 Einsprüche bis 2019-08-07 Gegenüber DIN ISO 13357-1: 2009-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Nationaler Anhang NA „Literaturhinweise“ überarbeitet und ergänzt; b) Nationaler Anhang NB „Nationale Hinweise zu Abschnitt 11.2“ hinzugefügt; c) Normative Verweisungen aktualisiert; d) Abschnitt 3 „Begriffe“ Datenbanken ergänzt; e) Abschnitt 6 „Prüfeinrichtungen“ überarbeitet einschließlich alternativer Membranen, um die weitere Verwendung dieses Dokuments zu ermöglichen; f) Abschnitt 9 „Verfahren“ präzisiert, hinsichtlich der Behandlung zwischen den Prüfungen; g) Anhang A „Geeignetes Verfahren für das Anbringen von Strichteilungen auf einem Messzylinder“ hinsichtlich Prüfeinrichtung und Verfahren überarbeitet; h) Literaturhinweise ergänzt; i) redaktionelle Überarbeitung des gesamten Dokuments. Dieses Dokument legt ein Verfahren für die Bestimmung der Filtrierbarkeit von Schmierölen und besonders von Hydraulikölen in Gegenwart von Wasser fest. E DIN ISO 13357-2: 2019-07 Print: 81,90 EUR/ Download: 75,40 EUR Mineralölerzeugnisse - Bestimmung der Filtrierbarkeit von Schmierölen - Teil 2: Verfahren für Trockenöle (ISO 13357-2: 2017); Text Deutsch und Englisch Petroleum products - Determination of the filterability of lubricating oils - Part 2: Procedure for dry oils (ISO 13357-2: 2017); Text in German and English Vorgesehen als Ersatz für DIN ISO 13357-2: 2008-09 Erscheinungsdatum: 2019-06-14 Einsprüche bis 2019-08-07 Gegenüber DIN ISO 13357-2: 2008-09 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Nationaler Anhang NA „Literaturhinweise“ überarbeitet und ergänzt; b) Nationaler Anhang NB; c) Normative Verweisungen aktualisiert; d) Abschnitt 3 „Begriffe“ Datenbanken ergänzt sowie „Filtrierbarkeit“ überarbeitet; e) Abschnitt 6 „Prüfeinrichtungen“ überarbeitet einschließlich alternativer Membranen, um die weitere Verwendung dieses Dokuments zu ermöglichen; f) Abschnitt 7 „Proben und Probenahme“ hinsichtlich der Temperatur überarbeitet; g) Abschnitt 9 „Durchführung“ überarbeitet, hinsichtlich der Durchführung der Prüfung; h) Abschnitt 10 „Berechnungen“, Abschnitt 11 „Angabe der Ergebnisse“ und Abschnitt 12 „Präzision“ durch redaktionelle Änderungen präzisiert; i) Anhang A „Geeignetes Verfahren für das Anbringen von Strichteilungen auf einem Messzylinder“ hinsichtlich Prüfeinrichtung und Durchführung überarbeitet; Normen TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 75 Normen 76 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 j) Literaturhinweise ergänzt; k) redaktionelle Überarbeitung des gesamten Dokuments. Dieses Dokument legt ein Verfahren für die Bestimmung der Filtrierbarkeit von Schmierölen und besonders von Hydraulikölen fest. Das Verfahren bezieht sich ausschließlich auf Mineralöle, da aus anderen Materialien hergestellte Fluide (z. B. schwer entflammbare Flüssigkeiten) unter Umständen nicht mit den spezifizierten Prüfmembranen verträglich sein könnten. Z DIN 51509-1: 1976-06 Auswahl von Schmierstoffen für Zahnradgetriebe; Schmieröle Zurückgezogen; kein Bedarf mehr. Z DIN 51509-2: 1988-12 Schmierstoffe; Auswahl von Schmierstoffen für Zahnradgetriebe; Plastische Schmierstoffe Zurückgezogen; kein Bedarf mehr. 1.1.2 Technische Lieferbedingungen des BAAINBw Z BAAINBw TL 9150-0089: 2010-08 Technische Lieferbedingungen - Sägekettenschmieröl - NATO-Kode: ohne; Bw-Kode: OY1180 Zurückgezogen, ersetzt durch BAAINBw TL 9150- 0089: 2019-06 BAAINBw TL 9150-0089: 2019-06 Technische Lieferbedingungen - Sägekettenschmieröl - NATO-Kode: ohne; Bw-Kode: OY1180 Ersatz für BAAINBw TL 9150-0089: 2010-08 1.2 Internationale Normen und Entwürfe 1.2.1 EN-Normen keine 1.2.2 ISO-Normen ZE ISO/ DIS 6521-1: 2018-11 Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte (Klasse L) - Familie D (Kompressoren) - Teil 1: Anforderungen in den Kategorien DAA und DAB (Schmierstoffe für Kolben- und rotierende Luftkompressoren mit Topfschmierung) ISO 6521-1: 2019-06 44,10 EUR Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte (Klasse L) - Familie D (Kompressoren) - Teil 1: Anforderungen in den Kategorien DAA und DAB (Schmierstoffe für Kolben- und rotierende Luftkompressoren mit Topfschmierung) Lubricants, industrial oils and related products (Class L) - Family D (compressors) - Part 1: Specifications of categories DAA and DAB (lubricants for reciprocating and drip feed rotary air compressors) E ISO/ FDIS 6521-3: 2019-07 102,00 EUR Schmierstoffe, Industrieöle und verwandte Produkte (Klasse L) - Familie D (Kompressoren) - Teil 3: Anforderungen in den Kategorien DRA, DRB, DRC, DRD, DRE, DRF und DRG (Schmierstoffe für Kältemittelverdichter) Lubricants, industrial oils and related products (Class L) - Family D (compressors) - Part 3: Specifications of categories DRA, DRB, DRC, DRD, DRE, DRF and DRG (lubricants for refrigerating compressors) Ersatz für ISO/ DIS 6521-3: 2018-11 E ISO/ DIS 23572: 2019-06 67,20 EUR Mineralölerzeugnisse - Schmierfette - Probenahme von Fetten Petroleum products - Lubricating greases - Sampling of greases Einsprüche bis 2019-09-18 2 Sonstige tribologisch relevante Normen 2.1 Nationale Normen und Entwürfe 2.1.1 DIN-Normen Z DIN ISO 76 Beiblatt 2: 2011-10 Wälzlager - Statische Tragzahlen - Beiblatt 2: Tragzahlen für Hybrid-Wälzlager Zurückgezogen, ersetzt durch DIN ISO 20056-2: 2019- 07 Z DIN ISO 281 Beiblatt 5: 2011-10 Wälzlager - Dynamische Tragzahlen und nominelle Lebensdauer - Beiblatt 5: Tragzahlen für Hybrid-Wälzlager Zurückgezogen, ersetzt durch DIN ISO 20056-1: 2019- 07 Z DIN 1495-1: 1983-04 Gleitlager aus Sintermetall mit besonderen Anforderungen für Elektro-Klein- und Kleinstmotoren; Kalottenlager, Maße Zurückgezogen, ersetzt durch DIN 1495-1: 2019-08 DIN 1495-1: 2019-08 Print: 44,40 EUR/ Download: 40,80 EUR Gleitlager aus Sintermetall mit besonderen Anforderungen für Elektro-Klein- und Kleinstmotoren - Teil 1: Kalottenlager, Maße und Toleranzen Sintered metal plain bearings which meet specific requirements for fractional and subfractional horsepower electric motors - Part 1: Spherical bearings, dimensions and tolerances Ersatz für DIN 1495-1: 1983-04 Gegenüber DIN 1495-1: 1983-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen: TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 76 Normen 77 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 a) Änderung des Titels; b) Anpassung Anwendungsbereich; c) Aktualisierung Normative Verweisungen; d) Überarbeitung Abschnitt 4. Dieses Dokument legt Maße, Bezeichnungen, Toleranzen und Werkstoffe für Kalottenlager, welche in Elektro-Klein- und Kleinstmotoren eingesetzt werden, fest. Es gilt für Kalottenlager, die so ausgelegt sind, dass bei gleicher Welle ein Austausch gegen Wälzlager möglich ist. Z DIN 1495-2: 1983-04 Gleitlager aus Sintermetall mit besonderen Anforderungen für Elektro-Klein- und Kleinstmotoren; Zylinderlager, Maße Zurückgezogen, ersetzt durch DIN 1495-2: 2019-08 DIN 1495-2: 2019-08 Print: 44,40 EUR/ Download: 40,80 EUR Gleitlager aus Sintermetall mit besonderen Anforderungen für Elektro-Klein- und Kleinstmotoren - Teil 2: Zylinderlager, Maße und Toleranzen Sintered metal plain bearings which meet specific requirements for fractional and subfractional horsepower electric motors - Part 2: Cylindrical bearings, dimensions and tolerances Ersatz für DIN 1495-2: 1983-04 Gegenüber DIN 1495-2: 1983-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Änderung des Titels; b) Anpassung Anwendungsbereich; c) Aktualisierung Normative Verweisungen; d) Überarbeitung Abschnitt 4. Dieses Dokument legt Maße, Bezeichnungen, Toleranzen und Werkstoffe für Zylinderlager, welche in Elektro-Klein- und Kleinstmotoren eingesetzt werden, fest. Es gilt für Zylinderlager, die so ausgelegt sind, dass bei gleicher Welle ein Austausch gegen Wälzlager möglich ist. E DIN ISO 4386-3: 2019-07 Print: 74,40 EUR/ Download: 68,30 EUR Gleitlager - Metallische Verbundgleitlager - Teil 3: Zerstörungsfreie Prüfung nach dem Eindringverfahren (ISO 4386-3: 2018); Text Deutsch und Englisch Plain bearings - Metallic multilayer plain bearings - Part 3: Non-destructive penetrant testing (ISO 4386-3: 2018); Text in German and English Vorgesehen als Ersatz für DIN ISO 4386-3: 1992-11 Erscheinungsdatum: 2019-06-28 Einsprüche bis 2019-08-21 Gegenüber DIN ISO 4386-3: 1992-11 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Anwendungsbereich geändert; b) normative Verweisungen aktualisiert; c) neuen Abschnitt 3 „Begriffe“ ergänzt; d) Dokument neu strukturiert; e) alle Abschnitte technisch überarbeitet; f) die Bilder in Anhang A aktualisiert; g) die Literaturhinweise gelöscht; h) Norm redaktionell überarbeitet. Dieses Dokument legt eine zerstörungsfreie Prüfung nach dem Eindringverfahren zur Ermittlung von Bindungsfehlern und Fehlstellen in der Gleitfläche des Lagers fest. E DIN EN ISO 4497: 2019-07 Print: 59,60 EUR/ Download: 54,80 EUR Metallpulver - Bestimmung der Teilchengröße durch Trockensiebung (ISO/ DIS 4497: 2019); Deutsche und Englische Fassung prEN ISO 4497: 2019 Metallic powders - Determination of particle size by dry sieving (ISO/ DIS 4497: 2019); German and English version prEN ISO 4497: 2019 Vorgesehen als Ersatz für DIN ISO 4497: 1991-04 Erscheinungsdatum: 2019-06-21 Einsprüche bis 2019-08-14 Gegenüber DIN ISO 4497: 1991-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Anwendungsbereich: Teilchengröße auf 44 μm begrenzt (vorm. 45 μm); b) Abschnitt 2 „Normative Verweisungen“ überarbeitet; c) Abschnitt 3 „Begriffe“ neu aufgenommen; d) 5.1 „Prüfgeräte“ (vorm. 4.1): erste Anmerkung überarbeitet; e) Abschnitt 9 „Genauigkeit“: neu aufgenommen. Dieses Dokument legt ein Verfahren fest zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung metallischer Pulver durch Trockensieben in Granulationsfraktionen. Z DIN ISO 12303: 1998-07 Gleitlager - Qualitätsmerkmale - Berechnung von Maschinen- und Prozeßfähigkeiten (ISO 12303: 1995) Zurückgezogen; Die ISO 12303: 1995 ist zurückgezogen worden. Der Inhalt der Norm ist technisch veraltet DIN ISO 12302: 2019-07 Print: 44,40 EUR/ Download: 40,80 EUR Gleitlager - Qualitätsmerkmale - SPC (Statistical process control) (ISO 12302: 2017) Plain bearings - Quality characteristics - Statistical process control (SPC) (ISO 12302: 2017) Ersatz für DIN ISO 12302: 1998-07 Gegenüber DIN ISO 12302: 1998-07 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Anpassung an ISO-Regularien; b) Aktualisierung der Normativen Verweisungen; c) Überarbeitung von Abschnitt 5 und Abschnitt 6; d) Überarbeitung von Tabelle 1. Dieses Dokument legt jene Qualitätsmerkmale für Gleitlager nach ISO 12301 (mit Ausnahme dickwandiger Lagerschalen) fest, mit denen nach Gesichtspunkten des Statistical-Process-Control (SPC) ein Fertigungs-verfahren gesteuert und überwacht werden kann. E DIN EN ISO 13517: 2019-07 Print: 67,00 EUR/ Download: 61,70 EUR Metallpulver - Ermittlung der Durchflussrate mit Hilfe TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 77 Normen 78 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 eines kalibrierten Trichters (Gustavsson flowmeter) (ISO/ DIS 13517: 2019); Deutsche und Englische Fassung prEN ISO 13517: 2019 Metallic powders - Determination of flowrate by means of a calibrated funnel (Gustavsson flowmeter) (ISO/ DIS 13517: 2019); German and English version prEN ISO 13517: 2019 Vorgesehen als Ersatz für DIN EN ISO 13517: 2013-08 Erscheinungsdatum: 2019-06-14 Einsprüche bis 2019-08-07 Gegenüber DIN EN ISO 13517: 2013-08 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Toleranz für die Trichterneigung hinzugefügt; b) Verwendung „Referenzkorn“ anstelle „Chinesisches Schmirgelkorn“; c) Abschnitt „Prüfbericht“: Eintrag c) präzisiert. Diese Internationale Norm legt ein Verfahren zur Ermittlung der Durchflussrate für Metallpulver einschließlich Hartmetallpulver und Gemische aus Metallpulvern mit organischen Zusatzstoffen, z. B. Schmiermitteln, mit Hilfe eines kalibrierten Trichters (Gustavsson flowmeter) fest. Dieses Verfahren ist nur auf Pulver anwendbar, die frei durch die festgelegte Ausflussöffnung des Prüftrichters fließen. DIN ISO 20056-1: 2019-07 Print: 81,90 EUR/ Download: 75,40 EUR Wälzlager - Tragzahlen für Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern - Teil 1: Dynamische Tragzahlen (ISO 20056-1: 2017) Rolling bearings - Load ratings for hybrid bearings with rolling elements made of ceramic - Part 1: Dynamic load ratings (ISO 20056-1: 2017) Ersatz für DIN ISO 281 Beiblatt 5: 2011-10 Gegenüber DIN ISO 281 Beiblatt 5: 2011-10 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) das Beiblatt wurde durch eine Norm ersetzt; b) Anpassung an ISO-Regularien; c) Aufnahme von Abschnitt 2 „Normative Verweisungen“ und Abschnitt 3 „Begriffe“; d) technische Überarbeitung der Tragzahlberechnung; e) Anpassung des Reduzierungsfaktors bm für Axialrollen und Axialkugellager; f) Überarbeitung der Literaturhinweise. Hybridlager sind Wälzlager mit Laufbahnen aus allgemein üblichen Wälzlagerstahl und Wälzkörpern aus Siliciumnitrid (zu Definitionen siehe ISO 5593). Aufgrund des höheren Elastizitätsmoduls der keramischen Wälzkörper haben Hybridlager bei gleicher Belastung eine deutlich kleinere Kontaktellipse als Wälzlager mit Wälzkörpern aus Wälzlagerstahl. Dies führt theoretisch zu einer Verringerung der dynamischen Tragfähigkeit. In der Praxis werden Hybridlager in zahlreichen Industrieanwendungen eingesetzt, bei denen diese Lager mindestens die gleiche Lebensdauer wie herkömmliche Wälzlager mit Stahlwälzkörpern aufweisen. Für den typischen Einsatzbereich von Hybridlagern ist daher die theoretische Reduzierung der dynamischen Tragzahl in der Praxis nicht zu beobachten. Die kleinere Kontaktellipse und die Materialkombination aus Keramik-Stahl führen zu einer erkennbar geringeren Schubspannung an der Oberfläche im Wälzkontakt, was wiederum zu einer höheren Belastbarkeit führt. Dies spiegelt sich in der Definition eines höheren bm-Faktors im Vergleich zu Stahllagern wider, der die höhere Kontaktspannung bei gleicher Tragfähigkeit kompensiert. Die in diesem Dokument angegebenen Formeln ergeben daher die gleichen dynamischen Tragzahlen wie nach ISO 281 für Wälzlager mit identischer Innengeometrie und Wälzkörpern aus Stahl. Dieses Dokument spezifiziert Methoden zur Berechnung der dynamischen Tragzahlen für Hybridlager mit Lagerringen aus zeitgemäßem, allgemein gebräuchlichem, hochwertigem gehärtetem Lagerstahl in Übereinstimmung mit guter Herstellungspraxis und Wälzkörpern aus Siliciumnitrid in heute, allgemein verwendeter, hoher Material- und Fertigungsqualität und Oberflächenbeschaffenheit. DIN ISO 20056-2: 2019-07 Print: 81,90 EUR/ Download: 75,40 EUR Wälzlager - Tragzahlen für Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern - Teil 2: Statische Tragzahlen (ISO 20056-2: 2017) Rolling bearings - Load ratings for hybrid bearings with rolling elements made of ceramic - Part 2: Static load ratings (ISO 20056-2: 2017) Ersatz für DIN ISO 76 Beiblatt 2: 2011-10 Gegenüber DIN ISO 76 Beiblatt 2: 2011-10 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) das Beiblatt wurde durch eine Norm ersetzt; b) Anpassung an ISO-Regularien; c) Aufnahme von Abschnitt 2 „Normative Verweisungen“ und Abschnitt 3 „Begriffe“; d) technische Überarbeitung der Tragzahlberechnung; e) Anpassung des Reduzierungsfaktors b m für Axialrollen und Axialkugellager; f) Aufnahme Anhang B „Anhaltswerte für den Faktor f 0 für Kugellager“, Anhang C „Unstetigkeit bei der Berechnung der statischen Tragzahlen“ und Anhang D „Werkstoffeigenschaften und Werkstoffklassifizierung“; g) Überarbeitung der Literaturhinweise. Hybridlager sind Wälzlager mit Laufbahnen aus allgemein üblichen Wälzlagerstahl und Wälzkörpern aus Siliciumnitrid (zu Definitionen siehe ISO 5593). Aufgrund des höheren Elastizitätsmoduls der keramischen Wälzkörper haben Hybridlager bei gleicher Belastung eine deutlich kleinere Kontaktellipse als Wälzlager mit Wälzkörpern aus Wälzlagerstahl. Dies führt bei gleicher Belastung zu höheren Kontaktspannungen. Seit der zweiten Ausgabe der ISO 76 im Jahr 1987 wird die statische Tragfähigkeit von Wälzlagern durch eine zulässige Hertz’sche Pressung bei Kontakt mit höchster Belastung definiert. Bei Wälzlagern aus Stahl führt diese Kontaktspannung zu einer dauerhaften plastischen Verformung an der Laufbahn und dem Wälzkörper von etwa 1/ 10 000stel des Wälzkörperdurchmessers. Bei Hybridlagern tritt keine nennenswerte plastische Verformung TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 78 Normen 79 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 am Wälzkörper auf, was zu einer geringeren plastischen Gesamtverformung im Wälzkontakt führt. Entsprechend der industriellen Praxis sind daher für Hybridlager etwas höhere zulässige Hertz’sche Pressung definiert. Die Anhaltswerte für die statische Tragsicherheit S0 wurden entsprechend erhöht, um die gleiche Gesamttragsicherheit für die Laufbahn zu erhalten. Dieses Dokument spezifiziert Methoden zur Berechnung der statischen Tragzahlen für Hybridlager mit Lagerringen aus zeitgemäßem, allgemein gebräuchlichem, hochwertigem gehärtetem Lagerstahl in Übereinstimmung mit guter Herstellungspraxis und einem vollständigen Satz Wälzkörper aus Siliziumnitrid (Si 3 N 4 ) in heute, allgemein verwendeter Material- und Fertigungsqualität. 2.1.1.1 Übersetzungen DIN ISO 76: 2019-04 Print: 121,10 EUR/ Download: 111,40 EUR Rolling bearings - Static load ratings (ISO 76: 2006 + Amd.1: 2017) Wälzlager - Statische Tragzahlen (ISO 76: 2006 + Amd.1: 2017) DIN 189: 1977-07 Print: 32,10 EUR/ Download: 29,60 EUR Driving Elements; Sole Plates; Main Dimensions Antriebselemente; Sohlplatten, Hauptmaße DIN ISO 10129: 2019-04 Print: 74,60 EUR/ Download: 68,50 EUR Plain bearings - Testing of bearing metals - Resistance to corrosion by lubricants under static conditions (ISO 10129: 2017) Gleitlager - Prüfung von Lagerwerkstoffen - Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schmierstoffen bei statischer Beanspruchung (ISO 10129: 2017) DIN ISO 12302: 2019-07 Print: 55,30 EUR/ Download: 51,00 EUR Plain bearings - Quality characteristics - Statistical process control (SPC) (ISO 12302: 2017) Gleitlager - Qualitätsmerkmale - SPC (Statistical process control) (ISO 12302: 2017) DIN ISO 15312: 2019-04 Print: 102,60 EUR/ Download: 94,40 EUR Rolling bearings - Thermal speed rating - Calculation (ISO 15312: 2018) Wälzlager - Thermische Bezugsdrehzahl - Berechnung (ISO 15312: 2018) DIN ISO 20056-1: 2019-07 Print: 102,60 EUR/ Download: 94,40 EUR Rolling bearings - Load ratings for hybrid bearings with rolling elements made of ceramic - Part 1: Dynamic load ratings (ISO 20056-1: 2017) Wälzlager - Tragzahlen für Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern - Teil 1: Dynamische Tragzahlen (ISO 20056-1: 2017) DIN ISO 20056-2: 2019-07 Print: 102,60 EUR/ Download: 94,40 EUR Rolling bearings - Load ratings for hybrid bearings with rolling elements made of ceramic - Part 2: Static load ratings (ISO 20056-2: 2017) Wälzlager - Tragzahlen für Hybridlager mit keramischen Wälzkörpern - Teil 2: Statische Tragzahlen (ISO 20056-2: 2017) 2.1.2 VDI-Richtlinien VDI/ VDE 2612 Blatt 1 Berichtigung: 2019-07 Messen und Prüfen von Verzahnungen - Auswertung von Profil- und Flankenlinienmessungen an Zylinderrädern mit Evolventenprofil - Berichtigung zur Richtlinie VDI/ VDE 2612 Blatt 1: 2018-11 Measurement and testing of gears - Evaluation of profile and helix measurements on cylindrical gears with involute profile - Corrigendum concerning standard VDI/ VDE 2612 Blatt 1: 2018-11 VDI 2730 Blatt 1: 2019-08 113,50 EUR Toleranzen und Toleranzmanagement bei Gelenkgetrieben - Checklisten - Vorgehen und Werkzeuge Tolerances and dimensional management in mechanical linkages - Checklists - Approach and tools 2.2 Internationale Normen und Entwürfe 2.2.1 EN-Normen ZE prEN ISO 3252: 2018-04 Pulvermetallurgie - Begriffe (ISO/ DIS 3252: 2018) Zurückgezogen, ersetzt durch FprEN ISO 3252: 2019-05 E FprEN ISO 3252: 2019-05 Pulvermetallurgie - Begriffe (ISO/ FDIS 3252: 2019) Powder metallurgy - Vocabulary (ISO/ FDIS 3252: 2019) Vorgesehen als Ersatz für EN ISO 3252: 2000-10; Ersatz für prEN ISO 3252: 2018-04 2.2.2 ISO-Normen Z ISO 355: 2007-07 Wälzlager - Metrische Kegelrollenlager - Grenzabmaße und Serienbezeichnungen Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 355: 2019-05 Z ISO 355 AMD 1: 2012-02 Wälzlager - Metrische Kegelrollenlager - Grenzabmaße und Serienbezeichnungen; Änderung 1 Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 355: 2019-05 ZE ISO/ FDIS 355: 2019-02 Wälzlager - Metrische Kegelrollenlager - Maße und Reihenbezeichnungen ISO 355: 2019-05 183,10 EUR Wälzlager - Metrische Kegelrollenlager - Maße und TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 79 Normen 80 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 Reihenbezeichnungen Rolling bearings - Tapered roller bearings - Boundary dimensions and series designations Ersatz für ISO 355: 2007-07 und ISO 355 AMD 1: 2012- 02 ZE ISO/ DIS 3252: 2018-04 Pulvermetallurgie - Begriffe Zurückgezogen, ersetzt durch ISO/ FDIS 3252: 2019- 05 E ISO/ FDIS 3252: 2019-05 159,80 EUR Pulvermetallurgie - Begriffe Powder metallurgy - Vocabulary Vorgesehen als Ersatz für ISO 3252: 1999-12; Ersatz für ISO/ DIS 3252: 2018-04 E ISO/ DIS 4497: 2019-05 67,20 EUR Metallpulver - Bestimmung der Teilchengröße durch Trockensiebung Metallic powders - Determination of particle size by dry sieving Vorgesehen als Ersatz für ISO 4497: 1983-06 Einsprüche bis 2019-08-20 E ISO/ DIS 4548-5: 2019-05 67,20 EUR Methods of test for full-flow lubricating oil filters for internal combustion engines - Part 5: Test for cold start simulation and hydraulic pulse durability Vorgesehen als Ersatz für ISO 4548-5: 2013-07 Einsprüche bis 2019-08-01 ZE ISO/ DIS 6626-2: 2016-05 Internal combustion engines - Piston rings - Part 2: Coil-spring-loaded oil control rings of narrow width made of cast iron Z ISO 7146-1: 2008-10 Gleitlager - Ölgeschmierte metallische Gleitlager - Terminologie und Schadenscharakterisierung - Teil 1: Allgemeines Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 7146-1: 2019-05 ZE ISO/ FDIS 7146-1: 2019-02 Plain bearings - Appearance and characterization of damage to metallic hydrodynamic bearings - Part 1: General ISO 7146-1: 2019-05 206,30 EUR Plain bearings - Appearance and characterization of damage to metallic hydrodynamic bearings - Part 1: General Ersatz für ISO 7146-1: 2008-10 Z ISO 7146-2: 2008-10 Gleitlager - Ölgeschmierte metallische Gleitlager - Terminologie und Schadenscharakterisierung - Teil 2: Kavitationsschäden und Gegenmaßnahmen Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 7146-2: 2019-05 ZE ISO/ FDIS 7146-2: 2019-02 Plain bearings - Appearance and characterization of damage to metallic hydrodynamic bearings - Part 2: Cavitation erosion and its countermeasures ISO 7146-2: 2019-05 102,00 EUR Plain bearings - Appearance and characterization of damage to metallic hydrodynamic bearings - Part 2: Cavitation erosion and its countermeasures Ersatz für ISO 7146-2: 2008-10 E ISO/ DIS 13517: 2019-05 67,20 EUR Metallpulver - Ermittlung der Durchflussrate mit Hilfe eines kalibrierten Trichters (Gustavsson flowmeter) Metallic powders - Determination of flowrate by means of a calibrated funnel (Gustavsson flowmeter) Vorgesehen als Ersatz für ISO 13517: 2013-05 Einsprüche bis 2019-08-23 E ISO/ DIS 21250-4: 2019-06 67,20 EUR Wälzlager - Geräuschprüfung von Wälzlagerfetten - Teil 4: Prüf- und Bewertungsverfahren NQ Rolling bearings - Noise testing of rolling bearing greases - Part 4: Test and evaluation method NQ Einsprüche bis 2019-09-20 3 Vorhaben 3. 1 DIN-Normenausschuss Maschinenbau (NAM) Sicherheitsanforderungen und Verifizierung - Teil 1: Motorkraftbetriebene Flurförderzeuge mit Ausnahme von fahrerlosen Flurförderzeugen, Staplern mit veränderlicher Reichweite und Lastentransportfahrzeugen; (DIN EN ISO 3691-1: 2015-12); (Europäisches Normungsvorhaben); NA 060-22-42 AA <06003957> Diese Teil der Normenreihe ISO 3691 enthält Sicherheitsanforderungen und Mittel zu ihrer Prüfung von motorkraftbetriebenen Flurförderzeugen (im weiteren Text mit Flurförderzeuge bezeichnet) wie in ISO 5053-1 definiert. a) Gegengewichtstapler; b) Schubstapler mit Schubmast oder mit Schubgabel; c) Spreizenstapler; d) Gabelhochhubwagen; e) Hochubwagen; f) Stapler mit hebbarem Fahrerplatz größer 1200 mm; g) Seitenstapler (nur eine Seite); h) Seitenstapler (beidseitig), und Dreiseitenstapler; i) Niederhubwagen; j) Zweiweg- und Mehrwegstapler; k) Schlepper mit einem mit einer Zugkraft bis zu und einschließlich 50000 N; l) geländegängige Gegengewichtsstapler; m) Flurförderzeuge mit Batterie-, Diesel-, Benzin- oder Flüssiggas (LPG)-Motor. Dieser Teil der Normenreihe ISO 3691gilt nicht für TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 80 Normen 81 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 kraftbetriebene Stapler mit veränderlicher Reichweite, fahrerlose Flurförderzeuge oder Lasten- und Personentransportfahrzeug, die in ISO 3691-2, ISO 3691-4 and ISO 3691-6, entsprechend abgedeckt sind. Prüfung von Schmierstoffen; Bestimmung des Rußgehaltes in gebrauchten Dieselmotorenölen; Infrarotspektrometrie; (DIN 51452: 1994-01); NA 062-06-63 AA <06235628> Das infrarotspektrometrische Verfahren dient der Bestimmung des Rußgehaltes, ermittelt als Massenanteil in %, in gebrauchten Dieselmotorenölen. Schmierstoffe; Konsistenz-Einteilung für Schmierfette; NLGI-Klassen; (DIN 51818: 1981-12); NA 062-06-52 AA <06235630> Dieses Dokument gilt für die Einteilung der Schmierfette nach der Walkpenetration in NLGI-Klassen zur Kennzeichnung nach ihrer Konsistenz. Mineralölerzeugnisse - Leitfaden für eine gute Systemwartung - Teil 3: Vermeidung der gegenseitigen Verunreinigung; (DIN-Fachbericht CEN/ TR 15367-3: 2009-04); (Europäisches Normungsvorhaben); NA 062- 06-32 AA <06235654> Dieses Dokument gibt allgemeine Hinweise zum Umgang mit Kraftstoffen. Das Dokument befasst die gegenseitige Verunreinigung zwischen Otto- und Dieselkraftstoffen, die in der Lieferkette, bei der Herstellung, Lagerung, Beförderung oder Verteilung auftreten kann. 3.2 DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL) Luft- und Raumfahrt - Ösenköpfe mit zweireihigem Pendelkugellager und Gewindeschaft aus Stahl - Maße und Belastungen; Inch-Reihe; (Europäisches Normungsvorhaben); NA 131-03-03 AA <13116326> Das Dokument legt die Eigenschaften von einstellbaren Ösenköpfen mit zweireihigen Pendelkugellager und Gewindeschaft aus Stahl fest. Diese Ösenköpfe sind für Bediengestänge für Flugsteuerungen oder für Strukturstangen von Luftfahrzeugen bestimmt. Luft- und Raumfahrt - Bauteile mit zylindrischer Lagerflächen und selbstschmierender PTFE-Beschichtung - Konstruktionsrichtlinien, Maße und Belastung für metallische Bauteile; (Europäisches Normungsvorhaben); NA 131-03-03 AA <13116330> Diese Europäische Norm legt die Konstruktionsmerkmale von Lagerflächen mit metallischem Trägermaterial fest, die in festen oder beweglichen Teilen der Flugzeugstruktur, insbesondere für Steuerungen und Betriebssysteme, verwendet werden sollen. Diese metallischen Bauteile werden in erster Linie als Gleitlager eingesetzt, sowohl als Element zum Einbau in ein anderes Bauteil als auch als zylindrische Lagerfläche in ein Bauteil. Sie sind so ausgelegt, dass sie unter Last langsamen Drehbewegungen mit kleinen Schwingungen bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen im Temperaturbereich von -55 °C bis 120 °C (-67 °F bis 248 °F) ausgesetzt sind. Peelbare oder nicht peelbare PTFE-Auskleidungen werden als selbstschmierendes Material für die Lageroberfläche verwendet, um eine hohe Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten zu gewährleisten. Die PTFE-Auskleidung kann aus einem Gewebe oder Verbundmaterial bestehen, das auf der zylindrischen Lagerfläche des Bauteils gebunden oder aufgebracht ist. Diese Norm gilt, wenn in einer Konstruktionszeichnung auf sie Bezug genommen wird. 3. 3 DIN-Normenausschuss Materialprüfung (NMP) Prüfung von Schmierstoffen - Prüfung im Mischreibungsgebiet mit dem Schmierstoffprüfgerät nach Brugger - Teil 1: Allgemeine Arbeitsgrundlagen; (DIN 51347-1: 2000-01*DIN 51347-1 Berichtigung 1: 2005- 01); NA 062-06-61 AA <06235673> Das Dokument gilt für die Prüfung von Schmierstoffen bei Einsatz im Mischreibungsgebiet. Die Prüfung dient der Ermittlung von Kennwerten für Schmierstoffe im Hinblick auf ihr Verhalten unter Mischreibungsbedingungen. Prüfung von Schmierstoffen - Prüfung im Mischreibungsgebiet mit dem Schmierstoffprüfgerät nach Brugger - Teil 2: Verfahren für Schmieröle; (DIN 51347-2: 2000-01); NA 062-06-61 AA <06235674> Das Dokument gilt für die Prüfung von Hydraulikölen und Getriebeölen mit Wirkstoffen P nach DIN 51502 bei Einsatz im Mischreibungsgebiet. Prüfung von Mineralölerzeugnissen - Bestimmung des Siliciumgehaltes - Teil 4: Direkte Bestimmung durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv angekoppeltem Plasma (ICP OES); (DIN 51390-4: 2000-11); NA 062-06-42 AA <06235675> Diese Norm legt ein Verfahren zur Bestimmung des Siliciumgehaltes von Mineralölerzeugnissen fest. Das Verfahren ist eine direkte Bestimmung durch optische Emissionsspektralanalyse mit induktiv angekoppeltem Plasma. Schmierstoffe - Schmierfette K - Einteilung und Anforderungen; (DIN 51825: 2004-06); NA 062-06-52 AA <06235676> In diesem Vorhaben sind die Bezeichnungen, die Einteilung und die Anforderungen der Schmierfette der NLGI- Klassen 1 bis 4 nach DIN 51818 sowie die Prüfverfahren festgelegt. Prüfung von Schmierstoffen; Prüfung des Verhaltens von Schmierfetten gegenüber Wasser; Dynamische Prüfung; (DIN 51807-2: 1990-03); NA 062-06-52 AA <06235677> Das Verfahren nach der Norm dient der Prüfung des Ver- TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 81 Normen 82 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 haltens von Schmierfetten gegenüber destilliertem bzw. durch Ionenaustausch entionisiertem (vollentsalztem) Wasser mit einer Temperatur von 40 °C oder 80 °C unter dynamischen Bedingungen. 4 Erklärung über die technischen Regeln Soweit bekannt sind zu den einzelnen Dokumenten Preise angegeben. Ein Preisnachlass auf DIN-Normen und DIN SPEC wird gewährt für Mitglieder des DIN in Höhe von 15 % und für Angehörige anerkannter Bildungseinrichtungen (Bestellung muss mit Nachweis versehen sein) in Höhe von 50 %. Alle DIN-Normen, DIN-Norm-Entwürfe, DIN SPEC und Beiblätter können ohne Mehrpreis im Monatsabonnement bezogen werden. Bei der Bestellung ist die genaue Bezeichnung des Fachgebietes, möglichst unter Verwendung der ICS-Zahlen, anzugeben (siehe DIN- Mitt. 72. 1993, Nr. 8, S. 443 bis 450). Ein Anschriftenverzeichnis der Stellen im Ausland, bei denen Deutsche Normen eingesehen und bestellt werden können, wird vom Beuth Verlag GmbH, AuslandsNormen-Service, 10772 Berlin, kostenlos abgegeben. Die Ausgabedaten der anderen technischen Regeln sind nicht immer identisch mit ihrem Erscheinungstermin oder mit dem Beginn ihrer Gültigkeit. Um eine möglichst vollständige Information zu geben, werden Entwürfe von anderen technischen Regeln auch bei bereits abgelaufener Einspruchsfrist angezeigt. Voraussetzung für die Aufnahme einer Titelmeldung in die DITR-Datenbanken ist das Vorliegen eines Belegexemplars der technischen Regel. Alle regelerstellenden Organisationen werden daher gebeten, Belegstücke zu Veränderungen ihrer Regelwerke mit Preisangabe an folgende Anschrift zu senden: Deutsches Informationszentrum für technische Regeln (DITR), 10772 Berlin. Erklärung der im DIN-Anzeiger für technische Regeln verwendeten Vorzeichen: V = DIN SPEC (Vornorm) F = DIN SPEC (Fachbericht) P = DIN SPEC (PAS) A = DIN SPEC (CWA) G = Geschäftsplan (GP → einer DIN SPEC (PAS)) E = Entwurf M = Manuskriptverfahren C = Corrigendum/ Berichtigung Ü = Übersetzung B = Beabsichtigte Zurückziehung (BV → einer Vornorm, BE → eines Entwurfs) Z = Zurückziehung (ZV → einer Vornorm, ZE → eines Entwurfs) 4.1 Europäische und internationale Normungsergebnisse 4.1.1 Europäische Normen Der Druck der vom Europäischen Komitee für Normung (CEN) angenommenen EN als DIN-EN-Norm ist vorgesehen. Bis zu deren Veröffentlichung kann das Vormanuskript in deutscher Sprachfassung (falls vorhanden) beim Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin, gegen Kostenbeteiligung bezogen werden. Der Druck der vom Europäischen Komitee für Elektrotechnische Normung (CENELEC) angenommenen EN und HD als DIN-ENbzw. DIN-EN-Norm mit VDE- Klassifizierung ist in Vorbereitung. Bis zu deren Veröffentlichung kann das Vormanuskript bei der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE, Stresemannallee 15, 60596 Frankfurt, gegen Kostenbeteiligung bezogen werden. Die Übernahme der vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) angenommenen EN in das Deutsche Normenwerk ist in Vorbereitung. Bis zur Übernahme als DIN-Norm kann das Vormanuskript bei der DKE gegen Kostenbeteiligung bezogen werden. 4.1.2 Europäische Norm-Entwürfe Die spätere Übernahme der von CEN und CENELEC veröffentlichten Norm-Entwürfe (prEN) und der von CENELEC herausgegebenen HD-Entwürfe (prHD) in das Deutsche Normenwerk ist vorgesehen. Hinsichtlich der Schlussentwürfe (prEN) von CEN, die ohne Einspruchsfristen angezeigt werden, können Vormanuskripte in deutscher Sprachfassung (falls vorhanden) zu den angegebenen Preisen bezogen werden. Bei Dokumenten, die im Parallelen Umfrageverfahren bei IEC und CENELEC erschienen sind, ist in Klammern die Nummer des IEC-Dokumentes angegeben. Diese Entwürfe können bei der DKE gegen Kostenbeteiligung bezogen werden. Stellungnahmen sind bis zum angegebenen Termin an die DKE zu richten. Die vom ETSI veröffentlichten Entwürfe für Europäische Normen (prEN) sollen später in das Deutsche Normenwerk übernommen werden. Diese Entwürfe (überwiegend in englischer Sprache) können bei der DKE gegen Kostenbeteiligung bezogen werden. Stellungnahmen sind bis zum angegebenen Termin an die DKE zu richten. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 82 Normen 83 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 4.1.3 Internationale Normen und Norm-Entwürfe Die Ergebnisse der Arbeit der Internationalen Organisation für Normung (ISO) und der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) sowie der ISO/ IEC-Arbeit können im DIN Deutsches Institut für Normung e. V., Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin, IEC-Normen und IEC-Entwürfe zusätzlich bei der DKE eingesehen werden. Die Ergebnisse der ISO- und IEC-Arbeit sind in Englisch und/ oder Französisch erhältlich. Sie liegen in deutscher Übersetzung vor, wenn sie gleichzeitig als Europäische Normen oder DIN-ISO- oder DIN-IEC- Normen übernommen werden. Kopien der ISO-Norm-Entwürfe können beim DIN Deutsches Institut für Normung e. V. (AuslandsNormen- Service), 10772 Berlin, bezogen werden. Europäische und Internationale Technische Spezifikationen (TS) und Berichte (TR) sowie Internationale öffentlich verfügbare Spezifikationen (PAS) Europäische und Internationale Technische Spezifikationen werden herausgegeben, wenn ein Norm-Entwurf keine ausreichende Zustimmung zur Veröffentlichung als Norm erreichen konnte oder wenn sich ein zu normender Gegenstand noch in der Entwicklungs- oder Erprobungsphase befindet. Europäische und Internationale Technische Berichte dienen zur Bekanntmachung bestimmter Daten, die für die europäische bzw. internationale Normungsarbeit von Nutzen sind. Europäische Technische Spezifikationen werden in der Regel als DIN SPEC (Vornorm) übernommen. Europäische und Internationale Technische Spezifikationen werden spätestens drei Jahre nach ihrer Veröffentlichung mit dem Ziel überprüft, die für die Herausgabe einer Norm erforderliche Einigung anzustreben. Europäische Technische Berichte können bei Bedarf als DIN SPEC (Fachbericht) übernommen werden. Internationale öffentlich verfügbare Spezifikationen (PAS) können von der ISO herausgegeben werden, wenn sich ein Thema noch in der Entwicklung befindet oder wenn aus einem anderen Grund derzeit noch keine Internationale Norm veröffentlicht werden kann. Eine PAS kann auch ein in Zusammenarbeit mit einer externen Organisation erarbeitetes Dokument sein, das nicht den Anforderungen einer Internationalen Norm entspricht. Europäische und Internationale Workshop Agreements (CWA und IWA) Diese Dokumente sind Ergebnisse von Arbeiten europäischer oder internationaler Expertengruppen (Workshops) im Rahmen von CEN/ CENELEC und ISO/ IEC, jedoch außerhalb der Technischen Komitees. Sie liegen, falls nicht anders angegeben, in englischer Fassung vor. 5 Herausgeber und Bezugsquellen 5.1 Deutsche Normen Herausgeber: DIN Deutsches Institut für Normung e. V., 10772 Berlin Bezug: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin 5.2 Europäische Normen Herausgeber: European Committee for Standardization (CEN), 17,Avenue Marnix, 1000 BRUXELLES, BELGIEN Bezug: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin 5.3 ISO-Normen Herausgeber: International Organization for Standardization, Case postale 56, 1211 GENÈ VE 20, SCHWEIZ- Bezug: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin 5.4 VDI-Richtlinien Herausgeber: Verein Deutscher Ingenieure (VDI), Postfach 10 11 39, 40002 Düsseldorf Bezug: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlinoblenz 5.5 Technische Lieferbedingungen des BAAINBw Herausgeber: Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw), Postfach 30 01 65, 56057 Koblenz Bezug: Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw), Postfach 30 01 65, 56057. TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 83 Anzeige 84 Tribologie + Schmierungstechnik · 66. Jahrgang · 6/ 2019 BAUWESEN \ QUALITÄTSMANAGEMENT Ingolf Friederici Konformität von Produkten Gesetzliche Anforderungen, Konformitätsbewertungen, Konformitätsdokumente, Prüfbescheinigungen 2019, ca. 300 Seiten €[D] 49,90 ISBN 978-3-8169-3471-4 eISBN 978-3-8169-8471-9 Auf der Seite des Bestellers und auch auf der Seite von Lieferanten bestehen häu g erhebliche Wissenslücken zu dem Thema Prüfbescheinigungen und Konformitätserklärungen, die zu unangenehmen Folgen im Geschäftsverkehr führen. Dieses Buch vermittelt einen breiten Überblick über die gesetzlichen und normativen Grundlagen und trägt durch vertiefende Interpretationen der einschlägigen Dokumente zu deren besseren Verständnis bei. Fundierte Praxistipps und Muster sowie ein umfangreicher Fragen-Antworten-Katalog sorgen für einen hohen Nutzen beim Leser. Inhalt: EU-Richtlinien und -Verordnungen, Harmonisierte Europäische Normen, EU-Konformitätserklärung/ Leistungserklärung, EN 10204 Prüfbescheinigungen, ISO-IEC 17050 Konformitätserklärung des Anbieters, ISO 16228 Prüfbescheinigungen für mechanische Verbindungselemente, CoC Certi cate of Conformity, Rechtliche Aspekte, erforderliche Bestellangaben Der Autor Ingolf Friederici ist Ingenieur für Normung und Qualitätsmanagement. Er studierte nach der Lehre als Maschinenschlosser und technischer Zeichner an der Ingenieurschule Frankfurt. Beru iche Stationen: Sachbearbeiter, Gruppenleiter und Abteilungsleiter in Konstruktion und Normung in Maschinenfabriken, Leiter Qualitätsplanung und QM-System, Seminarleiter. Der Autor war als Experte in deutschen und europäischen Normungsgremien zu zahlreichen Sachthemen, u. a. Qualitätsmanagement und Prüfbescheinigungen tätig. Die Interessenten: Führungskräfte und Mitarbeiter aus Entwicklung und Konstruktion, Produktmanagement, Verkauf und Vertrieb, Einkauf, Produktion, Qualitätssicherung aus Unternehmen vieler Branchen, von Händlern, von Abnahmeorganisationen, sowie Lehr personal an Berufsschulen und Technischen Fachhochschulen expert verlag GmbH Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0) 7071 9 75 56 -0 \ Fax +49 (0) 7071 97 97-11 \ info@verlag.expert \ www.narr.de Stand: Dezember 2019 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! TuS_6_2019.qxp_T+S_2018 28.11.19 14: 54 Seite 84