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Tribologie und Schmierungstechnik HERAUSGEGEBEN VON MANFRED JUNGK 1 _ 21 68. JAHRGANG Organ der Gesellschaft für Tribologie Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft Organ der Swiss Tribology Heft 1. März 2021 68. Jahrgang Herausgeber: Dr. Manfred Jungk Tel.: +49 (0)6722 500836 eMail: manfred.jungk@mj-tribology.com www.mj-tribology.com Redaktion: Dr. rer. nat. Erich Santner Tel.: +49 (0)2289 616136 / eMail: esantner@arcor.de Ulrich Sandten Tel.: +49 (0)7071 97556 56 / eMail: sandten@verlag.expert Beiträge, die mit vollem Namen oder auch mit Kurzzeichen des Autors gezeichnet sind, stellen die Meinung des Autors, nicht unbedingt auch die der Redaktion dar. Unverlangte Zusendungen redaktioneller Beiträge auf eigene Gefahr und ohne Gewähr für die Rücksendung. Die Einholung des Abdruckrechtes für dem Verlag eingesandte Fotos obliegt dem Einsender. Die Rechte an Abbildungen ohne Quellenhinweis liegen beim Autor oder der Redaktion. 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Weder Verlag noch Autoren oder Herausgeber übernehmen deshalb eine Gewährleistung für die Korrektheit des Inhaltes und haften nicht für fehlerhafte Angaben und deren Folgen. Entwurf und Layout: Ludwig-Kirn Layout, 71638 Ludwigsburg expert verlag GmbH Dischingerweg 5, 72070 Tübingen Tel. +49 (0)7071 97556 0, Fax: +49 (0)7071 9797 11 eMail: info@verlag.expert Vereinigte Volksbank EG, Sindelfingen BIC GENODES1 BBV, IBAN DE51 6039 0000 0032 9460 07 USt.-IdNr. DE 145162062 Anzeigen: eMail: anzeigen@narr.de Tel: +49 (0) 7071 9797 10, Fax: +49 (0)7071 9797 11 Informationen und Mediadaten senden wir Ihnen gerne zu. Abo-Service: eMail: abo@narr.de Tel. +49 (0)7071 9797 10, Fax: +49 (0)7071 9797 11 Die zweimonatlich erscheinende Zeitschrift kostet im Abonnement print EUR 205,-, Vorzugspreis für private Leser EUR 152,-. Abonnementspreis print + online access: EUR 225,-, Vorzugspreis für private Leser EUR 160,- (alle Preise inkl. MwSt.). Abonnementspreis e-only: EUR 210,- (inkl. 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Hilfreich ist es ferner, wenn die Bilder durchnummeriert und bereits an der richtigen Stelle platziert sowie mit den zugehörigen Bildunterschriften versehen sind. Da wir auf die Einheit von Text und Bild großen Wert legen, bitten wir, im Text an geeigneter Stelle einen sogenannten (fetten) Bildhinweis zu bringen. Das Gleiche gilt für Tabellen. Auch sollten die Tabellen unsere Art des Tabellenkopfes haben. Die Artikel dieses Heftes zeigen Ihnen, wie wir uns den Aufbau Ihres Artikels vorstellen. Vielen Dank. Bitte lesen Sie dazu auch unsere ausführlichen „Hinweise für Autoren“ (Checkliste auf der hinteren Umschlagseite). Aktuelle Informationen über die Fachbücher zum Thema „Tribologie“ und über das Gesamtprogramm des expert verlags finden Sie im Internet unter www.expertverlag.de Ihre Mitarbeit in Tribologie und Schmierungstechnik ist uns sehr willkommen! Impressum Tribologie und Schmierungstechnik Organ der Gesellschaft für Tribologie | Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft | Organ der Swiss Tribology Editorial 1 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0001 Liebe Leserinnen und Leser, normalerweise versuche ich an dieser Stelle sachlich und informativ zu bleiben. Daher habe ich in den vergangenen Ausgaben das Krisenthema weitestgehend nur gestreift. Aber gerade zu Beginn dieses Jahres benötigen wir doch alle etwas mehr Antrieb, da das Licht am Ende des Lockdown-Tunnels für viele von uns noch nicht zu erkennen ist. Hier ist vor allem Ausdauer im persönlichen Umfeld gefragt. Selbst kann ich mich glücklich schätzen, im Verlauf der letzten 12 Monate nur einmal den Satz „Ich kann Dein Gesicht nicht mehr sehen“ gehört zu haben. Natürlich haben wir neben der Pandemie noch die große Herausforderung des Klimawandels und hier betrifft uns Tribologen die Antriebsfrage in der Mobilität besonders. Ähnlich wie bei der Energiewende wird es dazu keine einzelne Lösung geben, doch möchte ich an dieser Stelle mal das Für und Wider zum Thema Wasserstoff betrachten. Hier standen die Meinungen von Gerhard Kreysa (früher Geschäftsführer der Dechema) und Ferdinand Dudenhöffer (Direktor des CAR-Center Automotive Research) in der letzten Ausgabe der Nachrichten aus der Chemie. Kreysa fasste zusammen: „Die Breite aller Mobilitätsbedürfnisse kann von der Elektromobilität nur durch ein sinnvolles Zusammenspiel von Batterie und Brennstoffzelle abdeckt werden.“ Grüner Wasserstoff, als idealer Sekundärenergieträger mit Speicherbarkeit, ist durch ausgereifte Elektrolysetechnik auch bei intermittierendem Stromangebot zuverlässig verfügbar. Für Kurzstrecken ist die Batterie ideal, denn sie vermeidet die Verluste der Umwandlungskette Strom-Wasserstoff-Strom, die rund 40 -50 Prozent betragen. Den Nachteil des niedrigeren Gesamtwirkungsgrads der Brennstoffzelle kompensieren auf der Langstrecke kurze Tankzeiten und höhere Reichweiten. Drei gängige Argumente gegen den elektrischen Antrieb lassen sich entkräften: CO 2 -behafteter Strommix mit wettbewerbsfähigen 100 Prozent Ökostrom ersetzen, CO 2 -Rucksack einer nicht mit Ökostrom hergestellten Batterie vermeiden und die Rückholkosten für CO 2 aus der Atmosphäre einzupreisen. Dudenhöfer erklärte, „eine flächendeckende Infrastruktur für Wasserstofftankstellen würde Milliarden kosten, und Brennstoffzellen-Pkw sind teuer. Die Technik ist beim Pkw nicht wettbewerbsfähig.“ Eine Antriebsform für Pkw, braucht in Deutschland knapp 8000, in EU- Europa knapp 140 000 Tankstellen. Der Toyota Mirai ist etwas größer als ein VW Golf und kostet 78 600 Euro. Bei einer Halbierung des Preises ist ein VW Golf zu knapp 40 000 Euro unverkäuflich. Die niederländische TNO kommt auf einen Gesamtwirkungsgrad zwischen 22 und 25 % für den Brennstoffzellenantrieb und das batterieelektrische Auto auf eine Energieeffizienz zwischen 70 und 75 %. Die wunden Punkte sind Ladezeit, Batteriekosten und Gewicht. Die Kosten der Li-Ionenzellen werden sinken, z. B. durch Skaleneffekte, Fortschritte bei Zellmaterialien und Produktionsverfahren. Der große Charme kommt mit der Feststoffzelle, Ladezeiten von zehn Minuten und Reichweiten bis 1000 km. Unser Antrieb resultiert aus dem technischen Austausch mittels Publikationen und virtuellen Veranstaltungen. In Zukunft dann auch hoffentlich in Präsenz. Bis dahin bleiben Sie gesund und der Tribologie gewogen, Ihr Manfred Jungk Herausgeber Antrieb für die Zukunft TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 1 Veranstaltungen 2 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Veranstaltungen Datum Ort Veranstaltung ► 19.04. - 20.04.21 Virtual ELGI-STLE Tribology Exchange Workshop www.elgi.org ► 26.04. - 27.04.21 Virtual ELGI Grease Symposium www.elgi.org ► 16.05. - 20.05.21 75 th STLE Virtual Annual Meeting and Exhibition https: / / www.stle.org/ annualmeeting ► 08.06. - 10.06.21 Rosenheim OilDoc-Konferenz und Ausstellung https: / / conference.oildoc.com ► 14.07. - 15.07.21 Stuttgart UNITI Mineral Oil Technology Congress 2021 www.umtf.de ► 05.09. - 10.09.21 Lyon, Frankreich 7 th World Tribology Congress https: / / www.wtc2021.org/ ► 27.09. - 29.09.21 Göttingen 62. Tribologie Fachtagung https: / / www.gft-ev.de/ de/ tribologie-fachtagung-2021/ ► 20.10. - 22.10.21 UEIL Annual Congress www.ueil.org ► 25.01. - 28.01.22 Ostfildern International Colloquium Tribology https: / / www.tae.de/ kolloquien-symposien/ tribologie-reibung-verschleissund-schmierung/ ► 01.05. - 03.05.22 Hamburg ELGI Annual General Meeting www.elgi.org verschoben, ehemaliges Datum: 26. - 28.04.20 Die Zukunft ist OpenAccess Profitieren Sie von unseren neuen OpenAccess-Angeboten und machen Sie Ihre Forschung weltweit kostenlos zugänglich. In unserer Checkliste am Ende des Hefts oder auf unserer Website unter narr.digital/ journal/ tus finden Sie nähere Informationen. tus@verlag.expert TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 2 Inhalt 3 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 5 Selina Raumel, Khemais Barienti, Folke Dencker, Florian Nürnberger, Marc C. Wurz Einfluss von Silan-dotierten Umgebungsatmosphären auf die tribologischen Eigenschaften von Titan Influence of the ambient atmosphere on the tribological properties of titanium 15 Henrik Buse, Erika Hodúlová Fretting Wear Observation of Flat Contacts 24 Anna Buling, Laura Dongmo Guetse, Jörg Zerrer Mit explorativer Datenanalyse und Data Mining zu hoch effizienten polymeren Tribo-Schicht-Systemen With explorating data analysis and data mining to highly effective polymer tribo-coatings 34 Gert Wahl, Philipp Gingter, Sebastian Liebisch 3D-gedrucktes Siliciumcarbid als Gleitringwerkstoff 3D-Printed Reaction Bonded Silicon Carbide as a Ring Material in Axial Face Seals 43 Erik Kuhn Die intrinsische Systemreaktion des tribologisch beanspruchten Schmierfettes The intrinsic system reaction of the tribologically stressed greases 1 Editorial Antrieb für die Zukunft 2 Veranstaltungen Aus Wissenschaft und Forschung 50 Nachrichten Mitteilungen der GfT Mitteilungen der GfT - Junge Tribologen Mitteilungen der ÖTG Mitteilungen der Swiss Tribology 63 Patentumschau 65 Normen Hinweise für Autoren / Checkliste (siehe Umschlag) Rubriken Vorab Tribologie und Schmierungstechnik Organ der Gesellschaft für Tribologie Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft Organ der Swiss Tribology 68. Jahrgang, Heft 1 März 2021 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 inside back cover for formatting guidelines). IHR ONLINE-ABONNEMENT DER TuS 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: Tel: +49 (0)7071 97 97 10 Fax: +49 (0)7071 97 97 11 eMail: abo@narr.de TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 15.03.21 14: 02 Seite 3 Anzeige 4 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 tik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ Altphilolo undheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikatio \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Spra \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ A rt \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommu nschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historisc nschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Managem ogie \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ B sprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ Altphilologie \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Ku en \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikationswissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ \ p \ \ \ \ \ p \ \ \ \ esen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ BUCHTIPP Markus Grebe Tribometrie Anwendungsnahe tribologische Prüftechnik als Mittel zur erfolgreichen Produktentwicklung Tribologie - Schmierung, Reibung, Verschleiß 1. Auflage 2021, ca. 210 Seiten €[D] ca. 49,90 ISBN 978-3-8169-3521-6 eISBN 978-3-8169-8521-1 expert verlag GmbH \ Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0)7071 97 97 0 \ Fax +49 (0)7071 97 97 11 \ info@verlag.expert \ www.expertverlag.de Stand: März 2021 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! Dieses Buch soll den interessierten Lesern aufzeigen, welche Potenziale in der anwendungsnahen tribologischen Prüftechnik (Tribometrie) stecken. Basierend auf der tribologischen Systemanalyse und der darauf aufbauenden Prüfstrategie können durch den Einsatz sinnvoller Laborprüfungen die Potenziale verschiedener Optimierungsansätze in einem sowohl zeitals auch kostentechnisch akzeptablen Rahmen gefunden werden. Im Buch wird der Unterschied zwischen einfacher Modellprüftechnik (z. B. Stift-/ Scheibe-Tests) und speziell geplanten Simulationsprüfungen auf Tribometern erläutert. Es wird aufgezeigt, wie ein anwendungsnaher Tribometerversuch und eine sinnvolle tribologische Prüfkette aufbauend auf der Systemanalyse entwickelt werden können und was dabei zu beachten ist. Dr. Markus Grebe ist seit mehr als 25 Jahren in der Tribologie tätig. Am Kompetenzzentrum Tribologie an der Hochschule Mannheim ist er als Laborbetriebsleiter und Leiter der industriellen Forschung für ein Team von 20 technischen und wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie mehr als 50 Spezialprüfstände verantwortlich. Er ist Mitglied in zahlreichen DIN, ASTM und SAE-Arbeitskreisen. Sein fundiertes Fachwissen auf dem Gebiet der tribologischen Prüftechnik gibt er u. a. als Lehrgangsleiter im jährlichen Fachseminar „Tribometrie“ an der Technischen Akademie Esslingen weiter. 63521_Anzeige_A4.indd 1 12.03.2021 13: 43: 14 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 4 1 Einleitung Die Produktionsprozesse der metallverarbeitenden Industrie werden üblicherweise in einer sauerstoffreichen Atmosphäre durchgeführt. Insbesondere durch die darin auftretenden Randschichtoxidationen auf Werkzeugen und -stücken ist in tribologischen Systemen ein hoher Verschleiß zu beobachten. Für einige, vor allem thermische Prozesse wird daher versucht, die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre durch den Einsatz von Aus Wissenschaft und Forschung 5 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 g o a l u h m a \ \\ 12.03.2021 13: 43: 14 Einfluss von Silan-dotierten Umgebungsatmosphären auf die tribologischen Eigenschaften von Titan Selina Raumel, Khemais Barienti, Folke Dencker, Florian Nürnberger, Marc C. Wurz* Eingereicht: 9. 9. 2020 Nach Begutachtung angenommen: 23. 2. 2021 Bisher werden die Produktionsprozesse der metallverarbeitenden Industrie üblicherweise in Gegenwart von Sauerstoff durchgeführt. Die auf diese Weise stattfindende Oxidation der Metalloberfläche wirkt in der Fertigung überwiegend als Störfaktor. Ziel ist es, die Potentiale einer Produktion in sauerstofffreier Atmosphäre bezüglich des geringeren Verschleißes aufzuzeigen. Hierzu ist die Identifikation und Charakterisierung von Verschleißmechanismen in sauerstofffreier Atmosphäre von hoher Relevanz. Um den Einfluss der Umgebungsatmosphäre auf die tribologischen Eigenschaften von Titan zu analysieren, werden Ball-on-Disc-Untersuchungen an einem Universaltribometer (UMT) in einer Luft-, einer Argon- und einer Silan-dotierten Argon-Atmosphäre durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch die Unterdrückung der Oxidation eine Reduktion des tribochemischen Verschleißes stattfand, womit eine Verringerung des Verschleißvolumens um den Faktor 4,5 einhergeht. Aufgrund der bereits bei niedrigen Temperaturen entstehenden Adhäsion beider Reibpartner kam es zu einer Erhöhung des Reibungskoeffizienten um 63 %. Zudem konnte die Bildung von neuartigen Legierungen an den Grenzflächen detektiert werden. Schlüsselwörter Silan-dotierte Atmosphäre, tribologisches Verhalten, Diffusions- und Adhäsionseffekte, tribochemischer Verschleiß, Transferfilme, neuartige Randschichten Influence of the ambient atmosphere on the tribological properties of titanium The production processes of the metalworking industry are usually carried out in the presence of oxygen. Particularly due to surface oxidation on tools and parts during production under normal atmosphere, high wear is observed in tribological systems. The focus of these investigations is the question to what extent the ambient atmosphere has an influence on the tribological system. For this purpose, the identification and characterization of wear mechanisms in an oxygen-free atmosphere is of high relevance. To analyse the influence of the ambient atmosphere on the tribological properties of titanium, ball-on-disc investigations are carried out on a universal tribometer (UMT) in an air, argon and silane-anodized atmosphere. By suppressing the oxidation under exclusion of oxygen, a reduction of the tribochemical wear could be shown, which is accompanied by a reduction of the wear volume by a Factor of 4.5. However, due to the adhesion of both friction partners, which already occurs at low temperatures, caused by the omission of the friction-reducing cover layers, the friction coefficient increased. In addition, novel alloy formations at the interfaces were detected and analysed. Keywords Silane-anodized atmosphere, tribological behaviour, diffusion and adhe-sion, tribochemical wear, transfer firlms, novel surface layers Kurzfassung Abstract * Selina Raumel, M. Sc., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0003-0666-2817 Khemais Barienti, M. Sc., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-0764-8980 Folke Dencker, M. Sc., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-9917-0565 Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-7824-0675 Marc C. Wurz, Dr.-Ing., Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0002-2066-8142 Institut für Mikroproduktionstechnik, Leibniz Universität Hannover, 30823 Garbsen TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 5 re Anforderungen. Die Entstehung der passivierenden und im „Trockenlauf“ reibungsmindernden Deckschichten, entstehend durch die chemischen Reaktionen mit dem gasförmigen Umgebungsmedium, wird durch die Abwesenheit von Sauerstoff in ihrer Bildung gehindert. Diese Oberflächenschichten können neben der Schmierwirkung auch eine Festigkeitssteigerung, Festigkeitsminderung (Rehbinder-Effekt) oder Oberflächenhärtung bewirken [Buc71]. Das Fehlen dieser Schichten resultiert in Adhäsionsmechanismen an den Kontaktgrenzflächen, welche zu Funktionsstörungen und zum Versagen des technischen Systems führen [Gra15]. Die Adhäsionsvorgänge spiegeln sich dabei in erhöhten Reibungszahlen und Bildungen von Aufbauschneiden in sauerstofffreier Atmosphäre wieder [Tak99, Miy99]. Die meisten tribologischen Studien bezüglich des Trockengleitverhaltens der Ti-6A1-4V-Legierung konzentrieren sich auf die Materialpaarung der Legierung mit verschiedenen Stahlsorten [Bud91, Wik01, Ohi02]. Obwohl Hartmetallwerkzeuge bei den Bearbeitungsprozessen von Ti-Legierungen eine entscheidende Rolle spielen, ist die Literatur zu tribologischen Untersuchung von Titan-legierungen gegenüber Hartmetall, besonders Wolframcarbid begrenzt [Elt10, Zha06]. Aus diesem Grund wurde in dieser Untersuchung die Materialpaarung Ti-6-Al-4V zu Wolframcarbid gewählt. Durch Reibversuche (Ball-on-Disc) an einem Universaltribometer (UMT) in Luft-, Argon- und Silan-dotierter Argon-Atmosphäre konnten die Einflüsse der Umgebungsatmosphäre auf das Reibverhalten und den damit einhergehenden Verschleiß untersucht werden. Nachfolgende Oberflächenanalysen, Widerstandsmessungen und Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften der Proben führen zu neuen Erkenntnissen über den Einfluss der Atmosphäre. 2 Methodische Vorgehensweise Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde eine sauerstofffreie Atmosphäre durch den Einsatz von Silandotiertem (SiH 4 ) Inertgas (Argon) erzeugt. Durch die Reaktion des Silans mit dem im Inertgas enthaltenen Restsauerstoff können bei Umgebungsdruck Sauerstoffpartialdrücke von weniger als 10 -23 bar und damit aus kinetischer Sicht vollständige Sauerstofffreiheit erreicht werden. Durch die Zugabe von SiH 4 werden die in der Inertgasatmosphäre vorhandenen Restsauerstoffbzw. Restwassergehalte (in der Regel < 20 ppmv) durch Umsetzung zu SiO 2 und H 2 vollständig entfernt. Es lässt sich in diesem Zusammenhang von einer sauerstofffreien Atmosphäre, adäquat zu extrem hohem Vakuum (XHV), sprechen. Die erreichbaren Sauerstoffpartialdrücke sind um viele Größenordnungen geringer als im technisch erzeugbarem Ultrahochvakuum (< 10 -15 bar). Diese Atmosphäre bietet verschiedene Innovationspotentiale, wie die Realisierung bisher nicht möglicher Produktionsprozesse durch die Überwindung bestehen- Aus Wissenschaft und Forschung 6 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 Inertgasen zu verringern. Jedoch liegt in konventionellen Inertgas-Atmosphären (5.0) eine Sauerstoffkonzentration von mehr als 5 ppmv vor [Kic13]. Entsprechend ergibt sich als Fokus der Untersuchung die Fragestellung, inwiefern sich die Verschleißmechanismen der sauerstoffaffinen Titan-Legierung Ti-6Al-4V bei einer Bearbeitung in einer Silan-dotierten Argon-Atmosphäre von denen in Normal-Atmosphäre unterscheiden. Ziel ist es, ein Verständnis über die tribologischen Vorgänge unter (technisch) vollständigem Ausschuss von Sauerstoff zu erlangen und die Potentiale bezüglich des geringeren Verschleißes aufzuzeigen. In der heutigen Zeit werden Titanlegierungen aufgrund ihrer Eigenschaften in einem weiten Einsatzspektrum innerhalb hoch technologischer Anwendungsgebiete, von der Medizintechnik bis zur Raumfahrt, verwendet [Dim04]. Besondere Vorteile von Titan-Aluminium- Legierungen sind deren geringe Dichten, die guten Festigkeitseigenschaften, die Biokompatibilität und die ausgezeichneten thermomechanischen Eigenschaften [Lor00]. Die Legierung bietet eines der höchsten Festigkeits-/ Gewichtsverhältnisse aller Metalle mit einem aber etwa 45 % geringeren Gewicht im Vergleich zu Stählen [Dim04]. Ein Nachteil der Legierung ist die hohe Reaktivität der Komponenten, die Löslichkeit und das Diffusionsvermögen der Zwischengitter, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff oder Wasserstoff [Men96, Bac06]. Zusätzlich weisen Ti-Legierungen schlechte tribologische Eigenschaften aufgrund der geringen Beständigkeit gegen plastische Scherung auf [Ohi02]. Die maximale Anwendungstemperatur der Ti-6Al-4V-Legierung liegt üblicherweise bei unter 350 °C, aufgrund der schlechten Hochtemperaturoxidation des Materials. Wenn die Legierung der Umgebungsluft bei Raumtemperatur ausgesetzt wird, bildet sich auf der Oberfläche spontan eine passive Oxidschicht. Diese passive Schicht ist amorph, 5-10 nm dünn und besteht aus mehreren Schichten [Che05, Pou97, Fen03]. Die kompakte TiO 2 - Schicht, die sich bereits bei niedrigen Temperaturen bildet, bedeckt die Legierungsoberfläche vollständig und trennt so bereits das Grundmaterial von der gasförmigen Umgebung [Gui12, Kon08]. Bei hohen Temperaturen wird die Oxidschicht porös und die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs steigt, was mit der Permeation von Gasen durch die Oxidschicht an der Oberfläche zusammenhängt [Tho06]. Somit können Sauerstoffatome in das Substrat eindringen und Ti-Atome diffundieren zur Oberfläche durch die Risse der Oxidschichten, was zu einer verschlechterten Haftfestigkeit der Oxidschicht zum Substrat führt [Xu13, Ail13]. Oxidfilme spielen in tribologischen Systemen eine große Rolle. Bei geringen Belastungen tritt das Gleiten anfangs nur innerhalb des Oxids selbst auf; die Reibung ist oft gering und der elektrische Widerstand hoch [Cui06]. Bei einer kritischen Belastung wird die Oxidschicht durchdrungen, der Widerstand sinkt und im Allgemeinen nimmt der Reibungskoeffizient zu [Cah00, Bla05, Bow64]. Sauerstofffreie Bedingungen stellen an tribologische Systeme besonde- TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 6 der Prozessgrenzen oder die Verwendung neuartiger Werkzeugwerkstoffsysteme. 2.1 Vorbereitung der Materialien Für die Untersuchungen wurden scheibenförmige Proben (Durchmesser 50 mm, Höhe 10 mm) aus einem Ti-6Al-4V-Rundmaterial gefertigt. Die Oberflächenvorbereitung umfasst einen reproduzierbaren Schleifsowie Poliervorgang auf einen Endwert von R a kleiner 50 nm und einen R z -Wert von ca. 1 µm. Anschließend wurden die Wolframkarbidkugel und die Scheiben gereinigt und mittels Nanoindentationen und Konfokalmikroskop auf ihre Härte nach DIN EN ISO 14577-1, ihren E-Modul (nach Oliver und Pharr) und ihre Oberflächenrauheit gemäß DIN EN ISO 25178 sowie ihre Linienrauheit gemäß DIN EN ISO 4287 charakterisiert [DIN15, Oli92, DIN12, DIN10]. 2.2 Tribologische Versuche Zur Bestimmung des Reibverhaltens an der Grenzfläche wurde ein Universaltribometer der Firma Bruker Corporation (UMT TriboLab) (siehe Bild 1) nach ASTAM G99 Test Standard verwendet. Die Kammer wurde zusätzlich mit drei Gaseinlässen erweitert, um eine Zufuhr von Argon und eines Silan-Argon-Gemisches zu ermöglichen. Das Silan-Argon-Gemisch wurde in einem Gasfluss von 4 sL/ min zugeführt, in einer Konzentration von 1,5 % Silan zu 98,5 % Argon. Die Zufuhr von 6 sL/ min Argon im oberen und unteren Bereich der Prüfkammer stellt einen geringen Überdruck in der Kammer sicher, um einen Eintritt von zusätzlichem Sauerstoff in die XHV-adäquate Atmosphäre zu vermeiden. Bei den Untersuchungen wurde die Materialpaarung Wolframkarbid (Kugel) und Ti-6Al-4V (Scheibe) gewählt. Die Wolframkarbidkugel (Durchmesser 2 mm) wurde mit einer Kraft von 7 N bzw. einer Flächenpressung von 2,4 GPa auf die rotierende Titanoberfläche gedrückt. Durch Messungen der Eindrücke wurde die reale resultierende Verschleißkontaktfläche von 0,020 mm 2 (σ = 0,0050) ermittelt. Die Probe wird durch einen im UMT integrierten Motor angetrieben, während die Kugel hingegen im Ball-Holder fest eingespannt wird, um mögliche Rollreibung zu vermeiden. Die Gleitstrecke wurde auf 160 mm festgelegt (ca. 1,3 Umdrehungen), wobei die Gleitgeschwindigkeit einheitlich bei allen Untersuchungen 62,8 mm/ min betrug. Durch den Kraftsensor wird das Verhältnis von Tangentialzu Normalkraft gemessen, um den Reibungskoeffizienten (COF) als Funktion der Zeit zu erhalten. Dabei ler nahe der Probe gemessen (siehe Bild 1). Je Temperaturbereich und Atmosphäre wurden sechs Wiederholungen ausgeführt. Für jeden Temperaturbereich wurde der Versuch nach Erreichen der Temperatur und nach Abschluss der Ball-on-Disc-Versuche gestoppt, die Probe in der jeweiligen Atmosphäre abgekühlt und abschließend entnommen und analysiert. Die Erwärmung der Proben erfolgte mit 373,15 K/ min mit jeweils vierminütigem Rastplateau, um eine homogene und reproduzierbare Erwärmung der Probe und der Kugel zu gewährleisten. 2.3 Analyse Die entstandenen Reibspuren wurden geometrisch mittels 3D-Profilometrie und konfokaler Mikroskopie vermessen und die Verschleißvolumina sowie die Rauheiten ermittelt. Weiterhin wurden die oberflächlichen mechanischen Kennwerte der Titanproben nach den Versuchen mittels Nanoindendation gemessen. An Querschliffen der Proben wurden mittels REM und EDX die Schichtdicke sowie die Zusammensetzung der in den jeweiligen Versuchen entstandenen Oberflächenschichten bestimmt. Ergänzend dazu wurde mittels XRD eine Phasenanalyse durchgeführt und der elektrische Widerstand der Schichten gemessen. 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Ergebnisse der Oberflächenanalyse Bereits bei der optischen Betrachtung der Proben ist ersichtlich, dass die Atmosphären einen deutlichen Einfluss auf die Grenzflächenbildung haben (s. Bild 2). Die Aus Wissenschaft und Forschung 7 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 Bild 1: Schematische Darstellung des Universaltribometers mit Überdruckhochtemperaturkammer werden die Versuche in unterschiedlichen Atmosphären und unterschiedlichen Temperaturbereichen (von Raumtemperatur (RT) bis 1.000 °C) durchgeführt. Die Temperatur wurde dabei mit einem integrierten Temperaturfüh- TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 7 unterschiedlichen Atmosphären in Korrelation der Härte der Materialien. Es zeigt sich, dass die XHV-adäquate Atmosphäre einen erheblichen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten hat. In Normal-Atmosphäre wird eine deutliche Steigerung des Reibungskoeffizienten ab ca. 400 °C sichtbar. Die Messung der Härte und des E-Moduls der Proben zeigten eine deutliche Verringerung der Härte von 5,6 GPa auf 1,69 GPa und des E-Moduls von 122 GPa auf 77,67 GPa. In XHV-adäquater Atmosphäre ist eine Erhöhung des Reibungskoeffizienten zwischen RT und 300 °C zu beobachten. Ab 400 °C konnte eine Erhöhung der Härte auf 7,48 GPa und des E-Moduls auf 131 GPa gemessen werden. Bis 1.000 °C stiegen die Härte und das E-Modul weiter auf 9,6 GPa und 293 GPa an. Diese Werte sind vergleichbar mit den Literaturwerten von Rutil (E-Modul 293 GPa, Härte 9,6 GPa) [Bar20]. Infolge Aus Wissenschaft und Forschung 8 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 Abbildung zeigt die Proben nach den Versuchen bei 1.000 °C. Dabei zeigen sich signifikante Unterschiede in den Verfärbungen der Oberflächen. Während die Probe in Normal-Atmosphäre eine typische mattbraune Verfärbung der thermischen Oxidation von Titan-Legierungen aufzeigt, weist die Probe in Silan-Argon-Atmosphäre eine glänzende, leicht goldene und die Probe in Argon-Atmosphäre eine mattgraue Verfärbung auf. Sowohl die Rauheit auf den Oberflächen als auch in den Reibspuren sind in XHV-adäquater Atmosphäre vergleichsweise gering. 3.2 Reibungskoeffizient und mechanische Oberflächenkennwerte Bild 3 zeigt die Entwicklung der Reibungskoeffizienten entlang des Temperaturbereiches der Proben in den drei Bild 2: Ti-6Al-4V-Proben nach den Versuchen bei 1000 °C in (von links nach rechts) Silan-Argon-, Normal- und Argon-Atmosphäre mit ihren Rauheitswerten Bild 3: Temperaturabhängige Reibungskoeffizienten und Härte (gestrichelte Linien) in Normal-, Argon- und Silan-Argon-Atmosphäre einer Wolframkarbidkugel auf einer Ti-6Al-4V-Scheibe TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 8 höherer Temperaturen kommt es zu einer deutlichen Reduzierung des Reibungskoeffizienten. In der Argon-Atmosphäre zeigte sich bis ca. 500 °C ein relativ konstanter Verlauf des Reibungskoeffizienten über die Temperatur. 3.3 Verschleißvolumen Wie in Bild 4 veranschaulicht, zeigt sich ein sehr deutlicher Anstieg des Verschleißvolumens in Normal-Atmosphäre ab ca. 300 °C. Im Vergleich sind kaum Veränderungen im Verschleißvolumen in XHV-adäquater Atmosphäre zu detektieren. Verglichen zur Normal-Atmosphäre mit einem Anstieg des Verschleißvolumens von 40 x 10 -3 mm 3 auf 265 x 10 -3 mm 3 ist der Anstieg von 40 x 10 -3 mm³ auf 50 x 10 -3 mm 3 in Silan-Argon-Atmosphäre um den Faktor zwölf geringer. Auch in der Argon-Atmosphäre steigt das Verschleißvolumen nicht signifikant an. 3.4 Ergebnisse der Probenoberflächenanalyse Erwartungsgemäß konnte an der in Normal-Atmosphäre gemessenen Schicht eine verhältnismäßig dicke Oxidschicht von etwa 10 µm gemessen werden. Diese besteht im Wesentlichen aus Titan und Sauerstoff, verfügt allerdings an der Oberfläche über einen aluminium- und sauerstoffhaltigen Exzess. Der elektrische Widerstand der Schicht liegt im Gigaohmbereich. Die Probe, welche in Argon-Atmosphäre getestet wurde, zeigt eine etwas dünnere, ca. 2 µm dicke Oxidschicht (siehe Tabelle 1). In der Elementverteilung zeigt sich ebenfalls eine dünne Aluminiumoxiddeckschicht (8,25 Massen-%). Die Messung des elektrischen Widerstands ergibt abermals einen Wert im Gigaohmbereich. Anders hingegen verhält sich die Probe, welche in Silan-Argon-Atmosphäre getestet wurde. Anhand der Aufnahme mit dem Rasterelektronenmikroskop kann keinerlei zusätzliche Schicht identifiziert werden. Es kann lediglich die bei der Einbettung verwendete Vergussmasse erkannt werden. Erst in der Elementverteilung zeigt sich, dass sich eine ca. 1 µm dünne siliziumhaltige Schicht auf der Oberfläche gebildet hat (0,44 Massen-%). Sauerstoffhaltige Schichten oder weitere Folgen der Oxidation können nicht erkannt werden. Der gemessene Sauerstoff tritt gleichmäßig im Titan und im Polymer auf. Der elektrische Widerstand der Schicht liegt bei weniger als 10 Ohm und ist daher im Gegensatz zu den anderen Schichten gut elektrisch leitfähig. Bei der Untersuchung der entstandenen Schichten mittels Röntgenbeugung konnten die Ergebnisse der EDX- Untersuchungen bestätigt und um die Information der Phase ergänzt werden (siehe Bild 5). Demnach ist bei den Proben in Luft- und Argon-Atmosphäre Titandioxid in der Rutilmodifikation entstanden. Zusätzlich kann bei der in Argon behandelten Probe ein unterstöchiometrisches Titanoxid (Ti 3 O) identifiziert werden. Bei der Probe in Silan-dotierter Atmosphäre konnte dagegen nur eine Gitterverzerrung des Titangitters festgestellt werden. Bei den Untersuchungen konnte sichergestellt werden, dass die Gitterverzerrung nicht aufgrund von Titanhydriden zustande kam. Eine EDX-Messung der Elementverteilung an der Wirkstelle auf der Hartmetallkugel ergab, dass im zentralen Bereich hoher Flächenpressung titanhaltige und in den äußeren Bereichen mit geringerer Flächenpressung siliziumhaltige Adhäsionen auftreten (siehe Bild 6). 3.5 Diskussion der Ergebnisse Die Untersuchungen zeigten, dass die Umgebungsatmosphäre einen erheblichen Einfluss auf die tribologischen Eigenschaften der Titan-Legierung hat. Die Rauheitsmessungen der entstandenen Oberflächen mittels Aus Wissenschaft und Forschung 9 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 Bild 4: Links: Verschleißvolumen der Reibspuren in Normal-, Argon-, und Silan-Argon-Atmosphäre in Abhängigkeit der Temperatur. Rechts: Konfokale Messung einer Verschleißspur in Normal-Atmosphäre nach einem Versuch bei 1.000 °C TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 9 Aus Wissenschaft und Forschung 10 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 Normal-Atmosphäre Argon-Atmosphäre Silan-Argon-Atmosphäre Ti O Al Si Tabelle 1: REM- und EDX-Analyse der Proben in Normal-, Argon- und Silan-Argon-Atmosphäre Bild 5: Ergebnisse der Untersuchung mittels Röntgenbeugung (XRD) TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 10 Konfokalmikroskopie unterschieden sich aufgrund der unterschiedlichen Schichtentwicklung signifikant. Die bei der Oberflächenanalyse gemessenen geringeren Rauheitswerte der Probe sowohl auf der Oberfläche als auch in den Reibspuren lassen sich durch die nicht entstandene Zunderschicht erklären. Durch die Ball-on- Disc-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die XHV-adäquate Atmosphäre einen erheblichen Einfluss auf den Reibungskoeffizienten und das Verschleißvolumen hat. Bei den Untersuchungen in Normal-Atmosphäre kann der bis 400 °C vergleichsweise geringe Reibkoeffizient durch den beschränkten Reibkontant beider Materialien ohne direkten Kontakt beider Metalle aufgrund der nativen Oxidschicht erklärt werden. Die Steigerung des Reibkoeffizienten in Normal-Atmosphäre ab ca. 400 °C resultiert aus einer zunehmenden Verstärkung der Oxidschicht und der daraus entstehenden erhöhten Rauheitswerte. Die Anwesenheit der Verschleißpartikel, die Porosität sowie die reduzierte Härte der Schicht verstärken diesen Effekt. Diese Ergebnisse korrelieren mit dem Stand der Technik, wo bestätigt wurde, dass es durch die Beschleunigung der Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs bei erhöhten Temperaturen zur Abrasion kommt. Ein weiterer Faktor ist der Beitrag der Adhäsionsneigung, welcher bei höheren Temperaturen aufgrund der höheren chemischen Aktivität der Ausgangsmaterialien relevant wird [Tho06, Xu13, Ail13]. Der in XHV-adäquater Atmosphäre detektierte Anstieg des Reibungskoeffizienten zwischen RT und 300 °C lässt sich durch den mechanischen Abtrag der reibungsmindernden Deckschichten, welche sich aufgrund des fehlenden Sauerstoffs nicht neu bilden können, erklären. Dadurch findet ein direkter Reibkontakt der beiden Materialien im Trockenkontakt statt. Durch diesen Wegfall der Oxidschichten ist eine Steigerung der Adhäsionsneigung beider Reibpartner zu beobachten (s. Bild 3). Die Ausbildung von Adhäsionen als Folge des metallischen Kontaktes nach Entfernung der Oberflächenschicht konnte auch im Weiteren an der Kugel (s. Bild 6) sowie der Verschleißspur optisch identifiziert werden. Infolge höherer Temperaturen kommt es zu einer deutlichen Reduzierung des Reibungskoeffizienten, was durch die Bildung einer harten tribologisch relevanten Schicht in der reaktiven Atmosphäre zu erklären ist. Diese Schicht zeigt auch bei Temperaturen oberhalb von 800 °C ein günstigeres tribologisches Verhalten. Während der Reibversuche müssen sowohl die Adhäsion und das Einebnen der Unebenheiten bei der Bestimmung des Reibungskoeffizienten eine vorherrschende Rolle gespielt haben. Bei der Untersuchung des Verschleißvolumens zeigte sich ein Anstieg in Normal-Atmosphäre. Der gestiegene tribochemische- und Abrasivverschleiß ist auf die sich auf der Oberfläche gebildeten, spröden Oxidschichten und den daraus resultierenden verringerten mechanischen Eigenschaften aufgrund der Gitterverzerrung des Substrats zurückzuführen [Cui06]. Wie in Bild 3 gezeigt, verringert sich die Härte der Schicht um den Faktor vier, was den Abtrag des Materials rein mechanisch begünstigt und in einem erhöhten Verschleißvolumen resultiert. Der vergleichsweise sehr geringe Anstieg des Verschleißvolumens in XHV-adäquater Atmosphäre erklärt sich durch den Wegfall der Oxidationsvorgänge und die daraus resultierende Unterdrückung des tribochemischen Verschleißes. Da keine poröse Oxidschicht vorhanden ist, können bei den adhäsiven Vorgängen nur bedingt Randschichtteilchen abgetragen werden. Bei der aufgebrachten Last und der angestiegenen Härte auf 9,6 GPa kommt es kaum zu Rissen in den Fusionszonen oder Nebenbereichen, was das niedrige Verschleißvolumen erklärt. Im Vergleich dazu lässt sich das geringfügig gestiegene Verschleißvolumen in Argon- Atmosphäre durch die gestiegene Härte und der im Vergleich nur geringfügig entstandenen stabilen Oxidschicht erklären. Durch die REM-Untersuchungen der Probe in Argon-Atmosphäre wird deutlich, dass geringste Mengen an Sauerstoff ausreichen, um insbesondere bei hohen Temperaturen stabile Oxidschichten zu bilden. Dies bestätigt die Aussage in der Literatur, dass in konventionellen Inertgas-Atmosphären eine ausreichende Sauerstoffkontamination vorliegt, um die beteiligten Oberflächen mit Sauerstoffatomen zu kontaminieren. Die EDX-Aufnahmen lassen vermuten, dass das als Feststoff anfallende SiO 2 auf der Probenoberfläche sintert. Genauere Wechselwirkungen des Silans mit der Oberfläche der Kugel und der Scheibe werden weiter untersucht. Die Ergebnisse der Probenoberflächenanalyse deuten darauf hin, dass eine lokale Veränderung des Legierungssystems nahe der Oberfläche Aus Wissenschaft und Forschung 11 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 Bild 6 a): REM-Aufnahmen der Wolframkarbid Kugel nach dem Einsatz in Silan-haltiger Atmosphäre. b): Elementenverteilung auf der Wolframkarbidkugel TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 11 dabei im Gegensatz zu den Oxidschichten eine elektrische Leitfähigkeit auf. Dadurch ergeben sich ressourcenrelevante und wirtschaftliche Vorteile in der Produktion dieser Legierung, da ein Einsatzgebiet geschaffen werden kann, welches oberhalb der momentan maximalen Einsatztemperaturgrenze liegt. Welches Potential die analysierte neuartige Randschicht im Hinblick auf die übrigen anwendungsrelevanten Eigenschaften wie bspw. die Korrosionsstabilität, die Schweißbarkeit oder die Umformbarkeit bietet, ist Gegenstand weiterer Forschungsvorhaben. Danksagung „Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394563137 - SFB 1368“ Literatur [Ail13] Ailing, Z., Dayue, Yan, W., Xinyan, G., Jing, H., (2013): The comparison of thermal oxidation kinetics for pure titanium and titanium alloy, In: Titan. Ind. Prog., 30 (1), S.16-19 [Bac06] Bacos, M. P., Morel, A.; Naveos, S., Bachelier-loc, A., Josso, P., Thomas, P., (2006): High temperature creep behavior and mechanism of a TiAl-based intermetallic. In: Intermetallics 14, S. 102 [Bar20] Barthelmy, D. (2020): Rutile Mineral Data. In: webmineral.com. Abgerufen am 16. Juli 2020 [Bla05] Blau, P. J., Qu, J., Watkins, T. R., Cavin, O. B., Kulkarni, N. S. 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Abgleichend mit der beobachteten Diffusion von Silizium in den Probenkörper nahe der Oberfläche (Tabelle 1) ist anzunehmen, dass es sich in das Titangitter einlagert und so in der beobachteten Gitterverzerrung resultiert. Auf diese beobachtete Gitterverzerrung können die Änderungen der mechanischen Eigenschaften sowie der Leitfähigkeit zurückgeführt werden. Genaue Zusammenhänge gilt es zukünftig weiter zu untersuchen. 4 Zusammenfassung Die Ball-on-Disc-Untersuchungen zur Identifizierung des Einflusses der Umgebungsatmosphäre auf das tribologische System zeigen, dass die sauerstofffreie Atmosphäre zu neuartigen Phänomenen führt. In Tabelle 2 werden ein Teil der generierten Ergebnisse zusammengefasst aufgezeigt. Dabei wird deutlich, dass sowohl das Verschleißvolumen als auch der Reibungskoeffizient in Korrelation zu den mechanischen Schichteigenschaften stehen, welche sich in Abhängigkeit der Atmosphäre maßgeblich verändern. Bei der anschließenden Analyse zeigte sich, dass die Proben in Sauerstoff-Atmosphäre mit einer dicken Rutilschicht überzogen sind, welche aufgrund der Porosität nur eine geringe mechanische Belastbarkeit besitzt. Die stabilere, in Argon-Atmosphäre erzeugte Oxidschicht, welche aus Rutil und einem unterstöchiometrischen Titanoxid besteht, zeigt bereits reib- und verschleißmindernde Eigenschaften. Dieses ist durch die gemessenen mechanischen Kennwerte gut nachvollziehbar. Bei der Probe, welche in Silan-Argon-Atmosphäre eingesetzt wurde, konnte gezeigt werden, dass eine Einlagerung von Silizium zu einer Gitterverspannung und somit zu einer Steigerung der mechanischen Eigenschaften führt. Durch das Erlangen der grundlagenorientierten Kenntnisse der Wirkzusammenhänge zwischen der Umgebungsatmosphäre, resultierender Verschleißeffekte und der Beeinflussung des Reibungskoeffizienten und des Verschleißvolumens von Ti-6Al-4V konnten Potentiale im tribologischen Kontakt der Titan-Aluminium- Legierung in XHV-adäquater Atmosphäre bezüglich des geringeren Verschleißes aufgezeigt werden. Die äußerst dünne Randschicht von etwa einem Mikrometer weist Tabelle 2: Zusammengefasste Ergebnisse der Ball-on-Disc-Untersuchungen TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 12 [Che05] Cheng, X., Roscae, S.G.(2005): Corrosion behavior of titanium in the presence of calcium phosphate and serum proteins, In: Biomaterials, Vol. 26, S. 7350-7356 [Cui06] Cui, L., Li, Z., Wei, Q., (2006): Influence of high temperature oxidation on the superplastic ability of Ti-6Al-4V alloy, In: Titan Ind. Prog. 23 (2), S.21-27 [Dim04] Dimčić, B., Jovanović, M. T., Bobić,I., Zec, S., Tadić, S. 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Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0002 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 13 Aus Wissenschaft und Forschung 14 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 dheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikat Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Spr Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ A \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Komm chaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historisc chaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Manage e \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ B rachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ Altphilologie \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Ku \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikationswissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ en \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ BUCHTIPP Rüdiger Krethe Handbuch Ölanalysen 1. Auflage 2020, 284 Seiten €[D] 148,00 ISBN 978-3-8169-3499-8 eISBN 978-3-8169-8499-3 expert verlag GmbH \ Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0)7071 97 97 0 \ Fax +49 (0)7071 97 97 11 \ info@verlag.expert \ www.expertverlag.de Stand: März 2021 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! Das Buch bietet eine praxisorien�erte Einführung in das Thema Ölanalysen. Es vermi�elt das nö�ge Hintergrundwissen, von der sachgerechten Probenentnahme, den Prüfverfahren bis zum Verstehen der Analysenergebnisse. Hierdurch unterstützt es den Anwender dabei, kostspielige Ausfallzeiten der Maschinen zu verhindern. Rüdiger Krethe ist diplomierter Maschinenbauer und Tribotechniker. Er befasst sich seit mehr als 25 Jahren intensiv mit der Schmierung von Maschinen, angefangen von der Produktauswahl, der innerbetrieblichen Organisa�on bis hin zur Überwachung von Schmierölen und Hydraulikflüssigkeiten während des Einsatzes. TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 14 1 Introduction Fretting wear can be an ambiguous case to describe in general. According to Heinz [1,3] fretting wear occurs in a contact with an oscillational movement with amplitudes below 200-300 µm. The movement amplitude is smaller than the contact length in the direction of movement. This results in an engagement or contact ratio close to or equal to 1 for both friction partners. Analogous consideration also applies for rotationally symmetrical systems. Vingsbo and Söderberg [7] include the contact pressure into fretting wear maps to better describe the conditions within the tribological system. The terms of stick, partial slip and gross slip do link to wear mechanisms like surface cracks, abrasion and adhesion in applications. The systematic approach of Czichos and Habig [4] can also help to define fretting to a topic where contact size, oscillating motion amplitudes and elastic deformation around the contact area matter. The time scale can be quite wide for thermal expansion cycles on the low end to vibrating machinery harmonics e.g. from piston engines in the kHz range. Aus Wissenschaft und Forschung 15 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 Fretting Wear Observation of Flat Contacts Henrik Buse, Erika Hodúlová* Mit Hilfe eines speziell für flächige Kontakte entwickelten Modell-Prüfstands sollen neue und einfache Methoden der Material- und Schmierstoffprüfung auf Grundlagen- und Anwendungsebene unter Schwingverschleißbedingungen aufgezeigt werden. Auf die übliche Abstraktion der Kontaktgeometrien mit einfach auszurichtenden Punkt- oder Linienkontakten wird verzichtet, um den häufig flächigen Kontakten in angewandten Tribosystemen gerecht zu werden. Im Speziellen des Beitrags wird eine Methode untersucht eine gezielte Beobachtung der Oberflächen zu evaluieren. Die Methode nutzt eine verfahrbare Oberprobe um den Kontakt zu öffnen und einen Zwischenstand des Tests per Bildaufnahme zu dokumentieren um u.a. Zeitraffer-Aufnahmen des Schwingverschleißfortschritts zu erhalten. Gerade das Öffnen des Kontaktes kann bereits das Tribosystem und das Ergebnis eines Tests beeinflussen. Es wird gezeigt, ob und wie dieser Öffnungsvorgang einen Einfluss gegenüber Tests mit durchgehendem (nicht unterbrochenem) Kontakt hat. Schlüsselwörter Schwingverschleiß, Fretting, Tribometrie, Schmierstoffprüfung, Materialprüfung, Kontaktmechanik With the instrumentality of a newly developed fretting test bench for planar contacts, a state-of-the-art method of inter-mediate imaging helps to understand fretting wear mechanisms of different materials and lubricants. The test bench uses application like planar surfaces unlike the usual point or elliptical contact in model testing (with the tribological test chain). Applications considered prone to fretting wear have large planar contacts - like bearing seats and shaft hub connections - and contact pressures normally perceived as low or uncritical. This article examines a method to evaluate a targeted observation of the surfaces. The method uses a movable upper sample to open the contact and to document an interim status of the test by image recording. Among other things, this is to obtain time-lapse recordings of the progressive wear and tear. Just opening the contact can already influence the tribological system and the result of a test. It is shown whether and how this opening process has an impact on tests with continuous contact. Keywords Fretting, Tribometry, Lubrication Testing, Material Testing, Contact Mechanics Kurzfassung Abstract * Henrik Buse, MSc., Corresponding author Workplace: Institute of Production Technologies, Faculty of Materials Science and Technology, Slovak University of Technology, 917 24 Trnava, Slovak Republic Hochschule Mannheim - Kompetenzzentrum Tribologie 68163 Mannheim doc. Ing. Erika Hodúlová, PhD. Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Materials Science and Technology, 917 24 Trnava, Slovak Republic ti r A m c e B \ u \ \ TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 15 2 State of the art for experiment with plane contacts Fretting wear testing can be done on different scales and abstraction levels. Typically, easy tests tend to simplify or avoid contact alignment issues by using point contacts. The compromise is accordingly an overdrawn local pressure and a very small contact area. The small contact area further requires correspondingly small amplitudes of motion in order to achieve the fretting-typical large contact ratio for both contact partners. Using coplanar contacts - flat or with any curvature - on the other hand introduces at least unavoidable shape deviations from manufacturing or preloading deformations. Furthermore, alignment becomes most important to avoid unintended edge bearing situations. However, edge bearing may be considered realistic for some applications, e.g. for splined couplings with moderate alignment tolerances. Considering literature about fretting wear, both contact types can be found [1, 2, 3, 6]. For point contacts, prominent works [8, 9] use the effect of partial slip to provoke high contact ratios and good repeatability, while contact pressure tends to be extreme and many applications do not rely on point contacts. The simplicity of point contacts appeals for standardizations. And these are conducted at least by the ASTM [10], e.g. D7594 - 19. But at a Aus Wissenschaft und Forschung 16 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 As a one-dimensional system schematic, figure 1 gives the respecting contact lengths of both bodies L C1 and L C2 and the displacement Δx in a typical ratio. Together with distributed normal force FN on the contact area the tangential force T will act against the motion. Also, the term fretting is used for a wider variety of special cases. A true special case are standstill marks in roller bearings which are exposed to vibrations and very small rotational oscillations with a contact ratio around one. The term fretting is also used in the roller bearing SNR-FEB2 and Fafnir ASTM D4170 standard test, but the contact conditions may have contact ratios well below one and open the contact completely [10]. So, it can be, that the fretting wear term is uses for different tests or phenomena under any oscillating motion. Within this article, the term fretting is used to the definitions of Heinz [1,3]. Fretting wear still occurs in many technical and everyday applications. Examples of fretting can be taken from earlier times described by Bartel [5] that are still of relevance today, as shown in figure 2. Especially the tooth shaft hub coupling of figure 2b) is a very present topic of early functional failure. Often the collective load would not be de-scribed as critical. Low loads for example may lead to less friction fit and more displacement. Larger contacting surfaces then are exposed to self or externally induced vibrations and fretting conditions can be met if the displacement does not exceed the contact length. It should be the objective to avoid or to mitigate the reason of vibration or relative motion, but this is often not possible by economical design or the usage of a machine. Some best practices define the necessary precision of mating parts (e.g. bearing seats) to avoid relative motion, most elements however require a clearance in order to allow a certain freedom of motion or for assembly reasons. Hence, a reasonable treatment is often needed for the avoidance or mitigation of fretting wear as symptom of small oscillating relative motion in large contacts. Typical fretting wear symptoms are abrasion, adhesion, metal debris forming, oxidation of the particles and surfaces if oxygen is present. And it is not clearly known if abrasion or adhesion happens first or if the causal mechanics can also depend on the tribological system. The later symptoms with debris and oxidation dynamics are also called tribo-oxidation [3]. Especially under partial slip under higher local pressures, surface cracks occur in the slip regions because the local contacts may interact intensively and fatigue with every cycle [3]. Figure 1: fretting wear system schematic Figure 2: Examples for fretting wear in applications 1960 s [5], most are still relevant today TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 16 first glance, the experimental setup just tests lubricant reflow with 150 µm oscillation amplitudes equal to the contact length, this gives a contact ratio of 0.5 one contacting surface therefore is completely exposed for lubricant access. Only with excessive initial wear, the contact gets large enough to suffice fretting contact ratios. So extreme pressure additives (about 2.2 GPa initial pressure) are needed to pass the test. But point contacts can easily have very high contact ratios under partial slip [8, 9], Experiments are quite simple to achieve because only an oscillating force is needed to overcome contact edge slip conditions. Works for planar contacts were mainly used to test for fretting fatigue and to understand the fretting wear mechanics more deeply. 3 Experimental Development With the help of a model test bench developed for plane contacts, new and simple methods of material and lubricant testing on basic and application research with fretting conditions can be demonstrated. The usual abstraction of the contact geometries with easily aligned point or line contacts is deliberately omitted. This is done to meet the usually flat and conformal contacts, which are prone to fretting in applied tribosystems (shaft-hub connection, bearing seats, mating surfaces, etc.). This also gives the lubricant its minimal volume in between asperities of the mating surfaces. To get a useful planar contact, the alignment as well as the shape deviations of the specimens must be considered. Figure 3a) shows the schematic of the dual axis alignment which is needed to adjust two plane specimens to each other. Figure 3b) shows the typical shape deviation of the specimens used for the described test series. It can be seen here that the surface is slightly convex with 1.5 µm across the distance from edge to centre of the contact. The complete test bench prototype is shown in figure 4a) and every single test records the initial specimen status, 4b), and contact alignment 4c). The specimens are oriented according to figure 4d). Aus Wissenschaft und Forschung 17 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 Figure 3: Contact alignment and specimen shape deviation Figure 4: Test bench prototype and contact documentation TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 17 An automated opening of the contact in defined intervals is intended in order to observe the wearing surfaces during a test. The schematic of this procedure is shown in figure 5. Opening the contact is to be considered as relevant in the tribological system analysis [3, 4]. The opening could provide an escape for trapped particles or a new flow of a lubricant to more central contact areas. A different approach would be to let the contact closed with a transparent specimen [9], but this is limiting the tribological system validity because of the lack of use of transparent materials in such tribosystems. The drivetrain for the oscillating motion is an adjustable eccentric drive with a servo motor as a main power source and a phase shift mechanism to control the displacement eccentricity. The crankshaft drive is much stiffer than voice coil drive solutions and does not require hydraulic power. Also a simple PID-control of the phase shift is sufficient to sustain the desired displacement amplitude. The displacement measurement is a single measurement consisting of a commercial laser triangulation sensor mounted on a passive mass path near the fixed specimen, the resolution of the device is not better than 0.4 µm and the linearity not better than 0.1 % at a sample cycle of 110 µs. The quasi-static normal force measurement is done via a strain measurement load cell (~2 mV/ V, 0.5 % linearity) in the force path on the motion axis which is also used for opening and closing the contact. The axis supplies up to 2 kN of normal force. The axis control system for the normal force and contact opening axis are based on “GRBL” open-source software which uses g-code for axis commands like CNC-Machines. Aus Wissenschaft und Forschung 18 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 The article focus is on the description and evaluation of an observation method of the contacting surfaces during the test run. The method uses a defined and repeatable, traversable upper sample to automatically open the contact and captures an intermediate image state of the test. This is to obtain time-lapsable images of the fretting wear initiation and progress mechanics. However, opening the contact can already affect the tribosystem and the result of a test. It is shown if and how this opening process has an influence on tests compared to continuous closed contact. The procedure schematic in figure 5a) also shows a movable mirror for the upper specimen image acquisition which was developed in a later stage. Exemplary images of the lower specimen in figure 5b) to k) show the potential outcome of a lubricated test. Beginning with contact alignment iterations b) to d), initial specimen status e), lubricant distribution before f) and after single contact g) as well as fretting damage progression h) to k). Figure 5k) shows a little spot where adhesion as cold weld is visible. 4 Methods, experiment equipment and setup The test setup consists of two flat specimens with an ideal contact area of 64 mm 2 . The test bench allows a rigid spherical alignment of the specimens for a well distributed plane contact which plane is also parallel to the axis of motion. Pressure sensitive foil is used as an visual alignment check. The foil used in the experiment has its maximum intensity colour at or above 2 MPa. Figure 5: Experimental contact inspection setup TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 18 The friction measurement is done on the structural path from the fixed specimen holder to the drivetrain via two piezo-electric strain sensors in a structure symmetric configuration for the cancelation of bending strain charges. This allows only the resulting push/ pull strain charge to be amplified by the charge amplifier. The resulting calibration charge per force is quite low with ~ 0.5 pC/ N and requires a sophisticated amplifier. Data acquisition hardware uses typical 16to 24-bit analogue interfaces for the measurements. The observation setup uses an industrial camera with a telecentric lens fitted to the specimen dimensions for object size. The control software is custom programmed for the test bench measurements and functionalities. The gravimetric measurement is done with specimen samples before and after a test with analytic balance with a repeatability of 0.015 mg and a linearity of 0.03 mg. 5 Discussion of the observation by intermittent image acquisition A characteristic behaviour of steel contact suffering of fretting conditions is the formation of debris particles. These mostly consist of Fe 2 O 3 , with bright red to brown colour and Fe 3 O 4 , with black colour [3]. A first observation method by a camera inspection on an earlier prototype is displayed in the image of figure 6. The closed specimen setup in contact and motion shows the amount of debris and the moment when the formation of debris starts. Besides the low resolution of the camera used then, the observation from outside does not give information on the mechanisms involved to produce the particles. But the images up close the contact revealed the steady flow of particles to the outside of the contact and therefore an interesting route to take a step further. An actual prototype therefore is further developed to observe the wearing surfaces during a test by automated opening of the contact in defined intervals. The concept schematic is shown in figure 5a). Opening the contact can surely be counted to be relevant in the tribological system analysis [4]. The opening provides at least an escape for trapped particles or a reflow of lubricant to more central contact regions. It must be considered that opening the contact should be done if the related tribological system does not have an interruption of contact. A fretting wear case on a casually open contact can be a shaft / hub spline coupling in an automotive drivetrain which can change sides between acceleration and deceleration and coasting. Cases where opening never occurs are bearing seats or friction fitted parts. Choosing to open the contact for additional information should be done carefully or by testing both possibilities with the same measures to be sure. 6 Experiment for contact opening influences To determine the influence on a tribo-system with planar contacts a test series is set up. Data is listed in table 1. The test without lubricant “dry test” have a fixed run time of around 4 hours for comparison. The time which takes to do the contact opening procedure is not compensated, therefore the tests with opening run slightly shorter. The opening, image acquisition and the closing take about 6 seconds to accomplish. The dry tests deliver measure values for friction levels and the gravimetric measurement of the specimens before and after the test to quantify the lost mass due to wear. The assembly paste “lubricated test” has a time to damage criterion, where the friction force is monitored, and the test is stopped above 600 N of friction force. The time to damage is then a criterion for comparison. The assembly paste is a typical white paste consisting mostly of calcium di-hydroxide Ca(OH) 2 , which is often used for applications where fretting wear can occur. The cause and effects for the general positive behaviour of this solid lubricant is not understood yet. Aus Wissenschaft und Forschung 19 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 Figure 6: Early prototype imaging of outside observation showing oxide particles Contact opening Lubricant Sample size Every 120 s. Dry 5 No opening Dry 5 Every 120 s. Assembly paste 3 No opening Assembly paste 5 Similar on all tests: pair of 100Cr6 / 1.3505 Steel specimens, 64 mm² contact area, 15.6 MPa / 1 kN normal load, 200 μm stroke at 49,5 Hz frequency, 120 °C Table 1: Test Series Data TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 19 without contact opening start at around 800 N whereas the tests with contact opening start with scattering from 800 to 1000 N directly. The sample number of dry tests allow a reasonable use of boxplots, but obviously the number of trials could have been higher. Data is shown in the upper figure 9. The friction force levels on top of figure 9 do show only small differences. But it can be seen in the lower plot, that the wear in the case of cyclic opened contacts is slightly different than in the case of a completely closed contact; scattering is increased slightly on contact opening. Considering the slightly shorter tests due to the opening cycles, the non-opening tests show less wear. The amount of wear after 4 hours of test (713k Cycles, 285 m of sliding distance) in the single digit milligram range is well measurable with gravimetric measure equipment. More distinct and unexpected is the wear ratio between upper and lower specimen, the lower ones having around 50 % less wear without any dependency on contact opening. It is unclear why this is that pronounced between the specimens, but an assumption is, that there is a nodding or rolling kinematic on very high friction forces caused by the lower specimen holder. The lower specimen holder stiffness is much lower than the upper specimen holder due to cavities for heating elements and softer thermal isolation plates in between. This may lead to a nodding together with a smaller more pressured area on the motion following edge. Another Aus Wissenschaft und Forschung 20 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 7 Results and discussion dry test The dry test results show a comparable picture after the test. Figure 7 shows the acquired images of the dry tests. Columns are different test samples, and the top three rows are results with contact opening. In the first row the alignment documentation is imaged, the second row has the first image after 120 s and the third row the last image after 4 hours. The bottom 2 rows are images of the tests without contact opening showing alignment and last image after 4 hours. There are 2 images missing because of failed recalls of the manual image acquisition after the test. In the second row in figure 7, after 120 seconds every sample shows red oxide particles as well as a fresh adhesion or cold weld spot. Larger adhesion damage is no more visible at the end of the test. Together with the measured friction forces shown in figure 8 there is hardly any difference comparing the opened and closed contact tests. The shown diagrams plot the absolute mean friction force calculated over time. In every condition, the gross slip regime [7] is present. It is expected that the closed contact may lack of oxygen in the contact centre and therefore show more bare metal surface. But this is not the case when comparing the macro images. The measured friction forces are all in the region of 800 to 1000 N therefore the coefficient of friction is around 0.8 to 1. Most noticeable is the difference of friction forces in the first half hour of the test. All tests Figure 7: Image acquisition results on dry tests TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 20 Aus Wissenschaft und Forschung 21 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 Figure 8: Measured friction force on dry tests Figure 9: data comparison boxplot on dry tests TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 21 the friction force shows spikes towards lower forces because the data filtering does not remove every measure sample while the contact opening procedure is ongoing. 9 Conclusion and outlook on the benefits of contact opening Opening a contact in intervals does affect results like wear amount less than other effects. But the shown lubrication tests issue a need for an increased number of tests for better statistics and other lubricants to determine a clear influence of contact opening. Opening a contact for additional status information of the tribological system in test may be very useful but can also influence the result compared to a test with an always closed contact. A bit harder to explain in short text and figures is the amount of detailed data generated by image acquisition while the contact is opened. Image data of the test series show the initial damage type on the lubricated test and the initial and progressive damage mechanisms in dry testing. The images are well suited for generation of time lapse movies for a better understanding of progression. Figure 12 shows some successive images of a test and figure 11 uses a combined view of online-data together with synchronized images. Event based image acquisition can also be used to only take an image when friction levels or other measures Aus Wissenschaft und Forschung 22 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 difference between upper and lower specimen is the mass temperature since the lower specimen is heated directly by the holder and the upper specimen gets heated passively through the contact and the friction losses. A difference of around 40 K is normal on the temperature measurements (120 °C on lower and 80 °C on upper specimen) but this is also depending on sensor placement. If tests with high friction forces (~ 1000 N on the shown device) are conducted in the future, this behaviour must be addressed as it may induce an oscillating unknown dynamic contact pressure distribution. 8 Results lubricated tests The white assembly paste lubricated test show the resource conflict of long test runs and enough repetitions for statistical evidence. With the given results shown in figure 10, the time of failure can be seen in a quick rise of the friction force at a certain time. The tests with and without opened contact show nearly the same time to damage median. Both can scatter by 100 %. Also, one test with closed contact showed some measurement trouble (the longest run). A conclusion could be that contact opening does not increase time to damage by more lubricant flow into the contact regions or other effects. But this may differ with the type and consistency of lubricant. Values for the friction force are comparable. On the contact opening tests, Figure 10: Measured friction force on lubricated tests TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 22 raise or drop by a certain amount. The topic is looking out to online publications with additional media usage to better show the general benefit of the tests done with contact opening and inspection. Especially with internal studies of polymer coatings the procedure seems to have no effect on the test outcome. This provides the opportunity to understand transfer layer built up of different coatings and the effects of additional influences like temperature or other physical changes. The experiment setup can also include additional analytics like UV/ VIS-spectroscopy, photometry or fluorometry if the surrounding can be shielded well enough. Fretting can induce many subsequent surface contacts in a very small area and therefore some analytical methods can resolve fresh reactions of the surface materials. References [1] R. Heinz, Schwingverschleiß-Erscheinungsformen - Prüfmethoden und Abhilfemaßnahmen, Journal, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 20(1): 14-20, 1989 [2] R. Simon, G. Schmitt-Thomas. Reibkorrosion - Literaturrecherche. FVA-Number 313, Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V., 1990 [3] K. Sommer, R. Heinz, J. Schöfer. Verschleiß metallischer Werkstoffe, ISBN 978-3-8351-0126-5, 2010 [4] H. Czichos, K.-H. Habig, Tribologie-Handbuch, ISBN 978-3-8348-1810-2, 2015 [5] Albert A. Bartel. Passungsrost bzw. Reiboxydation, besondere Verschleißprobleme. Erfahrungsberichte. Allianz Versicherungs-AG, 1965. [6] R. Simon, G. Schmitt-Thomas. 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Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0003 Figure 12: successive images from a lubricated test Figure 11: Two frames of a time lapse video with online data TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 23 Aus Wissenschaft und Forschung 24 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Mit explorativer Datenanalyse und Data Mining zu hoch effizienten polymeren Tribo-Schicht-Systemen Anna Buling, Laura Dongmo Guetse, Jörg Zerrer* Die zunehmenden Anforderungen an Komponenten in hochentwickelten Bereichen wie dem Maschinenbau oder der Fahrzeugindustrie erfordern neue Ansätze in der Entwicklung und Anwendung tribologischer Systeme. So spielt die Reduzierung von Verschleiß und Reibung die Hauptrolle, während Nachhaltigkeit und Energieeinsparung durch die Substituierung von z.B. Stahl durch Leichtmetalle erreicht werden kann. Hierzu beschäftigt sich diese Studie mit der Entwicklung von tribologischen Schutzsystemen, basierend auf dem Hochleistungspolymer PEEK, welche durch den Einsatz eines neuartigen Laserbeschichtungssystems auf Leichtmetallen appliziert werden. Um den Laserprozess möglichst effektiv zu gestalten, werden Korrelationen zwischen den Beschichtungsparametern, der daraus resultierenden Schichtmorphologie und den mechanischen und tribologischen Eigenschaften ermittelt. Weiterhin wurde der Einfluss reibungs- und verschleißreduzierender Additive und ihrer Konzentrationen auf die Trockenschmierung untersucht, während die unterschiedlich einstellbaren Eigenschaften mithilfe von Data Mining festgehalten und analysiert wurden. Durch die Kombination der so ermittelten Erkenntnisse konnten Prozessparameter optimiert und ein Multi-Schichtsystem entwickelt werden, welches hohe Korrosions- und Verschleißbeständigkeit mit der Ausbildung eines Tribo-Films verbindet und somit zu geringer Reibung und einer extrem verlängerten Lebensdauer beiträgt. Schlüsselwörter Beschichtung, Festkörperschmierung, Trockenschmierung, Reibungsreduzierung, PEEK, Leichtmetalle With explorating data analysis and data mining to highly effective polymer tribo-coatings Since current developments in machine building and automotive industry are dealing with the amplification of energy efficiency and sustainability of components, the reduction of friction and wear losses plays the most important key role. A further aspect of energy saving by mass reduction can be taken into account by substituting steel by lightweight metals. To fulfill these requirements, this study focuses on the development of a tribo-coating system, based on PEEK (poly-ether-ether-ketone) as a base coating material for Al substrates. The coating is applied by using laser radiation to increase the energy efficiency of the coating process on the one hand and to reduce thermal stress on the component on the other hand. Furthermore, the laser process improves the mechanical properties of the polymeric coating. In the first step the correlation between the coating process parameters and the resulting coating morphology accompanied by its mechanical properties and the tribological behavior was elucidated by using explorative data analysis. Here, the influence of different wear and/ or friction reducing additives and their variable concentrations was also taken into account, while the tribological response of the resulting coating systems was examined and valuated under dry sliding conditions. Using data mining, the most dominant correlations between the process parameters and the tribological answer of the coating system could be found. Utilizing these findings, the process parameters for different additives in the PEEK dispersions could be optimized, and a multilayer system was established, which combines high corrosion and wear protection accompanied by a tribo-film formation resulting in low friction and an increased lifetime of the coating system. Keywords Coatings, solid-state-lubrication, dry sliding, low friction, PEEK, lightweight metals Kurzfassung Abstract * Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Anna Buling (federführender Autor) M. Sc. Laura Dongmo Guetse Dipl.-Ing. Jörg Zerrer ELB - Eloxalwerk Ludwigsbug Helmut Zerrer GmbH 71642 Ludwigsburg TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 24 1 Einführung Während die Bedeutung von Leichtmetallen in unterschiedlichen Industriezweigen, wie dem Automobil- oder dem Maschinenbau, immer weiter zunimmt, wo deren Einsatz zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und somit dem Umweltschutz beiträgt [1], ist der Energieverbrauch, der durch Reibungsverluste entsteht, nach wie vor sehr hoch [2]. Weiterhin erfordert das Entwickeln neuer Oberflächenstrategien für tribologische Anwendungen lange Zeiträume, wobei oft nur wenige Vergleichsmessungen und geringe statistische Auswertungen erfolgen. Dies führt häufig zu Systemen, die nicht ihr volles Potential entfalten können. Um dem Leichtbaugedanken zu entsprechen, beschäftigt sich diese Studie mit einer Beschichtungstechnologie für das Substratmaterial Aluminium EW6082. Als Beschichtungsmaterial wurde PEEK (Polyetheretherketon) ausgewählt, da es für seine herausragenden mechanischen Eigenschaften und für sein Wirken als Festkörperschmierstoff bekannt ist [3,4]. Der geringe Verschleiß und die damit einhergehende Verlängerung der Lebenszeit dieses Beschichtungsmaterials sollen somit zur Effizienzsteigerung eines solchen tribologischen Systems beitragen. Eine weitere Verbesserung der tribologischen Eigenschaften kann durch den Einbau reibungsreduzierender Additive in der PEEK-Matrix erfolgen [5,6]. Eine neuartige energieeffiziente Lasersintertechnik [7] wurde auf die zuvor applizierten PEEK-Dispersionen in der Weise angepasst, dass zum einen die thermische Belastung auf dem zu beschichtenden Substrat während des Beschichtungsprozesses deutlich reduziert werden konnte, zum anderen auch die Eigenschaften der Beschichtung optimiert werden konnten. Die aufgebrachten PEEK-Einzelschichten wurden anschließend hinsichtlich ihrer morphologischen Eigenschaften charakterisiert und mittels eines Kugel-Scheibe-Tribometers geprüft, wobei explorative Datenanalyse und Data Mining eingesetzt wurden, um Korrelationen zwischen den Lasersinterparametern und den erreichten Eigenschaften der Beschichtungen zu finden und durch Simulationen den Prozess weiter zu optimieren. Durch diese Ergebnisse konnte anschließend ein Multi- Schicht-System erzeugt werden, welches einen hohen Korrosions- und Verschleißschutz mit einer niedrigen Reibung, erreicht durch Tribo-Film-Bildung, kombiniert. 2 Materialien und Methoden Als Substratmaterial wurden zylindrische Proben mit einem Durchmesser von 31 mm und einer Höhe von 6 mm, feingedreht aus AlMgSi1 (EN AW6082), verwendet. Diese wurden zunächst hartanodisiert (HA), wobei die Schichtdicke dieser HA-Schicht 5 µm betrug und die resultierende Oberflächenrauheit einen Wert von R a = 2 µm aufwies. Der positive Einfluss einer solchen HA-Schicht als adhäsionsfördernde Zwischenschicht wurde in vorangegangenen Studien ermittelt. Die verwendeten PEEK-Dispersionen sind wasserbasiert und wurden durch ELB produziert nach in [8] beschriebenem Prozess. Diese Dispersionen wurden mithilfe eines Rakels auf die HA-behandelten Substrate mit einer Nassfilmdicke von 60 µm aufgebracht und anschließend einer Trocknung unterzogen. Durch das mäanderförmige Führen der Laserstrahlung über die PEEK- Partikel wurden diese gesintert, was zu einer kompakten, etwa 20 µm dicken, PEEK-Schicht führte. Hierbei betrug der Festkörperanteil bei den reinen PEEK-Dispersionen rund 35 Gew.-%, die Konzentration der unterschiedlichen Additive wurde zwischen 0,5 und 2 Gew.-% variiert. Das tribologische Verhalten aller applizierten PEEK-Beschichtungen wurde unter Trockenreibung mithilfe eines Kugel-Scheibe-Tribometers (TBR) des Herstellers Anton Paar im linear-reziproken Modus mit einer Spurlänge von 10 mm untersucht. Die maximale Geschwindigkeit betrug v max = 25 cm/ s, die in der Mitte der Verschleißspur bei jedem Durchgang erreicht wurde (Bild 1). Als statischer Gegenpartner wurde eine 100Cr6-Stahl-Kugel mit einem Durchmesser von d = 6 mm eingesetzt. Die aufgebrachte Normalkraft betrug F N = 10 N, was einer Hertzschen Pressung von 571 MPa entspricht. Ein Verschleiß der Beschichtung bis auf das Substratmaterial wurde als Abbruchkriterium dieser Prüfung definiert, wobei der Reibungskoeffizient (COF) während der Prüfung kontinuierlich mit einer Messfrequenz von 40 Hz aufgezeichnet worden ist. Um den zeitlichen Verlauf des COF zu ermitteln, wurde der Mittelwert aus dem Hin- und Rückweg eines Zyklus gewählt. Nach jedem Verschleißtest dieser Art wurde so- Aus Wissenschaft und Forschung 25 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Bild 1: Schema des tribologischen Prüfaufbaus und -modus TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 25 logie aufgebracht, um die Parameter zu identifizieren, die den größten Einfluss auf das tribologische Verhalten der Oberflächen haben. Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass am Ende ein Mehrschichtsystem entstehen sollte, welches zunächst eine Korrosionsschutzschicht, eine Verschleißschutzschicht und anschließend eine Opferschicht aufweist, welche durch die Ausbildung eines günstigen Tribo-Films zur Reibungsreduzierung beiträgt. Die Langzeitkorrosionsprüfungen, die an den PEEK-Beschichtungen durchgeführt wurden, brachten das Ergebnis hervor, dass weniger die Additive, sondern vielmehr die Porenfreiheit der Schicht eine entscheidende Rolle spielt. Eine möglichst lange Lebensdauer der Beschichtung ist entscheidend, um einen hohen Verschleißschutz abzubilden. Bild 2 zeigt die Lebensdauern der aufgebrachten Ein-Schicht-Systeme in Abhängigkeit von den Prozessparametern, ermittelt durch die zuvor beschriebene Kugel-Scheibe-Prüfung. Hierbei steht P min / % für die eingesetzte Mindestlaserleistung im Beschichtungsprozess, P max / % für die maximale. Die rechte Darstellung zeigt den Zusammenhang zwischen erzielter Lebensdauer und der Prozesstemperatur während des Sinterprozesses. Aus der Darstellung geht Folgendes hervor: Auf der einen Seite führen niedrigere Laserleistungen (sowohl min als auch max) zu deutlich höheren Lebensdauern, auf der anderen Seite führen niedrige Prozesstemperaturen zur Abnahme der Lebensdauer der Beschichtungen. Somit ist es zielführend, Additive in der PEEK-Dispersion einzusetzen, die das Laserlicht bereits bei niedrigen Laserleistungen ausreichend absorbieren und somit eine höhere Prozesstemperatur zur Folge haben. Aus Wissenschaft und Forschung 26 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 wohl die Verschleißspur auf der Beschichtung als auch auf der Stahlkugel mittels eines Laserscanning-Mikroskops (VK-H1XR) sowie dem Analysemodul VK Analysis der Firma Keyence, Japan, untersucht. Im Fall der Beschichtung wurde an mindestens vier Punkten der Verschleißspur das abgetragene Volumen mithilfe eines Profils gemessen. Im Falle der Kugel wurde stets die Gesamtverschleißspur der Kugel betrachtet. Mit dem so gemessenen volumetrischen Verschleiß wurde jeweils der spezifische Verschleißkoeffizient K n mithilfe folgender Formel bestimmt: K n = V/ (F N* L x ) Hierbei ist V das abgetragene Volumen, F N die aufgebrachte Normalkraft und L x die Gesamtprüfdistanz. Zur Analyse der Morphologie und der chemischen Zusammensetzung der Schichtsysteme und der Verschleißspuren wurde ein Rasterelektronenmikroskop (REM) (Hitachi FlexSEM1000), ausgerüstet mit einem EDX- Detektor (Energiedispersive Röntgenspektroskopie) mit der AzTec-Software der Firma Oxford, verwendet. Alle experimentellen Parameter - vom Beschichtungsprozess über die topographische und tribologische Analyse - wurden mithilfe der JMP-Software zur explorativen Datenanalyse erfasst. 3 Ergebnisse 3.1 Ein-Schicht-Systeme Als erster Schritt wurden verschieden dotierte einzelne PEEK-Beschichtungen mithilfe der Lasersintertechno- Bild 2: Lebensdauer der Beschichtungen in Abhängigkeit von Prozessparametern TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 26 Als weiteres Kriterium der tribologischen Charakterisierung wurde der jeweils ermittelte Reibungskoeffizient in hoch (demnächst in roter Farbe dargestellt) und tief (demnächst in grüner Farbe dargestellt) eingeteilt. Zusätzlich wurde der vorherrschende Verschleißmechanismus schichtseitig in die Kategorien „adhäsiv“, „abrasiv“ und „Ermüdung“ eingeteilt. Bild 3 zeigt mögliche Erscheinungsbilder dieser Kategorien. Als unterschiedlich zum Einsatz gebrachte Additive werden mit den Bezeichnungen Ax, AFx und AIx versehen, wobei es sich hierbei um Partikel aus der Klasse der metallischen Oxide, Spinelle oder Mischoxide handelt. Der Einsatz eines Entscheidungsbaums als Tool des Data Mining, wie er für die Lebensdauer in Bild 4 gezeigt ist, spaltet je Induktionsschritt die Trainingsdaten bezüglich des Zielattributs - hier die Lebensdauer - nach der besten Klassifizierung auf. Aus diesem Trainingssatz geht deutlich hervor, dass die Additive neben der Prozesstemperatur den größten Einfluss auf die Lebensdauer haben, wobei die Additive AF6, AF18 und A1 zu den Beschichtungen mit der höchsten Lebensdauer führen (Mittelwert von 300 m). Diese Additive stellen also aussichtsreiche Kandidaten für einen hohen Verschleißschutz dar. Den Verschleißkoeffizienten der Schichten in Betracht ziehend, wird ersichtlich, dass von den zuvor erwähnten Additiven A1 und AF6 ebenfalls zu einem niedrigen Schichtverschleiß führen, wobei insbesondere die A1 in niedriger Konzentration niedrigsten Verschleiß mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten vereint (Bild 5). Da insbesondere für die oberste Schicht die Ausbreitung eines Tribofilms auf der Stahlkugel und damit einhergehendem niedrigen Reibungskoeffizienten wünschenswert ist, zeigt Bild 6 die Aufteilung in die unterschiedlichen Erscheinungsbilder der Kugel nach dem Verschleißtest. Deutlich geht hervor, dass viele der getesteten Systeme die Formation eines Tribofilms begünstigen. Insbesondere das AF6 und das AI10 weisen diesen beim Einsatz verschiedener Konzentrationen auf. Somit sind diese aussichtsreiche Kandidaten, um die Festkörperschmierung zu gewährleisten. Aus Wissenschaft und Forschung 27 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Bild 4: Entscheidungsbaum-Analyse zur Lebenszeit der Ein-Schicht-Systeme Bild 3: Exemplarische Darstellung der möglichen Verschleißmechanismen der Schicht TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 27 Beschichtungen kombiniert: Die Grundschicht soll eine starke Korrosionsschutzwirkung für das Aluminiumsubstrat aufweisen; die zweite Schicht vorwiegend als Verschleißschutzschicht agieren und so zu einer langen Lebensdauer beitragen, und die dritte, oberste Schicht sich vorteilhaft auf die Festkörperschmierung auswirken, indem ein niedriger Reibungskoeffizient durch die Ausbildung eines Tribo-Films entsteht. Langzeit-Korrosionstests, die an den Ein-Schicht-Systemen durch Messen der elektrochemischen Impedanz bei alternierender Einwirkung eines korrosiven Medi- Aus Wissenschaft und Forschung 28 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Als weiterer Faktor ist in Bild 7 der Verschleiß der Kugel dargestellt. Hieraus wird ersichtlich, dass das Additiv AF6 insbesondere in der niedrigen Konzentration zu einem geringen Verschleiß der Kugel führt. Somit wird diese PEEK-Dispersion im folgenden Mehrschichtsystem als oberste Schicht gewählt, um auch den Verschleiß auf dem Gegenpartner gering zu halten. 3.2 Erzeugung eines Mehrschichtsystems Als Multi-Schicht war ein Beschichtungssystem gewünscht, das mindestens drei unterschiedliche PEEK- Bild 6: Reibungskoeffizient in Abhängigkeit der Additive und ihrer Konzentrationen mit Zuordnung der Verschleißerscheinungen auf der statischen Stahl-Kugel als Gegenpartner Bild 5: spezifischer Schichtverschleiß in Abhängigkeit der Additive und ihrer Konzentrationen TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 28 ums und anschließender Trocknung der Probenoberfläche durchgeführt worden sind, zeigten, dass die undotierte PEEK-Beschichtung (A0) zu stabilem Korrosionsschutz führt. Hierbei ließ sich festhalten, dass vielmehr die niedrige Porosität der wesentliche Einflussfaktor auf die Korrosionshemmung ist. Eine erste Kombination der undotierten PEEK-Schicht (A0) als Korrosionsschutzschicht und einer zweiten Schicht, dotiert mit einer niedrigen Konzentration des Additivs A1 zeigte bereits eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer auf bis zu 1000 m Prüfdistanz (siehe Bild 8, dunkelrote Kurve im Vergleich zu den jeweiligen Einzelschichten), wobei hier die höchste erreichte Lebensdauer für die A1-dotierte Einzelschicht bei rund 380 m lag. Allerdings weist das Zwei-Schicht-System aus A0 und A1 eine etwas höhere Reibung, als dies für die Einzelschicht mit A1 der Fall ist. Eine Kombination aus undotierter PEEK-Schicht (A0), A1-dotierter als Zwischenschicht und AF6 als oberster Schicht führt zu einem tribologischen System mit deutlich reduzierter Reibung und einer extrem hohen Lebensdauer (blaue Kurve in Bild 8). Bild 9 zeigt die Werte im Vergleich: Die Lebensdauer ist um drei Größenordnungen höher, wobei zusätzlich der Reibungskoeffizient deutlich niedriger als bei den Ein-Schicht- Systemen ist. Aus Wissenschaft und Forschung 29 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Bild 7: spezifischer Verschleißkoeffizient der 100Cr6-Kugel in Abhängigkeit der Additive und ihrer Konzentration Bild 8: Entwicklung der Reibungskoeffizienten (COF) über der Testdistanz für die jeweiligen Einzel- und die Multi-Schicht-Systeme TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 29 tierenden (Bild 11c), so erkennt man, dass eine Einebnung der Struktur einhergegangen ist mit der Entfernung der AF6-dotierten obersten Schicht, wobei die A1-Addtive nun in der Verschleißspur erkennbar werden. Somit kann die Schlussfolgerung gemacht werden, dass die AF6-dotierte oberste Schicht als Festkörperschmierung agiert hatte, welche sich durch die Ausbildung des Tribo-Films, womöglich nach dem Einlaufverhalten bis ca. 100 m Prüfdistanz ausgebildet hat und nach der Prüfung auch auf der Kugel (Bild 11d) deutlich zu erkennen ist. Dieser Tribo-Film führt in Folge der Ausbildung im weiteren Verlauf auch zu dem deutlich niedrigeren Reibungskoeffizienten. Trotz der langen Prüfstrecke von 1700 m zeigt die Stahlkugel nur eine vorteilhafte Ausbreitung des Tribo-Films, jedoch keine weiteren Spuren des Verschleißes. Bild 12 zeigt, dass der Verschleißkoeffizient der Kugel durch den Einsatz des Drei-Schicht-Systems um mehr als eine Größenordnung reduziert wird (im Vergleich zu der undotierten Einzel-PEEK-Schicht). Auch der schichtseitige Verschleiß konnte signifikant gesenkt werden. 4 Schlussfolgerung Eine neuartige laserbasierte Beschichtungstechnologie konnte unter Zuhilfenahme von explorativer Datenanalyse und Werkzeugen des Data Mining optimiert werden, indem Prozessparameter und ihr Einfluss auf die applizierten Schichtsysteme betrachtet und ausgewertet wurden. Somit konnten dotierte PEEK-Beschichtungen so kombiniert werden, dass eine Langzeit-Korrosionsbeständigkeit mit einer gesteigerten Lebensdauer begleitet Aus Wissenschaft und Forschung 30 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Bild 10 zeigt dieses Mehrschichtsystem im metallographischen Querschliff. Die unterschiedlich dotierten Schichten können klar unterschieden werden, während keine Grenzflächen erkennbar sind, sodass eine gute Verbindung zwischen den einzelnen Schichten besteht. Weiterhin wird deutlich, dass eine gute Anhaftung an die HA-Zwischenschicht und somit an das Aluminiumsubstrat besteht. Die detaillierte Untersuchung der Verschleißspur auf dem Drei-Schicht-System lässt dünne Risse senkrecht zur Gleitrichtung erkennen (Bild 11), wobei an jeder Stelle dennoch eine geschlossene PEEK-Oberfläche vorliegt. Vergleicht man die ursprüngliche Struktur und Elementverteilung der Oberfläche der Schicht (Bild 11b) mit der in der Mitte der Verschleißspur resul- Bild 9: Vergleich der Lebensdauer (maximale Prüflänge bis Verschleiß) und der Reibungskoeffizient (COF) für die Mehr-Schicht-Systeme mit den zugehörigen Ein-Schicht-Systemen Bild 10: REM-Aufnahme des Querschliffes des Drei- Schichtsystems TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 30 von niedrigem Verschleiß und reduzierter Reibung durch die Ausbildung eines Tribo-Films abgebildet werden konnte. Basierend auf den tribologischen Erkenntnissen, die bei Ein-Schicht-Systemen durch Methoden des Data Minings evaluiert worden sind, wurde ein Multi- Schicht-System entwickelt, das eine um drei Größenordnungen gesteigerte Lebensdauer, einen zehnfach niedrigeren Schicht- und Gegenkörperverschleiß und reduzierte Reibung aufweist. Somit eignet sich das Prinzip des Data Minings, um Querverbindungen und Trends in tribologischen Systemen zu erkennen, diese in die Weiterentwicklung zu integrieren und hieraus tribologische Schichtsysteme zu entwickeln, die der Ressourcen- und Energieeffizienz zuträglich sind. 5 Danksagung Die die hier vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen eines geförderten KMU-Innovativ-Projekts (Förderkennzeichen: 01LY1824B) erzielt. Die Autoren danken ebenfalls den Projektpartnern Fraunhofer ILT und Pulsar Photonics GmbH für die exzellente Kooperation innerhalb des Konsortiums vom ATSM. Aus Wissenschaft und Forschung 31 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Bild 12: Vergleich der spezifischen Verschleißkoeffizenten von Schicht und Stahlkugel für die Einzel- und die Multi-Schicht-Systeme Bild 11: REM-Aufnahmen nach dem Verschleißtest des Drei-Schicht-Systems: a) Verschleißspur auf der Schichtoberfläche; b) Detailansicht der unbeeinträchtigten Schichtoberfläche; c) Detailansicht der Verschleißspur; d) Erscheinung der Stahlkugel als Gegenpartner nach dem Verschleißtest TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 31 [5] V. Rodriguez, J. Sukumaran, A.K. Schlarb, P. de Baets, Influence of solid lubricants on tribological properties of polyetheretherketone (PEEK), Tribology International 103 (2016) 45-57. https: / / doi.org/ 10.1016/ j.triboint.2016.06.037. [6] X. Hou, C.X. Shan, K.-L. Choy, Microstructures and tribological properties of PEEK-based nanocomposite coatings incorporating inorganic fullerene-like nanoparticles, Surface and Coatings Technology 202 (2008) 2287-2291. https: / / doi.org/ 10.1016/ j.surfcoat.2007.08.010. [7] H. Sändker, J. Stollenwerk, J. Zerrer, A. Buling (Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH; FRAUNHO- FER-GESELLSCHAFT zur Förderung der angewandten Forschung e.V.) EP 3 498 383 A3, 2018. [8] ELB (Eloxalwerk Ludwigsburg Helmut Zerrer GmbH 71642 Ludwigsburg-Neckarweihingen (DE)) EP 3 508 283 A3, 2018. Aus Wissenschaft und Forschung 32 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0004 Literatur [1] W.J. Joost, Reducing Vehicle Weight and Improving U.S. Energy Efficiency Using Integrated Computational Materials Engineering, JOM 64 (2012) 1032-1038. https: / / doi.org/ 10.1007/ s11837-012-0424-z. [2] Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, Aral AG, Tankstelle der Zukunft 2019 2019. 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Mai 2021 in Ostfildern (35352) Selbstschmierende und wartungsfreie Gleitlager am 10. und 11. Mai 2021 in Ostfildern oder online (35535) 23. International Colloquium Tribology - Industrial and Automotive Lubrication vom 25. bis 27. Januar 2022 in Ostfildern (50019) Weitere Informationen und Anmeldung unter: www.tae.de Seit über 40 Jahren: TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 33 Die Eignung dieser Werkstofffamilie für den Einsatz in dynamischen Dichtungen konnte optimiert werden durch verbesserte physikalische Eigenschaften und Rezepturen. So wurden die Werkstoffgefüge auf die Anwendung abgestimmt, Korngrößen und Korngrößenverteilungen angepasst oder Additive wie zum Beispiel Graphitpartikel eingebracht. Auch wenn durch die Konstruktionen und den Einsatz von Siliciumcarbidkeramiken die Leistungsfähigkeit der Gleitringdichtungen enorm gesteigert werden konnte, so Aus Wissenschaft und Forschung 34 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 1 Einleitung Siliciumcarbidwerkstoffe, gesintert aber auch reaktionsgebunden, werden häufig in axialen Gleitringdichtungen als „Tribowerkstoff“ eingesetzt. 3D-gedrucktes Siliciumcarbid als Gleitringwerkstoff Gert Wahl, Philipp Gingter, Sebastian Liebisch* Ringe aus gefügeoptimiertem, reaktionsgebundenem Siliciumcarbid werden häufig in axialen Gleitringdichtungen eingesetzt. Es wird ein 3D-gedrucktes, reaktionsgebundenes Siliciumcarbid vorgestellt. Der neue Werkstoff unterscheidet sich herstellungsbedingt in seiner Mikrostruktur, ermöglicht jedoch die Darstellung sehr viel komplexerer Geometrien und damit auch eine aufwendigere Gestaltung von Dichtungsringen. Aus diesem Grund wurden erste vergleichende Tests auf einem Gleitringdichtungsprüfstand durchgeführt, und es wurde das Verhalten unter Mangelschmierung getestet. Die Ergebnisse werden präsentiert. Eine erste Modellstudie wird vorgestellt mit dem Potential, Ringe mit zusätzlichen Funktionalitäten herzustellen; ein einfacher Modellring mit inneren Strukturen, mit Strömungskanälen wird gezeigt. Erste Ideen für Zusatzfunktionen werden zur Diskussion gestellt und müssen natürlich von Dichtungskonstrukteuren bewertet werden hinsichtlich ihres Potentials, aufwendige Metall-Keramikkonstruktionen zu vereinfachen, und die daraus resultierenden Probleme zu eliminieren. Sie haben das Potential zum Problemlöser. Der 3D-Druck von Siliziumcarbid als möglicher Problemlöser wird vorgestellt. Schlüsselwörter Technische Keramik, Siliciumcarbid, additive Fertigung, komplexe Geometrien, axiale Gleitringdichtung, p * v-Werte, Gleitringe, Zusatzfunktionen 3D-Printed Reaction Bonded Silicon Carbide as a Ring Material in Axial Face Seals Reaction bonded silicon carbide is well known for use as axial seal faces. The properties have been optimized in order to improve the performance of dynamic seals. 3D-printed silicon carbide will be introduced. The new material allows forming much more complicated shapes and seal ring designs. The new material shows a different structure compared to compression molded reaction bonded silicon carbide due to the special manufacturing process. Therefore, first comparative tests of seal-rings under marginal lubricated conditions have been performed. The results are presented and the possible use of 3Dprinted silicon carbide in the sealing technology is discussed. A first fundamental design study implies the potential of producing seal rings with an additional functionality. A simplified model of a seal ring with internal structures is shown and some ideas will be shared whether additional benefit could be achieved. Keywords Technical ceramic, silicon carbide, additive manufacturing, complex shapes, axial face seals, p * v-values, seal faces, additional functions Kurzfassung Abstract * Dr. Dipl.-Chem. Gert Wahl (federführender Autor) Schunk Kohlenstofftechnik GmbH, Heuchelheim Dr.-Ing. Philipp Gingter Sebastian Liebisch Schunk Ingenieurkeramik GmbH, Willich TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 34 sind doch die Ausführungsformen durch keramiktypische Eigenschaften eingeschränkt. Der keramische Prozess und die aufwendige Bearbeitung lassen keine beliebigen Geometrien zu. Jede Dichtungskonstruktion muss keramikgerecht ausgeführt werden, nicht nur um der hohen Sprödigkeit Rechnung zu tragen, sondern auch beispielsweise um die niedrigen Ausdehnungskoeffizienten zu beherrschen, und ein Fügen mit Metallteilen der Dichtungen möglich zu machen. Moderne 3D-gedruckte Siliciumcarbidwerkstoffe ermöglichen nun neue, komplexere Geometrien und Ausführungen. 2 Siliciumcarbidwerkstoffe in Dichtungstests Siliciumcarbidwerkstoffe zeichnen sich durch hohe Härte und Verschleißbeständigkeit aus. Darüber hinaus sind vorteilhafte Eigenschaften in der Anwendung als Dichtungsring deren Steifigkeit, die ausgesprochen gute Wärmeleitfähigkeit und die überlegene Dimensionsstabilität. Da Siliciumcarbid keine Trockenlaufeigenschaften besitzt, ist jedoch die Lauffähigkeit unter Bedingungen der Mangelschmierung sehr begrenzt. Dabei verhalten sich Siliciumcarbidwerkstoffe, abhängig von deren Struktur, bezüglich ihrer Notlaufeigenschaften sehr unterschiedlich. Laufversuche in Gleitringdichtungen unter Druck und Temperatur erlauben es, die Eigenschaft der Lauffähigkeit unter schwierigen Bedingungen zu quantifizieren. Bild 1 zeigt einen möglichen Testaufbau. Die Testbedingungen in dem vorliegenden Hochdruckprüfstand waren wie folgt: Als Medium wurde demineralisiertes Wasser verwendet, also eine Flüssigkeit mit bekannt schlechter Schmierfähigkeit. Die Gleitgeschwindigkeit betrug 9,3 m/ s, Der Entlastungsfaktor der verwendeten Dichtungen war 0,79. Die Temperatur konnte während des Versuchsablauf von Raumtemperatur bis auf 95 °C, der Mediumdruck von 5 auf 100 bar gesteigert werden. Der beschriebene Versuchsaufbau und die Erhöhung von Druck und Temperatur über die Versuchsdauer machen es möglich, Zustände der Mangelschmierung zu generieren. Mit zunehmender Mangelschmierung kommt es, abhängig von der verwendeten Paarung, zu Festkörperreibung der nicht trockenlauffähigen Siliciumcarbidringe, und es werden Leistungsspitzen des Prüfstands beobachtet. Bild 2 zeigt den Verlauf von Druck und Temperatur während der Tests. Aus Wissenschaft und Forschung 35 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 Bild 1: Hochdruckgleitringdichtungsprüfstand Bild 2: Messzyklus Bei Auftreten von Leistungsspitzen ist der Test beendet. Werkstoffpaarungen mit guten Notlaufeigenschaften zeigen keine Leistungsspitzen, oder diese treten zumindest erst unter höheren Drücken und Temperaturen auf. Somit ist die Laufzeit eines Tests gleichbedeutend mit den dann erreichten Temperaturen und Drücken ein Maß für die tribologische Eignung der betreffenden Paarung unter Mangelschmierung. Bild 3 zeigt die Ergebnisse einer ungeeigneten und einer sehr gut geeigneten Werkstoffpaarung. TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 35 Der Versuch mit einer Ringpaarung aus feinkörnigem, dichtgesinterten Siliciumcarbid musste nach einer Stunde abgebrochen werden, während ein graphithaltiges Siliciumcarbid den kompletten Zyklus durchlief. In Bild 4 sind einige Ergebnisse von Siliciumcarbidwerkstoffen mit unterschiedlichen Gefügemerkmalen zusammengestellt. Die Werkstoffgefüge beeinflussen offensichtlich maßgeblich das Notlaufverhalten in der Dichtung. Die Gefüge der Werkstoffe mit dem schlechtesten (links) und dem besten Notlaufverhalten (rechts) in Bild 5 machen Aus Wissenschaft und Forschung 36 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 Bild 3: Unterschied zwischen Werkstoffpaarungen Bild 4: Unterschiedliche Werkstoffpaarungen TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 36 das wahrscheinlich. Das rechts dargestellte Gefüge zeigt einen hohen Graphitanteil, also sehr unterschiedlich harte Phasen und ist deutlich gröber strukturiert. 3 3D-Druck reaktionsgebundenen Siliciumcarbids - Gestaltungsmöglichkeiten und Produktionsprozess Bei der Konstruktion mit konventionell gefertigtem Siliciumcarbid sind nicht alle Geometrien möglich; sei es bedingt durch den keramischen Prozess im Allgemeinen und der Formgebung im Speziellen (Bild 6) und / oder durch die aufwendige Schleifbearbeitung dieses ausgesprochen harten Werkstoffs. Den Herstellungsprozess der Rohlinge zeigt Bild 6. Der Herstellungsprozess des neuen, 3D-gedruckten Siliciumcarbids, von IntrinSiC ® , unterscheidet sich in erster Linie durch dessen Formgebungsprozess. Der 3D-Druck eines reaktionsgebundenen Siliciumcarbids nutzt ein Pulverbettverfahren (Bild 7) Bild 8 zeigt den Druckbereich, die sogenannte „Job Box“ mit unterschiedlichen Teilen, die simultan gedruckt werden können. Auch wenn bei dem neuen Werkstoff lediglich die Formgebung eine andere ist, nämlich durch 3D-Druck erfolgt, sind die Gestaltungsmöglichkeiten der Teile hiermit enorm. Aus Wissenschaft und Forschung 37 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 Bild 5: Gefügemerkmale Bild 6: Der Herstellungsprozess - reaktionsgebundenes SiC Bild 7: 3D-Druck mittels Pulverbettverfahren Bild 8: „Job Box“, 700 x 750 x 1500 mm TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 37 Aus Wissenschaft und Forschung 38 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 Die Beispiele in Bild 9 zeigen, welch komplexe Geometrien im 3D-Druckverfahren hergestellt werden können. 4 Physikalische Eigenschaften 3D-gedruckten, reaktionsgebundenen Siliciumcarbids (RBSiC - reaction bonded silicon carbide) In Bild 10 sind die physikalischen Eigenschaften des gedruckten Siliciumcarbids zusammengestellt. Die Werte erreichen nahezu das Niveau des herkömmlich gefertigten Materials, wie es für Dichtungsringe eingesetzt wird. Lediglich die Kornstruktur, das Gefüge ist etwas gröber. Bild 11 zeigt zum Vergleich die physikalischen Daten zweier reaktionsgebundener Siliciumcarbidwerkstoffe (SiSiC) für Gleitringe. Der zweite Werkstoff enthält ca. 15 % Graphit (SiSiC-C). Bild 9: Gestaltungsmöglichkeiten, IntrinSiC ® Bild 10: Physikalische Eigenschaften und Werkstoffgefüge 3D-RBSiC TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 38 5 Dichtungstest des gedruckten Werkstoffs auf dem Hochdruckprüfstand Wie in Kapitel 2 deutlich wurde, sind ausreichend gute physikalische Eigenschaften eine notwendige, aber noch keine hinreichende Bedingung für einen möglichen Einsatz eines Siliciumcarbidwerkstoffs in tribologischen Anwendungen. Das Laufverhalten verschiedener Werkstoffe unter Mangelschmierung unterschied sich beträchtlich und konnte mit Gefügeeffekten erklärt werden. Im Folgenden war zu untersuchen, ob das 3D-gedruckte Siliciumcarbid in tribologisch belasteten Anwendungen eingesetzt werden kann, oder ob die Gleitflächen aus den bewährten Werkstoffen bestehen müssen. Die Laufeigenschaften des neuen 3D-gedruckten Siliciumcarbids unter Mangelschmierung wurden hierzu auf dem oben in Kapitel 2 beschriebenen Hochdruckgleitringdichtungsprüfstand getestet. Erste Ergebnisse des Laufverhaltens zeigt Bild 12 in der Paarung mit einem herkömmlichen SiSiC, wie es in solchen Anwendungen erfolgreich eingesetzt wird. Bild 13 zeigt das Ergebnis mit Ring und Gegenring aus gedrucktem SiC. Es konnten keine Leistungsspitzen über die gesamte Testdauer beobachtet werden, die zu einem Versuchsab- Aus Wissenschaft und Forschung 39 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 Bild 11: Physikalische Eigenschaften zweier „Tribo“-Siliciumcarbidwerkstoffe Bild 12: Laufeigenschaften 3D-gedruckten RBSiC vs. „Tribo“-RBSiC Bild 13: Laufeigenschaften 3D-gedruckten RBSiC vs. 3D-gedrucktes RBSiC IntrinSiC ® / RBSiC IntrinSiC ® / IntrinSiC ® TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 39 6 Gestaltungsmöglichkeiten - Dichtungsringe Im Kapitel 3 / Bild 9 wurden Bauteile mit komplexen Geometrien vorgestellt. Nahezu alle denkbaren Formen und Größen scheinen möglich unter Anwendung des neuen 3D-Druckverfahrens. Aus Wissenschaft und Forschung 40 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 bruch geführt hätten. Diese hervorragenden Ergebnisse dürften mit der vergleichsweise groben Kornstruktur zusammenhängen, sowie ggf. damit, dass es sich um einen zweiphasigen Werkstoff aus Siliciumcarbid und wenig freiem Silicium handelt. Obwohl das Gefüge offensichtlich die Schmierung der Dichtung mit Medium unterstützt, kam es zu keiner unzulässigen Leckage. Bild 14: RBSiC mit Strömungskanälen Bild 15: RBSiC mit Strömungskanälen Wie in Kapitel 5 vorgestellt, ist auch das Laufverhalten erfolgversprechend für den Einsatz gedruckten Siliciumcarbids in Gleitringdichtungen. Jede Dichtungskonstruktion sollte möglichst einfach gestaltet sein. Dabei ist es oft eine Herausforderung, Metallteile und keramische Dichtungsringe zu fügen. Die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Metall und Siliciumcarbidkeramik bedingt einen Fügeprozess mit der Gefahr, dass die Planheit der Dichtflächen leidet und die Funktion der Dichtung ggf. nicht mehr optimal gegeben ist. Im Falle von gefügten Teilen kann zudem der Wärmeübergang behindert sein. Welche Vorteile sind durch den Einsatz von 3D-gedrucktem Siliciumcarbid zu erwarten? Ein Siliciumcarbid, welches in komplexen Geometrien hergestellt werden kann, sollte dem Dichtungskonstrukteur neue Freiheitsgra- TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 40 de eröffnen, einfachere Konstruktionen mit weniger Bauteilen ermöglichen, die dann gegebenenfalls gar zusätzliche Funktionen übernehmen könnten. Es soll in der Zukunft untersucht werden, inwieweit vollkeramische Ringe Metall-Keramik-Verbunde ersetzen und damit deren bekannten Probleme eliminieren können - keine Verwerfungen der Gleitflächen und ungehinderte Abführung von Reibwärme. Der 3D-Druckprozeß sollte es gar erlauben, Siliciumcarbidteile mit inneren Hohlstrukturen herzustellen, und mittels derer zusätzliche Funktionen zu übernehmen. Bild 14 zeigt die Zeichnung eines Modellrings mit inneren Strukturen / Strömungskanälen, welcher für Demonstrationszwecke hergestellt wurde. In Bild 15 ist eine Röntgenaufnahme besagten Rings zu sehen. 7 Zusatznutzen In Dichtungen erzeugte Reibwärme begrenzt deren Belastbarkeit; Kühlkanäle könnten helfen, die Reibwärme an ein Kühlmedium abzuführen. Die Dichtung könnte aber nicht nur gekühlt, sie könnte, je nach Aufgabenstellung, temperiert werden. Ungünstige Temperaturverteilung kann zu Deformationen führen und die Spaltgeometrie negativ beeinflussen. Ist es möglich, die Temperaturverteilung durch Wärmeüberträger in entsprechend angeordneten Kanälen zu steuern, werden 3D-gedruckte Ringe zu Problemlösern. Erste Simulationen zeigen, dass dies mit solchen Strukturen möglich sein sollte - Bild 16. Diverse Zusatzfunktionen wie Temperatursteuerung, aktive Kühlung, Einstellung der Dichtspaltgeometrie etc. Aus Wissenschaft und Forschung 41 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 Bild 16: Wärmeverteilung und Einstellung der Dichtspaltgeometrie TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 41 Studie konnte der Effekt auf die Gleitflächengeometrie simuliert werden. Die neuen Gestaltungsmöglichkeiten erlauben, keramische Dichtringe mit Zusatzfunktionen auszustatten, welche bedeutenden Mehrwert im Einsatz als Dichtungsring in axialen Dichtungen generieren können. Versuche auf einem Hochdruckprüfstand in demineralisiertem Wasser zeigten, dass der neue Werkstoff selbst gute tribologische Eigenschaften aufweist, also als ein „Tribo“-Werkstoff eingesetzt werden kann. Als reaktionsgebundener Siliciumcarbidwerkstoff kann der 3Dgedruckte Werkstoff mit bewährten „Tribo“-RBSiC- Werkstoffen verbunden werden. Komplexe Geometrien 3D-gedruckt mit bewährter Tribo-Gleitfläche sind eine weitere Option der neuen Technologie. Aus Wissenschaft und Forschung 42 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0005 sollten es möglich machen, die Funktion und Leistungsfähigkeit einer Dichtung zu verbessern durch Steuerung der Mediumviskosität, dessen Schmierfähigkeit, des Leckageverhaltens der Dichtung mit dem Ziel gesteigerter p x v-Werte. Wir freuen uns auf Gespräche darüber und Ideen von Seiten der Spezialisten und Dichtungshersteller. 8 Zusammenfassung und Fazit Der 3D-Druck von Siliciumcarbidkeramiken eröffnet ganz neue Gestaltungsmöglichkeiten und die Darstellung von Ringgeometrien höherer Komplexität. Ein einfacher Ringprototyp mit inneren Strukturen, durchströmten Kanälen, wurde hergestellt, und in einer TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 42 1 Einleitung Es existiert eine schier unüberschaubare Vielzahl und eine unglaubliche Vielfalt an experimentellen Untersuchungsmethoden, um definierte Eigenschaften von Schmierfetten zu quantifizieren. Dabei gibt es Testprozeduren und Versuchseinrichtungen, die in eine reproduzierbare Ausführung gebracht wurden und schließlich in eine Norm mündeten. Und es existieren Versuchsstände und -durchführungen, die für sehr spezielle Problemstellungen entwickelt wurden und z.B. nach Beendigung eines Projektes kaum weitere Anwendung finden. Fast allen ist die Aufbringung einer tribologischen Beanspruchung unter definierten Bedingungen und eine parallele oder sich anschließende Beobachtung des Verhaltens des Schmierstoffes gemein. Die tribologischen Ingenieur*innen haben gelernt, der definierten Ursache, z.B. dem Fallen eines Kegels oder der Relativbewegung in einem fettgefüllten Spalt zwischen zwei Platten eine Wirkung zuzuordnen. Solche Wirkungen sind z.B. das Eindringen eines Kegels oder die Veränderung der Feststoffstruktur in einem Schmierfett. Phänomene, die so zu Tage treten und mit sehr anspruchsvollem experimentellen Aufwand häufig vergleichend untersucht werden, unterliegen dann Fragestellungen wie: warum hat eine aufgebrachte Kraft die Probe A mehr verändert als die Probe B und welcher Mechanismus ist bei Probe A verantwortlich gegenüber dem bei Probe B. Es erfolgt eine direkte Zuordnung von festgelegter Ursache und beobachteter Wirkung. Ein Beispiel, wenn auch eines eher untypischen tribologischen Versuches, soll dafür herangezogen werden. In einem Rheometertest mit Platte-Platte-Konfiguration wird über einen weiten Temperaturbeich (100 °C bis +200 °C), bei einer außerordentlich schwachen, konstanten Oszillation und mit konstanter Frequenz, das Schmierfettverhalten beobachtet (Bild (1)). Eigentlich besteht die Darstellung aus 3 Teilversuchen, aber wir wollen das Diagramm von links, auf der Abszisse beginnend, lesen. Vor dem Hintergrund der hier dargestellten Überlegungen und zum besseren Verständnis können wir die auf der Ordinate dargestellten Module auch durch das Reibungsverhalten ersetzen. Zu erkennen ist ein stufenförmiger Prozessverlauf, dem abschnittsweise Mechanismen zugeordnet werden können. Das erste Plateau wird beim Aufschmelzen der tiefgefrorenen Probe verlassen. Das zweite Plateau stellt Aus Wissenschaft und Forschung 43 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0006 Die intrinsische Systemreaktion des tribologisch beanspruchten Schmierfettes Erik Kuhn* Dieser Beitrag befasst sich mit den beobachteten Reaktionen eines Schmierfettes auf eine tribologische Beanspruchung. Es wird der Versuch unternommen die Triebkräfte zu beschreiben, die für die intrinsische Reaktion verantwortlich sind. Aus diesen Überlegungen wird ein neues Forschungsparadigma abgeleitet, das den tradierten Beobachtungsstandpunkt verlässt. Mit experimentellen Ergebnissen werden die angestellten Untersuchungen illustriert. Schlüsselwörter Schmierfettverschleiß, Irreversibilität, Stabilität, Selbstoptimierung The intrinsic system reaction of the tribologically stressed greases This article deals with the observed reactions of a lubricating grease to tribological stress. An attempt is made to find the driving forces describe that are responsible for the intrinsic response. From these considerations, a new research paradigm is derived that leaves the traditional observation point of view. The investigations are illustrated with experimental results. Keywords Wear of lubricating greases, irreversibility, stability, self-optimization Kurzfassung Abstract * Prof. Dr. Erik Kuhn TREC, Fakultät T&I, HAW Hamburg Orcid-ID: https: / / orcid.org/ 0000-0001-9168-4417 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 43 suchsprozeduren und den über einen langen Zeitraum gewonnenen Erfahrungen, abgeleitetes allgemeines Paradigma für die tribologische Forschung. Danach besteht dieses Forschungsparadigma in der Untersuchung phänomenologischer Erscheinungen in tribologischen Systemen zur Befähigung Reibung und Verschleiß den technischen Erfordernissen in einem tribologischen Kontakt anzupassen. Dies ist in größter Häufigkeit wohl die Minimierung von Reibung und Verschleiß. In der Interpretation bedeutet dies, wir schauen auf ein System und versuchen, die tribologische Beanspruchung mit der erkennbaren Wirkung zu korrelieren. Das passiert in der Regel vor dem Hintergrund, Forderungen nach der Verlängerung von Betriebszeiten von Reibpaarungen, zu erfüllen. Viele technische Entwicklungen in den vergangenen Jahrzehnten, aber auch historische Entwicklungen in vergangenen Jahrhunderten, die mit tribologischen Problemstellungen und deren Lösungsfindungen in Verbindung gebracht werden können, zeigen wie wertvoll das beschriebene Forschungsparadigma ist. Ausdruck dieses allgemeinen tribologischen Forschungspradigmas ist nichtzuletzt die gebräuchliche Reibungsdefinition, nach der Reibung eine Wechselwirkung zwischen sich berührenden Stoffbereichen von Körpern ist und einer Relativbewegung entgegen wirkt. In der bekannten Schrift von Th. Reye Zur Theorie der Zapfenreibung [2] von 1859 kommt er zu der Schlussfolgerung, dass die normale Abnutzung an jedem Punkte der daselbst verzehrten Reibungsarbeit proportional sei. Aus Wissenschaft und Forschung 44 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0006 sich bei den für Schmierfette üblichen Betriebstemperaturbereich ein und endet mit dem Schmelzen von Additiven, die dieser Probe beigemengt waren. Ein sich erneut einstellendes Plateau findet sein gewaltsames Ende im Schmelzen des Feststoffes, hier einer Li-Seife. Es können bei einer phänomenologischen Betrachtung also Ursache und Wirkung direkt ins Gedankenspiel gebracht werden. Insistieren wir an dieser Stelle und fragen weiter warum die benannten Mechanismen jetzt im Prozessgeschehen auftreten. Diese Frage bleibt zunächst unbeantwortet. Eine andere Kategorie durchgeführter Untersuchungsprojekte hat das Hauptaugenmerk auf fettgeschmierte Reibpaarungen gelegt mit dem Ziel, Reibung und Festkörperverschleiß zu minimieren. Die Lebensdauer vieler Maschinenelemente und Baugruppen ist verschleißbedingt limitiert und es leiten sich daraus ebenfalls viele Aufgabenstellungen ab. Diese Untersuchungen sind noch komplexer und weisen das Schmierfett als einen Reibkörper in einem tribologischen System mit zwei weiteren festen Reibkörpern aus. Der Versuch, aus analysierten Ursachen (Reibungsbeanspruchung) beobachtete Wirkungen mit zugehörigen Mechanismen abzuleiten, steht dabei häufig im Mittelpunkt. 2 Der irreversible tribologische Prozess 2.1 Der Paradigmenwechsel Ausgangspunkt ist ein aus den tradierten Vorgehensweisen, den vielfach in der Literatur beschriebenen Ver- Bild 1: Verhalten einer Modellfettprobe im Temperatur-Oszillationsversuch [1] TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 44 Fast 100 Jahre später finden wir den selben Zusammenhang in dem Ansatz nach Archard mit (1) wobei F N ·s R ~ F R ·s R . Auch Fleischer nutzt diese direkte Proportionalität von W R ~ V V . Wir sehen in diesen Untersuchungen die Zuordnung einer Ursache, hier der Reibungsarbeit, zu einer beobachtbaren Wirkung, dem abgetragenen Stoffvolumen. In einer Vielzahl experimenteller Studien ist diese Annahme bestätigt worden. Trotzdem spreche ich in der Überschrift dieses Abschnittes von einem Wechsel des Forschungsparadigmas. Fragt man bisher nach den Mechanismen, die beobachtbare Phänomene auslösen, soll nun das Hauptaugenmerk auf den etwaigen Triebkräften für das untersuchte Prozessgeschehen liegen. Der Wechsel liegt also in einer Veränderung des Beobachtungsstandpunktes. Schauen wir zunächst als Anwender, Nutzer oder Entwickler auf ein tribologisches System und analysieren die Beanspruchung und beobachtbare Wirkung, so sei nun ein Standortwechsel vorgenommen und wir nehmen die Situation des Systems ein. Dies ist im hier geschilderten Beobachtungsszenarium das beanspruchte Schmierfett. Es sei als ein Sub-System definiert, in dem ein Reibungsprozess lokalisiert ist. Wir sind damit zunächst losgelöst von einer Beobachtung vor bewertendem Hintergrund. Das Prozessgeschehen wird vom System initiiert und ist bestimmt durch dessen intrinsiche Reaktionen auf bestehende oder veränderliche Bedingungen. Mit dieser Sichtweise ändern wir das vorher formulierte Forschungsparadigma. Es gilt nun: Das allgemeine Forschungsparadigma in der tribologischen Forschung ist die Untersuchung tribologischer Phänomene aus Sicht des Systems und seiner Triebkräfte. Für die Reibungsdefinition folgt dann konsequent, das Reibung die Zuführung von mechanischer Energie in ein tribologisches System ist [1]. Bei beiden Phänomenen, Reibung und Verschleiß, wird Energie aufgewandt bzw. dissipiert und damit gleichzeitig Entropie produziert. Dies unterstützt die Überlegung, dass Energie und Entropie als implizite Variablen für die Modellierung von Reibung und Verschleiß hilfreich sein können [3]. Ein Charakteristikum tribologischer Systeme ist die Existenz von Gradienten thermodynamischer Kräfte wie Temperatur, Druck, chemisches Potential usw. [4]. Die Energieflüsse im System oder über Systemgrenzen hinweg sind determiniert durch diese Gradienten. Vielfach verstehen wir das Prozessgeschehen ein wenig mehr, wenn wir unser Augenmerk auf eben diese thermodynamischen Kräfte und zugehörigen Ströme richten. Wir versuchen dies aus der Sicht des untersuchten Systems und des irreversiblen Charakters aller Prozessabläufe. V = k · F N · s R H 2.2 Das immanente Bestreben Einen tribologischen Prozess untersuchen heißt oft die Wirkungen zu beobachten und auf den ursächlichen Zusammenhang zu schließen. Häufig spielen Koinzidenzen dabei eine Rolle. Nichtsdestotrotz beobachten wir eine ablaufende Systemreaktion. Auch wenn wir Prozessbedingungen verändern und sich die Reaktion des tribologischen Systems verändert, bleibt es ein passives Beobachten einer aktiven Reaktion. Worin besteht nun diese aktive Anpassung an gegebene Prozessbedingungen, worin also das systemimmanente Bestreben? In ein Tribo-System eingeleitete Reibungsenergie führt zu einer Energieumwandlung (hauptsächlich die Überführung in Wärme) und zu einer Erhöhung der inneren Energie. Treffen wir die Annahme, dass das beobachtete System sich in der Ausgangslage im Gleichgewicht befindet, führt die eingeleitete Reibungsenergie zu einer Störung des themodynamischen Gleichgewichtes. Die Beseitigung dieser Störung ist das immanente Bestreben des Tribosystems. Ein Bestreben zur Wiedererlangung eines stabilen Prozesszustandes. Wir beobachten viele Möglichkeiten, die einen Gleichgewichtszustand oder wenigstens ein stationäres Nicht- Gleichgewicht ermöglichen. Ein Extremum wäre die Beendigung des Reibungsvorganges und damit die Beseitigung der Störung. Manche Tribosysteme wählen diesen Weg und produzieren im tribologischen Kontakt eine adhäsive Verbindung. Wenngleich dies eine katastrophale Lösung für einen Anwender darstellt, stabilisiert sich das System. Andere Systeme wählen andere Wege, die nicht zur Selbstzerstörung führen [5]. Die Rolle des Entropietranportes zur Stabilisierung lässt sich mit (2) beschreiben. Dabei besteht eine direkte Relation zwischen (ρ · s) einer Entropiedichte, die mit der Materie das definierte System verlässt und e *R einem Maß für die energetische Beanspruchbarkeit der beobachteten Paarung [6]. Es können damit tribologische Systeme beobachtet werden die einen Weg zur energetischen Entlastung und damit zur Stabilisierung über den Entropietransport finden. Anderen Systemen gelingt dies über ein vergleichsweise großes Volumen des Festkörperabtragverschleißes[7]. Die Illustration in (Bild 2) soll den möglichen Weg eines Tribo-Systems zur Wiedererlangung eines stabilen Zustandes (stationäres Nicht-Gleichgewicht) mittels eines allgemeinen Verschleißprozesses verdeutlichen. e ∗ R = T · ( ρ · s ) + T V V ( m · s e − S Q ) Aus Wissenschaft und Forschung 45 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0006 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 45 turänderung, den Schmierfettverschleiß, verstanden. Man ist damit durchaus in der Lage, das auftretende Phänomen, das den degressiven Teil eines (unecht) thixotropen Prozesses darstellt, zu erklären. Geht man über diese vermeintliche Ursache-Wirkungskette hinaus, so bleibt die Frage nach der Kausalität unbeantwortet. An dieser Stelle sei der Begriff der Selbstorganisation in diesen Text eingeführt. In [8] ist zu lesen: „Unter Selbstorganisation verstehen wir Prozesse, die fern vom Gleichgewicht ablaufend, durch systemimmanente Triebkräfte zu komplexen Ordungsstrukturen führen.“ In der Nähe des Gleichgewichtszustandes besteht die Annahme, dass Schwankungen gedämpft werden und bei großen Systemen vernachlässigbar sind. Bei Nichtgleichgewichtsnähe oder besser fernab vom Gleichge- Aus Wissenschaft und Forschung 46 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0006 2.3 Das System organisiert sich Wie vorher beschrieben ist unser beobachtetes System das durch Reibung beanspruchte Volumenelement eines Schmierfettfilmes. Die Tribologie ist hier großzügig und bezeichnet den vorliegenden Reibungszustand als Flüssigkeitsreibung. Gleichwohl haben wir ein Gemisch aus einem Grundöl und einem Feststoff. Aber die tribologische Terminologie soll hier nicht untersucht werden. Betrachten wir also ein konstant über der Zeit tribologisch beanspruchtes Schmierfettvolumen und entwikkeln daraus eine Modellvorstellung, die mit dem irreversiblen Charakter der ablaufenden Prozesse korelliert (Bild 3). Der Schubspannungsverlauf (links in Bild 3) wird hinlänglich als eine durch die Scherung versursachte Struk- FRICTION ENERGERTICAL STRESS STABILITY INSTABILITY STABILITY SEARCH FOR A DISSIPATIVE PROCESS WEAR ENERGERTICAL RELEASE 1 2 ∂ ∂t δ 2 S 0 Bild 2: Illustration der immanenten Reaktion eines Systems bei Reibungsbeanspruchung [14] ˙ γ = const. Shear stress [Pa] time [s] Q cond / T f max Beanspruchte Zone Beanspruchtes Volumenelement λ ⋅ Q gen / T f max m out ⋅ s out m in ⋅ s in S i Bild 3: Der typische Schubspannungsverlauf einer Fliesskurve (links) und das modellierte offene thermodynamische System (rechts) TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 46 wicht besteht die Möglichkeit, dass solche Schwankungen verstärkt und durch Energieaustausch mit der Umwelt stabilisiert werden [9]. Es tritt eine neue Ordnung auf, die durch sogenannte dissipative Strukturen gekennzeichnet ist. Der Umstand dass Selbstorganisationsprozesse fern ab vom thermodynamischen Gleichgewicht auftreten kö̈ nnen, zeigt dass zwischen diesem Prozess und dem Gleichgewichtszustand eine Instabilität vorhanden gewesen sein muss. Diese Bedingung soll für die Untersuchung der Möglichkeit eines Selbstorganisationsprozesses herangezogen werden. Nach [9] kann als Stabilitätskriterium (3) genutzt werden. Erläuterungen sind auch in [10] zu finden. Dies bedeutet, dass das System sich in eine labile Lage begibt, wenn das Kriterium (3) nicht erfüllt ist. Allgemein ist (4) mit den Abweichungen der thermodynamischen Kräfte und Ströme in einem stationären Zustand [9]. Dabei kennzeichnet die rechte Seite von (4) die durch die Störungen produzierte Überschussentropie. 3 Ausgewählte Phänomene des Schmierfettverhaltens Es seien hier einige experimentelle Ergebnisse gezeigt, die phänomenologisch die vorher gegebenen Erläuterungen interpretieren. In Rheometerversuchen wurden Modellfette konstant einem Reibungprozess ausgesetzt und anschließend in einem Oszillationsversuch bis zum Kreuzungspunkt (amplitude sweep) beobachtet [11]. In Bild (4) ist eine sehr unterschiedliche Reaktion der System auf die Reibungsbeanspruchung zu erkennen. Beide suchen einen Weg die aufgetretene Störung zu beseitigen. Die Möglichkeit, dies über einen vermehrten Entropietransport zu tun, ist bei der PU-Probe weitaus stärker ausgeprägt als bei der zweiten untersuchten Probe. Betrachtet man bei diesem Versuch den indierekten Schmierfettverschleiß, also die Veränderung der Struktur über der Reibungsbeanspruchung, zeigt sich der Verlauf in Bild (5). Zu erkennen ist, das für die Probe blau (Li-2) der aussichtsreichere Weg die aufgetretene Störung zu beseitigen, im Schmierfettverschleiß liegt. Die Interpretation der Beziehung (2) ist in den Bildern (4) und (5) verdeutlicht. 1 2 ∂ ∂t δ 2 S ≥ 0 1 2 ∂ ∂t δ 2 S = ∑ n ∂X n ∂J n ≥ 0 Aus Wissenschaft und Forschung 47 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0006 specific entropy leaving the system entropy supplied to the system Li-model grease PU-model grea se FRICTION STRESS SPECIFIC ENTROPY LEAVING THE SYSTEM Bild 4: Unterschiedliches Verhalten zweier Modellfettproben bei Reibungsbeanspruchung [11], Achsen sind normiert 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 expended energy to reach the crossing point [10-6J] shear rate [1/ s] Li-2 PU-2 Bild 5: Unterschiedliches Verschleißverhalten zweier Modellsubstanzen [11]. Ein stark abfallender Verlauf kennzeichnet einen intensiven Schmierfettverschleiß. TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 23 Seite 47 Dies bedeutet, dass mit zunehmender Entfernung vom thermodynamischen Gleichgewicht bei kleiner werdender Deformation (γ) und gleichzeitig größer werdender Fragmentierungsrate (F f ) eine Instabilität wahrscheinlicher wird. Nun wissen wir auch aus Untersuchungen, dass mit zunehmendem Feststoffgehalt die kritische Deformation γ im amplitude sweep, also im Übergang zur messbaren plastischen Deformation (und damit zum beginnenden Schmierfettverschleiß) kleiner wird [15] (Bild 8). Eine steigende Fragmentierungsrate läßt sich dann ebenfalls Aus Wissenschaft und Forschung 48 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DOI 10.24053/ TuS-2021-0006 Einen Hinweis zur intrinsischen Reaktion des tribologischen Systems Beanpruchtes Schmierfett liefert die unter Annahme, dass auch im reibungsbeanspruchten Schmierfettbereich die Bildung dissipativer Strukturen möglich ist, durchgeführte Untersuchung in [12]. Es scheint unter bestimmten kritischen Prozessbedingungen möglich, dass trotz steigender tribologischer Beanspruchung der Schmierfettverschleiß nicht zunimmt (Bild (6)), sondern das System mit einer Erhöhung des Ordnungsgrades durch Bildung neuer räumlicher Strukturen antwortet. Diese neuen Strukturen führen zu einer Reduzierung der Entropieproduktionsrate [13] und der Reibung und des Verschleißes. Für einige Modellfette wurde bei Rheometeruntersuchungen ein in Bild (7) gezeigtes, vom Feststoffgehalt abhängiges Verhalten gefunden. Die beiden Proben wurden bei konstanter Scherrate und Raumtemperatur beansprucht. Bei diesem Experiment zeigt die Probe mit höherem Feststoffgehalt (hier eine Li-Seife) wesentlich früher ein Verhalten, das sich einem stationären Nicht-Gleichgewicht nähert, als dies bei der Probe mit vergleichsweise geringerem Feststoffgehalt zu erkennen ist. Es wurde eine Betrachtung angestellt [14], die die Bedingungen für das Auftreten einer Instabilität untersucht. Nach einer Instabilität gibt es eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Optimierung, die durch das System initiert wird. (5) Dabei wurde der tribologische Prozess mit 3 parallel ablaufenden Teilmechanismen beschrieben. Dies sind die Flüssigkeitsreibung im Grundöl, die Fragmentierung der Agglomerate und die Coagulation aufgrund von Partikelkollisionen. Ein Kriterium für den Verlust der Stabilität das sich aus diesen Untersuchungen ergab [14], zeigt sich mit (6) dS i dt = dS i ( oil) dt + dS i ( frag ) dt + dS i ( coag ) dt δγ critic δε < 0; δF f δε > 0 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 structural degradation Shear rate [1/ s] Bild 6: Verlauf des Schmierfettverschleißes bei steigende Reibungsbeanspruchung τ t high content of solids low content of solids Bild 7: Rheologisches Verhalten zweier Schmierfettproben bei Scherung mit konstantem γ̇ aber unterschiedlichem Feststoffgehalt TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 48 vermuten. Damit gelingt für das Verhalten in Bild (7) ein Erklärungsversuch für das Phänomen und dessen Triebkräfte. 4 Zusammenfassung Die Beobachtung des Schmierfettverhaltens bei tribologischer Beanspruchung besitzt eine lange Tradition. Viele auftretende Phänomene sind ausführlich und häufig beeindruckend detailliert beschrieben. Dabei stehen in der überwiegenden Anzahl der Untersuchungen die Konsequenzen aus einem besonderen Verhalten des Schmierstoffes für eine fettgeschmierte Reibpaarung im Fokus. Die hier dargestellten Betrachtungen konzentrieren sich auf das Verhalten des dritten Reibkörpers, des Schmierfettes als triboloisches Sub-System. Es wird der Frage nachgegangen, warum bekannte Mechanismen bei tribologischer Beanspruchung auftreten. Die Beantwortung erfolgt unter der Prämisse des beschriebenen immanenten Bestrebens des beanspruchten Systems. Wir interpretieren nun auch Bild (1) in erweiterter Form. Die Mechanismen zu den beobachteten Phänomenen werden vom System initiiert, um aus der instabilen Lage durch Energiedissipation Stabilität (das Plateau) wiederzuerlangen. Dies ist die Triebkraft. Die oben erwähnte Proportionalität W R ~ V V ist in unzähligen experimentellen Untersuchungen bestätigt. Der zugrunde gelegten Ursache-Wirkungskette fügen wir ein Glied hinzu. Stabilität → Reibungsarbeit → Instabilität → Verschleiß → Stabilität Dann wird die Reibungsbeanspruchung zur Ursache für eine auftretende Instabilität und diese Instabilität zur Ursache für den initierten Verschleißprozess. Denn das System erreicht dadurch eine energetische Entlastung und das Erreichen eines stabilen Zustandes wird möglich. Literatur [1] E. Kuhn: Zur Tribologie der Schmierfette. 2. Auflage 2017, expert verlag [2] Th. Reye: Zur Theorie der Zapfenreibung.1859 Zürich [3] M.D. Bryant: On constituve relations for friction from thermodynamics and dynamics. Journal of Tribology, October 2016, Vol 138 [4] H.A. Abdel-Aal: Thermodynamic modeling of wear. Encyclopedia of Tribology.DOI 10.1007/ 978-0-387-92897- 5, 2011 [5] A.A. Poljakov: Eine Theorie der kohärenten Reibung - dissipative Strukturen bei der selektiven Übertragung. Schmierungstechnik, Berlin 21(1990)12 [6] E. Kuhn: Correlation between Systementropy and structural degradation of lubricating greases. 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Disserta琀onen, Master- und Bachelor-Arbeiten Die Einreichungsfrist Den We琀bewerbsbedingungen entsprechende Arbeiten sind bei der Geschä昀sstelle der Gesellscha昀 für Tribologie e.V. bis zum 23. April 2021 per E-Mail einzureichen an: tribologie@g昀-ev.de Die genauen Ausschreibungsbedingungen können auf der GfT-Webseite (www.g昀-ev.de) nachgelesen werden. Die Preisverleihung Die Preisverleihung erfolgt im Rahmen der GfT- Jahrestagung und wird danach in der Zeitschri昀 „Tribologie & Schmierungstechnik“ verö昀entlicht. Die Preisträger sind eingeladen, auf der aktuellen oder der folgenden GfT-Jahrestagung einen Vortrag über die Arbeit zu halten. Bei Veröffentlichung der Arbeit soll auf den GfT-Förderpreis hingewiesen werden. Gesellscha昀 für Tribologie e.V. Adolf-Fischer-Str. 34, 52428 Jülich Tel.: (02461) 340 79 38 E-Mail: tribologie@g昀-ev.de Internet: www.g昀-ev.de TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 50 Nachrichten 51 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Mitteilungen der GfT Die Kategorien Der GfT-Förderpreis wird jährlich in drei Kategorien ausgelobt und ist mit einer Geldprämie sowie einer Urkunde verbunden: » Kategorie 1 (1500,- €): Für Disserta琀onen oder ähnliche wissenscha昀liche Arbeiten » Kategorie 2 (1000,- €): Für Diplom-/ Master- oder ähnliche Arbeiten » Kategorie 3 (500,- €): Für Bachelor- oder ähnliche Arbeiten Das Auswahlkomitee Der technische Beirat der GfT beru昀 ein Komitee zur Bewertung der eingereichten Arbeiten. Die derzei琀gen Mitglieder sind: A. Vogt, Renningen (Vorsitz) C. Busch, Zwickau M. Bäse, Lannach (A) A. Kailer, Freiburg Die Anforderungen Die Arbeiten sollen sich auszeichnen durch » eine erkennbare Anwendbarkeit » Wissenscha昀lichkeit » Aktualität » einen eigenständigen, schöpferischen Beitrag » eine klare inhaltliche Form Die Kandidaten dürfen das 40. Lebensjahr nicht überschri琀en haben. Der Abschluss der Arbeit sollte nicht länger als zwei Jahre vor der Bewerbung erfolgt sein. Die Arbeit sollte in Deutschland erstellt, in deutscher oder englischer Sprache geschrieben und im Jahr vor der Bewerbung abgeschlossen worden sein. Die Arbeit sollte durch deren Betreuer zusammen mit der Bewertung eingereicht werden. Ein Formbla琀 dazu erhalten Sie in der Geschä昀sstelle der GfT. Der GfT-Förderpreis dient der Würdigung hervorragender Arbeiten, die auf dem Gebiet der Tribologie in letzter Zeit erbracht wurden. Mit ihm werden junge Wissenscha昀ler und Ingenieure ausgezeichnet, die eine überdurchschni琀liche Leistung erbracht haben. TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 51 Nachrichten 52 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Mitteilungen der GfT Gesellscha昀 für Tribologie e.V. Information und Anmeldung/ Information and registration: Vortrags- und Posteranmeldung erfolgen in diesem Jahr über die Webseite: / Registra�on of papers and posters via website: www.g昀-ev.de/ de/ tribologie-fachtagung-2021/ Veröffentlichung / Publication Tagungsband/ Conference Proceedings Zeitschri昀en/ Journals: Tribologie und Schmierungstechnik Termine/ Deadlines: Vortragsanmeldungen/ Abstract submission ........................................... 09.04.2021 Bestä�gung der Annahme/ Con昀rma�on of acceptance ............................... 21.05.2021 4-zeilige Zusammenfassung für das Programmhe昀/ 4-line summary for programme booklet ............ 11.06.2021 Abgabe des Manuskripts/ Manuscript submission ...................................... 27.08.2021 Tagungsort/ venue: Tagungshotel Freizeit In Dransfelder Str. 3 D-37079 Gö ngen Tagungsgebühren/ conference fees: inkl. Tagungsunterlagen, Tagungsverpflegung und gemeinsamem Abendessen » Nichtmitglieder/ non members € 770,- » Mitglieder/ members: GfT, DGMK € 730,- » Vortragende/ speakers € 430,- » Hochschulangehörige/ University members* € 570,- » im Ruhestand oder arbeitssuchend/ re�red or unemployed € 250,- » Studierende/ students** € 50,- * außer Professoren bzw. Ins�tutsleiter/ excl. Professors ** bis Master bzw. Diplom/ undergraduate Tagungssprachen ........................... Deutsch und Englisch Conference languages ..................... German and English Gesellscha昀 für Tribologie e.V. Adolf-Fischer-Str. 34 52428 Jülich Telefon: +49 2461 340 79 38 Internet: www.g昀-ev.de Einladung zur Vortragsanmeldung Call for Papers 62. Tribologie-Fachtagung 62 nd German Tribology Conference 27. - 29. September 2021 in Gö ngen Reibung, Schmierung und Verschleiß Fric琀on, Lubrica琀on and Wear TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 52 Nachrichten 53 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Mitteilungen der GfT Nachdem die 61. Tribologie-Fachtagung als reine Online-Konferenz organisiert werden musste, laden wir Sie 2021 wieder nach Gö ngen ein. Wir werden alles dafür tun, dass Sie Ihre Forschungs- und Entwicklungsergebnisse wieder persönlich einem Publikum vor Ort präsen�eren können. Auch eine Fachausstellung wird Firmen wieder die Gelegenheit geben, ihre Produkte zu zeigen und dabei direkt mit poten�ellen Anwendern ins Gespräch zu kommen. Wir bi�en um Anmeldungen für Vorträge und Poster zu folgenden Themen: Schwerpunk琀hema 2021: Nachhal琀gkeit durch Tribologie GfT-Studie „Verschleißschutz und Nachhal琀gkeit“: Umweltbelastung durch Verschleißprodukte, Ressourcenverbrauch und Recycling von Tribowerksto昀en, Nachhal�ge Schmiersto昀e » Tribologische Systeme Reibsysteme, Verschleiß und Lebensdauer, Berechnungs- und Simula�onsmethoden, Mikro- und Nanotribologie » Tribometrie Prüfverfahren und Prü昀e�en, Messtechnik in Forschung, Entwicklung und Anwendung, Überwachungssysteme » Datenbanken und Datenanalyse Tribologische Datenbanken, Werkzeuge zur tribologischen Datenanalyse » Werksto昀e und Werksto echnologien Metalle, Polymere, Verbund- und Leichtbauwerksto昀e, neue Anwendungen, tribologische Charakterisierung » Dünne Schichten und Ober昀ächentechnologien Beschichtungswerksto昀e und -verfahren, neue Anwendungen, tribologische Charakterisierung » Schmiersto昀e und Schmierungstechnik Schmiersto昀e, Addi�ve, Kühlschmiersto昀e, Schmierungs-, Wartungs- und Entsorgungssysteme » Zerspanungs- und Umformtechnik Metall- und Kunststo昀verarbeitung, Minimalmengenschmierung, Trockenbearbeitung » Tribosystems Fric�on systems, wear and life�me, calcula�on and simula�on methods, microand nanotribology » Tribometry Test methods, instrumenta�on in research, development and applica�on, TRL, monitoring » Databases und Data Analysis Tribological Databases, tools for tribological data analysis » Materials and Materials Technology Metals, polymers, compounds, lightweight materials, new applica�ons, tribological characteriza�on » Thin Layers and Surface Technologies Coa�ng materials and processes, new applica�ons, tribological characteriza�on » Lubricants and Lubrica琀on Technology Lubricants, addi�ves, metal working fluids, lubrica- �on, maintenance and disposal technology » Machining and Forming Technology Metals and polymer processing, minimum quan�ty lubrica�on, dry machining » Machine Elements and Transmission Technology Journal and roller bearings, transmissions and gears, pneuma�c and hydraulic systems, fric�on couplings » Sealing Technology Slip ring seals, sha昀 seals, non-contact systems, tribology of elastomers » Tribology in Automo琀ve Technology Engine, transmissions, chassis, brakes, components, equipment, Tribology for e-mobility and alterna�ve fuels » Tribology for Earth Drilling and Tunnelling Materials and technologies for drill heads, material transport, ore mills, seals etc. » Biotribology, Life Science Tribosystems in living organisms, biomedical tribomaterials, test methods » Hap琀cs and Tac琀le Percep琀on of Surfaces product hap�cs, func�onaliza�on of surfaces, medical applica�ons, characteriza�on and test methods, 3D display technology » Maschinenelemente und Antriebstechnik Gleit- und Wälzlager, Getriebe und Zahnräder, pneuma�sche und hydraulische Systeme, reibschlüssige Verbindungen » Dichtungstechnik Gleitringdichtungen, Radial-Wellendichtungen, berührungslose Systeme, Tribologie der Elastomere » Tribologie in der Fahrzeugtechnik Motor, Getriebe, Fahrwerk, Bremsen, Aggregate und Ausrüstung, Tribologie für E-Mobilität und alterna�ve Kra昀sto昀e » Tribologie für Erdbohrungen und Tunnelbau Werksto昀e und Technologien für Bohrköpfe, Materialabtransport, Erzmühlen, Dichtungen usw. » Biotribologie, Life Science Tribologische Systeme in Lebewesen, biomedizinische Tribowerksto昀e, Prü昀echnik » Hap琀k und tak琀le Wahrnehmung von Ober昀ächen Produkthap�k, Funk�onalisierung von Oberflächen, medizinische Anwendungen, Charakterisierung und Messmethoden, 3D-Displaytechnologie, Smart Surface Technologies A昀er the 61 st German Tribology Conference had to be held as a pure online mee�ng, we invite you for 2021 to come to Goe ngen again. We shall do all we can to give you the opportunity to present your results in research and development personally to an audience on site. Also, a technical exhibi�on will be organized for giving companies the opportunity to get directly into conversa�on with poten�al customers. We invite you to register papers and posters on the following topics: Key Topic 2021: Sustainability by Tribology GfT-Study „Wear Protec琀on and Sustainability”: Wear and endurance, environmental impact of wear products, resource consump�on and recycling of tribo-materials, sustainable lubricants TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 53 Nachrichten 54 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Gründung des Arbeitskreises „Junge Tribologen“ Wie kann der Bekanntheitsgrad der Gesellschaft für Tribologie e.V. (GfT) in Industrie und Forschung gesteigert werden? Was kann die GfT tun, um dieses Ziel zu erreichen? Welche Aufgaben sollen GfT-Arbeitskreise in Zukunft haben und wie sollen sie eingerichtet werden? Warum ist eine scheinbar nur geringe Anzahl junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran interessiert, GfT-Mitglied zu werden und wie ist es möglich, dies zum Positiven hin zu ändern? Insgesamt waren dies nur einige Fragen, die in der GfT zum Beispiel während der GfT-Mitgliederversammlungen lange Zeit Diskussionspunkte waren. Mittlerweile wurden viele innovative Aktivitäten von der GfT und ihren Mitgliedern umgesetzt. Ebenso konnte auch eine Lösung gefunden werden, um auf die Frage des Vereinsnachwuchses zu reagieren: im Mai 2015 erfolgte die Gründung des Arbeitskreises „Junge Tribologen“. Anfang 2021, nach fünfeinhalb Jahren, besteht der Arbeitskreis aus rund 30 aktiven Mitgliedern, die in Deutschland, Österreich und Liechtenstein ansässig sind und in Industrieunternehmen sowie an Universitäten arbeiten. Die Aufgabe der „Jungen Tribologen“ liegt in der Heranführung junger Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler an das Gebiet der Tribologie und auch der GfT. Ein wichtiges Anliegen ist es gleichzeitig, jungen Menschen eine Plattform zu bieten, damit sie ihr eigenes fachliches Netzwerk in einer freundlichen und unbefangenen Atmosphäre aufbauen können. Um diese Ziele zu erreichen, hat sich über die letzten fünfeinhalb Jahre hinweg eine Arbeitskreisstruktur bestehend aus Arbeitskreisleitung und Arbeitsgruppen etabliert. Die Arbeitskreisleitung sorgt z. B. dafür, dass alle möglichen Fragestellungen gut koordiniert werden und regelmäßig Arbeitskreistreffen stattfinden. Weiterhin nimmt die Arbeitskreisleitung als Vertretung des Arbeitskreises an den Beiratssitzungen der GfT teil. Die Arbeitsgruppen konzentrieren sich auf die Bearbeitung der folgenden Schwerpunkte: • Organisation des Young Tribological Researcher Symposium, um jungen Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern die Möglichkeit zu geben, bereits frühzeitig Kontakte innerhalb der Tribologie Community zu knüpfen und erste Konferenzerfahrungen zu sammeln. • Organisation von Erfahrungsaustauschen zwischen Expertinnen und Experten der Tribologie (Professionals) und jungen Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern, um eine gegenseitige Schnittstelle anzubieten und gezielt organisierte Diskussionen mit Professionals zu ermöglichen. • Organisation anschaulicher tribologischer Experimente, um tribologische Phänomene auf unkonventionelle Weise darzustellen und jungen Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern auf diese Weise auf die Komplexität und die interessanten Möglichkeiten der Tribologie aufmerksam zu machen. Mitteilungen der GfT Der GfT-Arbeitskreis „Junge Tribologen“ Autorin: Dr. Mirjam Bäse Gruppenfoto des ersten Arbeitskreistreffens 2015 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 18.03.21 11: 44 Seite 54 Nachrichten 55 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 • Organisation der Außenwirkung des Arbeitskreises bzw. Öffentlichkeitsarbeit, um mit modernen und auch konventionellen Kommunikationsmitteln das Interesse von jungen Menschen an der Tribologie und am Arbeitskreis zu wecken und gleichzeitig die Tätigkeiten aller Arbeitsgruppen des Arbeitskreises zu präsentieren. Der Arbeitskreis trifft sich regelmäßig zweimal im Jahr online oder vor Ort in verschiedenen Unternehmen oder an Universitäten. Der Treffpunkt vor Ort wechselt dabei mit jedem Treffen und wird vom jeweils ansässigen Arbeitskreismitglied organisiert. Bisher war der Arbeitskreis bei der Evonik Industries AG in Darmstadt, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin, Dow Silicones Deutschland GmbH in Wiesbaden, Hochschule Konstanz (HTWG) in Konstanz, Carl Bechem GmbH in Hagen, IWIS Motorsysteme GmbH & Co. KG in München, Universität Kassel am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Tribologie, Daimler AG in Ulm, Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG in Coburg, Westsächsischen Hochschule Zwickau am Institut für Tribologie, Magna Powertrain GmbH & Co KG in Lannach in Österreich, Anton Paar GmbH in Graz in Österreich, Fuchs Schmierstoffe GmbH in Mannheim und der Leibniz Universität Hannover am Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie. In der Vergangenheit waren die Arbeitskreistreffen vor Ort in drei Abschnitte organisiert: • Arbeitskreissitzung, in der sich neue Mitglieder vorstellen können, Aktivitäten diskutiert und geplant sowie Ergebnisse der Arbeitsgruppen vorgestellt werden. • Wissensaufbau und -austausch, z. B. durch Besichtigung von Laboratorien und Testfeldern in den Betrieben, wo das Treffen stattfindet oder durch Erfahrungsaustausch mit Professionals. • Socializing, um sich auch in entspannter Atmosphäre besser kennenzulernen oder neue Visionen für den Arbeitskreis zu entwickeln. In der Vergangenheit wurden dazu z. B. Stadt- oder Museumsbesichtigungen und gemeinsame Abendessen organisiert. Alle Treffen unterliegen selbstverständlich einer Compliance-Regelung, der jedes Arbeitskreismitglied vor Teilnahme am Arbeitskreistreffen zustimmen muss. In den folgenden Abschnitten soll nun etwas mehr auf die Tätigkeiten der Arbeitsgruppen der „Jungen Tribologen“ eingegangen werden. Organisation des “Young Tribological Researcher Symposium” Das „Young Tribological Researcher Symposium” (YTRS) ist aus der Idee heraus entstanden, jungen Menschen die Möglichkeit zu bieten, mit anderen Forschern aus Industrieunternehmen und Universitäten in einer freundlichen und entspannten Atmosphäre in Kontakt zu treten, um mögliche Hemmungen u. a. beim Aufbau des eigenen Netzwerks oder aber auch im fachlichen Präsentieren abzubauen und sich damit auf große Konferenzen vorbereiten zu können. Das hört sich nun so an, als würden die Vorträge auf dem „Young Tribological Researcher Symposium” von durchschnittlicher Qualität sein - das war bisher aber nie der Fall und es kann zusammenfassend festgestellt werden, dass die Vortragsinhalte stets sehr interessant waren und fachgerecht sowie sehr gut präsentiert wurden. Typischerweise findet Gruppenfoto der Teilnehmer des 2ten YTRS TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 18.03.21 11: 44 Seite 55 Nachrichten 56 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 das Symposium an zwei Tagen mit einer Plenarsession und verschiedenen Fachsessions, z. B. mit Themen aus den Materialwissenschaften, der Schmierstoffentwicklung, der Automobilentwicklung, der Windkraftentwicklung, der Simulation sowie der Tribologie im menschlichen Körper und der Rheologie von Lebensmitteln statt. Natürlich ist tagsüber für Verpflegung gesorgt und am Abend des ersten Symposiumtages findet ein gemeinsames Abendessen statt. Üblicherweise wird an einem der Symposiumtage auch eine Laborführung am Veranstaltungsort organisiert. Das Symposium lebt dabei von seinen Sponsoren und so dürfen wir uns bedanken, dass uns bisher die folgenden Firmen und Institutionen unterstützt haben: Fuchs Schmierstoffe GmbH Mannheim, Klüber Lubrication AG, Carl Bechem GmbH, Tribotron AG, Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH, Dow Silicones Deutschland GmbH, Evonik Industries AG, Magna Powertrain GmbH & Co KG, Nanovea, Optimol Instruments Prüftechnik GmbH, Technische Akademie Esslingen. Mittlerweile hat der Arbeitskreis „Junge Tribologen“ mit Unterstützung seiner Sponsoren insgesamt drei Symposien veranstalten können: • Das erste Symposium fand im Mai 2017 am Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie der Leibniz Universität Hannover (Prof. Gerhard Poll) statt, wobei 30 Nachwuchswissenschaftler teilnahmen und 13 Vorträge gehalten wurden. • Aufgrund der großen Resonanz des ersten Symposiums wurde das zweite Symposium im Mai 2018 mit 42 Teilnehmern und 13 Vorträgen an der Technischen Universität Berlin am Fachgebiet für Systemdynamik und Reibungsphysik (Prof. Valentin Popov) durchgeführt. Das Symposium bot zusätzlich zum üblichen Ablauf ein Seminar für Präsentationstechniken an, damit man an den eigenen Präsentationsfähigkeiten arbeiten konnte. • Das dritte Symposium fand im Mai 2019 bei der AC2T research GmbH in Wiener Neustadt in Österreich statt. Patron dieses Symposiums war Prof. Carsten Gachot. Mit 22 Vorträgen, einer Posterausstellung und 50 Teilnehmern aus Deutschland, Österreich und Japan erreichte diese Veranstaltung sogar mehr interessierte junge Nachwuchswissenschaftler aus der Tribologie als die vorhergehenden Symposien. • Das vierte Symposium sollte 2020 am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Tribologie an der Universität Kassel (Prof. Adrian Rienäcker) veranstaltet werden und musste aber leider infolge der Pandemie abgesagt werden. Es ist geplant, das Vorhaben 2021 nachzuholen. Organisation des Erfahrungsaustausches Neben dem Symposium bietet der Erfahrungsaustausch mit Professionals eine Gelegenheit dazu, das tribologische Wissen von jungen Nachwuchswissenschaftlern aufzubauen und deren Kontaktaufnahme mit Professionals zu unterstützen. Es werden dazu zwei verschiedene Arten von Treffen organisiert: • Erfahrungsaustausch mit dem Göttinger Kreis, welcher aus den Vogelpohl-Preisträgern gebildet wird • Erfahrungsaustausche mit Professionals aus der Tribologie Community Mittlerweile gab es drei Treffen der „Jungen Tribologen“ mit dem Göttinger Kreis, welche stets auf der jährlich im September veranstalteten Tribologie-Fachtagung organisiert wurden. Es entwickelten sich bisher immer wieder interessante Diskussionen über aufkommende tribologische Fragen aktuelle Themen in der Tribologie betreffend, wie z. B. der E-Mobilität, die zukünftige Rolle der Tribologie in der Praxis und an Universitäten sowie bezüglich neuer tribologischer Arbeitsfelder (z. B. Lebensmittelwissenschaften, Medizin). Die Erfahrungsaustausche mit Professionals werden hingegen so organisiert, dass sie während der regelmäßig stattfindenden Arbeitskreistreffen Teil der Agenda sind. Bisher hat sich der Arbeitskreis mit folgenden Experten und Expertinnen getroffen und sehr intensiv über definierte Themen diskutiert: Dr. Mathias Woydt (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM) - „Geschichte der BAM und tribologische Versuchstechnik“, Dr. Manfred Jungk und Dr. Klaus Kunz (Dow Silicones Deutschland GmbH) - „Unternehmensgeschichte der Dow Corning GmbH“, Dr. Klaus Michaelis Gruppenfoto der Teilnehmer des 3ten YTRS TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 18.03.21 11: 44 Seite 56 Nachrichten 57 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 (Technische Universität München) - „Tribologie von Getriebeverzahnungen“, Dr. Thomas Fink (iwis Motorsysteme GmbH & Co. KG) - „Kettenentwicklung und Trends bei iwis Motorsysteme“, Dr. rer. Nat. Hans-Jürgen Füßer (Daimler AG) - „Tribologie in der Motorentwicklung bei Daimler“, Prof. Adrian Rienäcker (Universität Kassel) - „Softwareentwicklung, Simulation und Versuchtechnik in der Tribologie“, Prof. Andrés Lasagni (Technische Universität Dresden) - „Laserbasierte Methoden für Oberflächenstrukturierung“, Richard Karbacher (Schaeffler Technologies AG und Co. KG) - „Schmierstoffe und Wälzlager“, Gerhard Eibler (Magna Powertrain GmbH & Co KG) - „Verteiler- und Achsgetriebeentwicklung bei der Magna Powertrain“, Dr. Kartik Pondicherry (Anton Paar GmbH) - „Möglichkeiten der Rheologie- und Tribologiemesstechnik“, Thomas Litters (Fuchs Schmierstoffe GmbH) - „Schmierstoffentwicklung“, Prof. Gerhard Poll (Leibniz Universität Hannover) - „Entstehungsgeschichte der Leibniz Universität Hannover“, Dr. Hatem Baly (Azelis Germany GmbH) - „Trends in Lubrication and Additive Industry“, Dr. Marcella Frauscher (AC2T research GmbH) - „Einflussfaktoren auf Ölschädigung und Ölschädigungsmodelle“, Dr. Balázs Magyar (ZF Friedrichshafen AG) - „Fettentwicklung von Kugelgelenken“. Organisation tribologischer Experimente Bei Menschen wird bekanntlich das Interesse an einer „Sache“ geweckt, wenn sie bewegte Gebilde sehen oder selbst aktiv werden können. So ist die Idee entstanden, dass sich eine Arbeitsgruppe der „Jungen Tribologen“ speziell mit der Entwicklung möglichst unkonventioneller tribologischer Experimente beschäftigt, durch die vor allem junge Nachwuchswissenschaftler auf tribologische Phänomene aufmerksam gemacht werden sollen. Bisher wurden bereits fünf Generationen von Experimenten aufgebaut, die auch Anklang bei erfahrenen Tribologen fanden: • 1. Generation: Der Versuchsaufbau im September 2015 bestand aus einer 3D-Kraftmessplattform, auf der eine 3D-gedruckte Schablone mit einem ausgesparten GfT Logo aufgesetzt war. Zwischen der Schablone und der Kraftmessplattform konnten die Experimentteilnehmerinnen und Experimentteilnehmer unterschiedliche Einlagen (Grundkörper: Papier, Folie, Pappe) fixieren und mussten anschließend mit wahlweise möglichst hoher oder niedriger Reibung und einem selbstgewählten Stift (Gegenkörper: Bleistift, Kugelschreiber, Filzstift) das GfT Logo nachzeichnen. • 2. Generation: Bei der Versuchsanordnung im September 2016 wurde die 3D-Kraftmessplattform durch die Experimentteilnehmerinnen und Experimentteilnehmer verwendet, um mit einem vorgegebenen Kautschukstift auf der Kraftmessplattform den Reibungskoeffizienten so einzustellen, dass man bei vorgegebener Zeit einen virtuellen, auf einem Computerbildschirm visualisierten Parkour durchfahren kann, ohne an den Parkourbegrenzungen anzudocken. • 3. Generation: Der Versuchsaufbau im September 2017 war ein kleiner 3D-gedruckter SRV-Prüfstand (Schwing-Reibungs-Verschleiß-Prüfstand) mit einer Visitenkartenaufnahme (Grundkörper) und Kugel (Gegenkörper), an dem eine statische Kraft (z. B. Treffen mit dem Göttinger Kreis 2019 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 18.03.21 11: 44 Seite 57 Nachrichten 58 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Bierflasche) und eine variable Relativgeschwindigkeit durch Knopfregelung im Kontakt zwischen Kugel und Visitenkarte eingestellt werden konnte. Der Tester wurde mit einem Budget von 50 Euro aufgebaut und erhielt somit den Namen „Knick Knack 50“. Ziel des Experimentes mit diesem Aufbau war es, während der Tribologie-Fachtagung 2017 die reibungsärmste Visitenkarte der jeweiligen Experimentteilnehmerinnen und Experimentteilnehmer zu finden. • 4. Generation: Im September 2018 wurde seitens der Experimentteilnehmerinnen und Experimentteilnehmer der eigene Mund als Tester zur Charakterisierung verschiedener Schokoladen hinsichtlich ihrer tribologischen Eigenschaften genutzt. Ziel des Versuchs war es, die im tribologischen System „Mund“ erfühlten Reibungseigenschaften mit der Schokolade als Zwischenstoff real gemessenen Reibungskurven zuzuordnen, die zuvor in einem tribologischen Tester mit den Versuchsschokoladen bestimmt wurden. • 5. Generation: Diese Versuchsanordnung wurde im Jahr 2019 entworfen und baute auf der 4. Generation auf. Anstatt die tribologische Charakteristika von Schokolade zu erleben, wurde nunmehr die Performance von Sonnencreme als Zwischenstoff im tribologischen System „Hand / Arm“ quantifiziert. In der Regel werden die jeweils entwickelten Experimente der „Jungen Tribologen“ während des Young Tribological Researcher Symposiums oder aber der jährlichen Tribologie-Fachtagung in Göttingen präsentiert und die Experimentteilnehmerinnen und Experimentteilnehmer können sich daran mit ihrem tribologischen Know-how ausprobieren. Bisher wurde jede Experimentgeneration mit einer Preisverleihung kombiniert. Organisation der Außenwirkung / Öffentlichkeitsarbeit Die heutige Generation an Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern nutzt vor allem das Internet, um ständig über neue Trends up to date zu bleiben. Diese Möglichkeit hat sich auch der Arbeitskreis „Junge Tribologen“ zu Nutze gemacht, um online eine direkte Verbindung zu Studentinnen und Studenten und Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern herzustellen. Zum einen hat die Arbeitsgruppe „Öffentlichkeitsarbeit“ dazu eine Website www.junge-tribologen.de aufgesetzt und ein LinkedIn Profil www.linkedin.com/ company/ junge-tribologen erstellt, das nach einer Laufzeit von ca. einem Jahr mittlerweile über 600 Follower hat. Weiterhin existiert auch ein Youtube-Account. Alle Online-Plattformen werden stets durch Posts auf LinkedIn miteinander vernetzt und leiten auf diese Weise die LinkedIn Follower zu tribologisch interessanten Inhalten und zur Website der „Jungen Tribologen“. Auf der Website finden Interessierte eine Kurzbeschreibung zum Arbeitskreis, den Mitgliedern und die wichtigsten Informationen zu den Arbeitskreisaktivitäten, den Symposien sowie den Treffen der letzten Monate. Ebenso finden sich Informationen über die Möglichkeiten einer Mitgliedschaft oder Sponsoring. Die Website wird aufgrund der Arbeitskreis-Zugehörigkeit zur GfT im gleichen Layout wie die GfT-Homepage dargestellt. Sehr wichtig ist für die Arbeitsgruppe „Öffentlichkeitsarbeit“ auch die Zusammenarbeit mit den weiteren Arbeitsgruppen der „Jungen Tribologen“, denn oft werden die für LinkedIn relevanten Inhalte aus den Ergebnissen der weiteren Arbeitsgruppen generiert. Sehr erfolgreich waren als Posts mit dem LinkedIn Profil der „Jungen Tribologen“ z. B. Videomitschnitte der aus der Experimentgruppe heraus generierten Versuchsstände, Online Competitions, basierend auf den Experimenten der 4. und 5. Generation, oder aber Berichte über vergangene Symposien. In Zukunft ist zum Beispiel auch die Zusammenarbeit mit der Gruppe „Erfahrungsaustausch“ geplant, wobei Interviews mit Professionals als LinkedIn Inhalte dienen sollen. Die Arbeitsgruppe „Öffentlichkeitsarbeit“ entwickelt unabhängig davon aber auch eigene Ideen, um die Außenwirkung des Arbeitskreises zu fördern. So wurde beispielsweise im Dezember 2020 ein tribologischer Weihnachtskalender entworfen und auf LinkedIn jeden Tag ein Türchen mit tribologischen Inhalt geöffnet. Ebenso dient aktuell eine LinkedIn-Online-Interviewreihe mit den Arbeitskreismitgliedern dazu, jedes einzelne Arbeitskreismitglied sichtbarer zu machen und junge Nachwuchwissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler dazu zu animieren, im Arbeitskreis „Junge Tribologen“ aktiv zu werden. Neben den Online-Möglichkeiten werden zusätzlich auch konventionelle Methoden zur Förderung der Außenwirkung des Arbeitskreises genutzt. Dazu gehören beispielsweise der Entwurf von Flyern, das Ver- Vorführung des Knick Knack 50 Business Card Testers während des ersten Symposiums TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 18.03.21 11: 44 Seite 58 Nachrichten 59 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 fassen von Artikeln in tribologischen Magazinen wie z. B. der Zeitschrift Tribologie und Schmierungstechnik oder die Organisation von Plenarvorträgen der „Jungen Tribologen“ auf nationalen und internationalen Konferenzen. Parallel dazu unterstützt die Arbeitsgruppe „Öffentlichkeitsarbeit“ die GfT auch dabei, die GfT-Website zu pflegen und relevante Inhalte aufzusetzen. Zuletzt wurde beispielsweise ein Online-Anmeldeformular entwickelt, mit dem in Zukunft eine einfache Anmeldung zur Tribologie-Fachtagung möglich sein wird und welches so weit automatisiert ist, dass die administrative Arbeit des Tagungsbüros eine enorme Arbeitserleichterung erfährt. Der Arbeitskreis „Junge Tribologen“: eine Win-Win-Situation 2015 war es das Ziel die Gesellschaft für Tribologie e.V. (GfT) durch Gründung des Arbeitskreises „Junge Tribologen“ zu „verjüngen“, aber nicht nur das ist infolge der Tätigkeiten des Arbeitskreises in den letzten fünfeinhalb Jahren gelungen: den Mitgliedern selbst sowie auch deren Arbeitgebern ist mittlerweile deutlich geworden, welche Vorteile eine Mitgliedschaft im Arbeitskreis bringt: • Förderung der eigenen Sichtbarkeit in der Tribologie- Community • Anlaufstelle für junge Tribologen auf großen Tagungen • Möglichkeit zum Kontaktaufbau zu Professionals • Sicherheit beim Vortragen • Zeitersparnis durch direkte und nachhaltig aufgebaute Kontakte • tribologische Hintergrundinformationen, die man sonst nicht bekommt • Erfahrungen und Synergien zu unseren Fragestellungen • Austausch zu innovativen Technologien • neutrale Diskussionen außerhalb des Firmenalltags • umfassende Möglichkeiten tribologisch kreativ zu werden • langanhaltende Freundschaften Wir freuen uns über eure Mitgliedschaft! Eine Chronik anhand ausgewählter Biografien Die Träger des Georg-Vogelpohl-Ehrenzeichens und weitere prägende Persönlichkeiten Die Entwicklung der Tribologie in Deutschland Die Neuauflage des Buches zur Geschichte der Tribologie - das Bild zeigt das Cover der 3. Auflage - ist in Planung. Weitere Informationen finden Sie auf der Website der GfT: www.gft-ev.de TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 18.03.21 11: 44 Seite 59 Nachrichten 60 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 Mitteilungen der ÖTG ! "#$%%$&'(&"'($)) #%&*+,+-&"'($)) ""'(./ # ) ) ! ! ) ! #-0"123+"&42)5657) #89: ; <; =9>)9? )&? @ABC89>)A? @)/ ; 8BDEA? =) 2; : 9<9CFC)9G)HI? @><! J; ? ? >8BCI=K)7LM)N; O>G: >8)5657) #>DE? ; <; =9>0)A? @)/ ; 8BDEA? =BP>? 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Jahrgang · 1/ 2021 09: 00-09: 15 Emanuel Tack Oerlikon Balzers, Welcome 09: 15-09: 45 Senad Hasanovic Ceramaret, From contamination to tribocorrosion, when the weak point of ceramics is a metal 09: 45-10: 15 Sreeraj Kodoor Indian Institute of Technology Madras, Chennai (IIT Madras), Tribological analysis of White Etching Cracks (WECs) under severe dynamic loading and sliding conditions in bearings 10: 15-10: 45 Abdul Wasy Zia The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, Tribological performance of carbon particles embedded diamond-like carbon coatings 10: 45-11: 00 All Virtual Coffee 11: 00-11: 30 Phil Harper Tribosonics, Embedded sensing technology for improved tribological performance in real world applications. 11: 30-12: 00 Vincent Hoffmann Tribo Technologies, Tribo-X , Applicatipon of the Optimization Methods for Designing Journal Bearings 12: 00-12: 30 Gregor Patzer Optimol Instruments Prüftechnik, Evaluation of model tribosystems based on ultrasonic emission on the translational oscillating tribometer (SRV®) 12: 30-13: 30 All Lunch break 13: 30-14: 00 Ricardo Cruz Oerlikon Metco, Thermal Spray and Applications for Internal Combustion Engines 14: 00-14: 30 Maryam, Bahrami / Stefano Okretic Anton-Paar, Tribological Characterization of PVD Coatings Designed for High Temperature Applications 14: 30-15: 00 Balasubramaniam Vengudusamy Klüber Lubrication München, Lubricant additives and WEC formation - A focus on premature failures in wind turbines) 15: 00-15: 30 Carolina Hernández Navarro Technological Institute of Celaya, Tribology of ThinFilms in biomedical applications 15: 30-16: 00 Nicholas Spencer ETH Zurich, The Tribology of Wine: Polymers in Solution 16: 00-16: 15 Rowena Crockett Empa, Closing the meeting Mitteilungen der Swiss Tribology Swiss Tribology 2021 Agenda: TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 61 Nachrichten 62 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 dheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikat Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Spr Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ A \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Komm chaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historisc chaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Manage e \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ B rachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ Altphilologie \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Ku \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikationswissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ en \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ SCHMIERSTOFF + SCHMIERUNG Erscheinungsweise: 4 x jährlich Sprache: deutsch Bezug kostenfrei! OpenAccess unter sus.expert  alle Ausgaben unter sus.expert  Infos zum Abonnement: abo@narr.de  Infos zur Anzeigenschaltung: Stefanie Richter Tel.: +49 (0)89 85 853 813, Fax: +49 (0)89 85 853 888, eMail: richter@narr.de  Infos zu redaktionellen Beiträgen: Ulrich Sandten Tel.: +49 (0)7071 97 97 56, Fax: +49 (0)7071 97 97 11, eMail: sandten@verlag.expert expert verlag GmbH \ Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0)7071 97 97 0 \ Fax +49 (0)7071 97 97 11 \ info@verlag.expert \ www.expertverlag.de Stand: März 2021 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! Die Fachzeitschri昀 SCHMIERSTOFF + SCHMIERUNG bietet einen umfassenden Überblick über alle Themen der Schmiersto�ranche. Dabei werden neueste Trends und Technologien ebenso behandelt wie grundlegendes Basiswissen und wirtscha昀liche Entwicklungen. SCHMIERSTOFF + SCHMIERUNG richtet sich insbesondere an Leser: innen aus der Praxis. Anwender von Schmiersto昀en und Hersteller von Schmiermi�eln erhalten durch unsere Zeitschri昀 ebenso fundierte Fachinforma�onen wie Dienstleistungsunternehmen im Bereich Öl sowie jene, die in Schmierstofflaboren und Industrieservice-Unternehmen tä�g sind. Auch Tä�ge des Handels und des Außendienstes in der Schmiersto�ranche 昀nden hier eine aufschlussreiche Lektüre. NEU TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 62 Patentumschau 63 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 DE102016120251A1 F16C 29/ 04 Krüger, David, 32545, Bad Oeynhausen, DE; Leßmann, Johann-Sebastian, 33106, Paderborn, DE; Pognirebko, Sergej, 49324, Melle, DE; Redecker, Detlef, 32049, Herford, DE; Reidt, Daniel, 32052, Herford, DE; Tiwisina, Johannes, 33829, Borgholzhausen, DE Paul Hettich GmbH & Co. KG, 32278, Kirchlengern, Auszugsführung und Verfahren zum Shmieren von Laufbahnen für Wälzkörper an Schienen einer Auszugsführung Eine Auszugsführung (1), insbesondere für ein Haushaltsgerät, umfasst eine Führungsschiene (2) und eine Laufschiene (4), zwischen denen optional eine auszugsverlängernde Mittelschiene (3) angeordnet ist, wobei zwischen den Schienen (2, 3, 4) jeweils Wälzkörper (6) vorgesehen sind, die an Laufbahnen (8, 9) der Schienen (2, 3, 4) abrollen und an einem Wälzkörperkäfig (7) gehalten sind, und an dem Wälzkörperkäfig (7) zumindest ein Festschmierstoffkörper (12, 20) gehalten ist, wobei der mindestens eine Festschmierstoffkörper (12, 20) über Mittel (17, 25, 27) gespannt oder bewegbar ist, um gleichzeitig in Kontakt mit Laufbahnen (8, 9) auf gegenüberliegenden Seiten des Schmierstoffkörpers (12, 20) zu gelangen. Dadurch können die Laufbahnen (8, 9) der Auszugsführung (1) effektiv mit Schmierstoff über einen langen Zeitraum versorgt werden. DE112013002227B4 F04B 27/ 10 Enomoto, Anri, c/ o Sanden Corporation, Gunma, Isesaki-shi, JP; Ishikawa, Tsutomu, c/ o Sanden Corporation, Gunma, Isesaki-shi, JP; Taguchi, Yukihiko, c/ o Sanden Corporation, Gunma, Isesaki-shi, JP; Terauchi, Satoshi, c/ o Sanden Corporation, Gunma, Isesaki-shi, JP Sanden Holdings Corporation, Gunma-ken, lsesaki-shi, JP Kolbenverdichter mit einem Druckentweichkanal zwischen Kurbelkammer und Saugkammer Kolbenverdichter (100) miteinem Zylinderblock (101), in dem viele ringartig angeordnete Zylinderbohrungen (101a, 101a1, 101a2, 101a3) ausgebildet sind,einem vorderen Gehäuse (102), das eine Seite des Zylinderblocks (101) schließt und in Zusammenwirkung mit dem Zylinderblock (101) eine Kurbelkammer (140) definiert,einer Ventilplatte (103), die eine andere Seite des Zylinderblocks (101) schließt und in der Auslasslöcher (103b) und Sauglöcher (103a) ausgebildet sind, die mit den Zylinderbohrungen (101a, 101a1, 101a2, 101a3) in Verbindung sind,einem Zylinderkopf (104), der über der Ventilplatte (103) gegenüber dem Zylinderblock (101) vorgesehen ist, und in dem eine Auslasskammer (142) und eine Saugkammer (141) definiert sind,Kolben (136), die jeweils in einer entsprechenden Zylinderbohrung (101a, 101a1, 101a2, 101a3) angeordnet sind,einer Antriebswelle (110), von der eine Endseite durch den Zylinderblock (101) über ein Gleitlager (131) radial gestützt ist,einem Wandlermechanismus ... DE102017219652A1 F25B 43/ 02 Hauleitner, Rudolf, Steyr, AT; Kammerhuber, Mario, Dietach, AT; Morales Espejel, Guillermo Enrique, Ijsselstein, NL; Wallin, Hans, Fla., Cape Coral, US Aktiebolaget SKF, Göteborg, SE Kühlsystem Kühlsystem umfassend einen Kältemittelkompressor, ein erstes Betriebsmedium, welches aus einer Mischung von Kältemittel und einem Schmieröl besteht, wobei der Ölseparator den Anteil des Kältemittels im Betriebsmedium reduziert, sodass ein schmierölangereichertes zweites Betriebsmedium vom Ölseparator bereitgestellt wird, wobei das bereitgestellte zweite Betriebsmedium in mindestens einem ersten Betriebszustand des Kühlsystems ein Viskositätsverhältnis &kgr; < 1 aufweist. DE102009028315B4 F01L 1/ 344 Deegan, Mike David, Mich., Farmington Hill, US; Furby, Robert Stephen, Mich., Novi, US; Lunsford, Robert Wayne, Mich., Oakland, US; Sylvester, Daniel Lawrence, Mich., West Bloomfield, US Ford Global Technologies, LLC, Mich., Dearborn, US Nockenwellensystem für Verbrennungsmotor Nockenwellensystem für einen Verbrennungsmotor, das Folgendes umfasst: einen Zylinderkopf (10); eine auf mehreren Lagerflächen (46) im Zylinderkopf (10) angebrachte Nockenwelle (14); einen Druckring (18), der in der Nockenwelle (14) eingebaut ist; eine Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), die in dem Zylinderkopf (10) ausgebildet ist, um den Druckring (18) aufzunehmen; ein Steuerventil (50) zum Betrieb eines Nockenwellenverstellers (58), wobei das Steuerventil (50) dem Nockenwellenversteller (58) Schmieröl unter Druck zuführt; undmindestens einen Schmiermittelablasskanal (68) zum Leiten von Schmieröl aus dem Steuerventil (50) zu der Schmiermittelbehälter- und Druckreaktorkombination (28, 30, 38,42), dadurch gekennzeichnet,dass das Steuerventil (50) an dem Zylinderkopf (10) angebracht ist. Erklärung Für jedes veröffentlichte Patent ist der Informationstext nach folgender Reihenfolge gegliedert: Veröffentlichungs-Nummer; IPC - Hauptklasse; Erfinder; Anmelder / Inhaber; Titel der Erfindung / des Patents; Abstract. Patentumschau ti r A m c e B \ u \ \ TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 63 64 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 tik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ Altphilolo undheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikatio \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Spra \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ A rt \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommu nschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ Bauwesen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historisc nschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ Tourismus \ VWL \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Manage ogie \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Kulturwissenschaften \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ Anglistik \ B sprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ Wirtschaft \ \ Maschinenbau \ Politikwissenschaft \ Elektrotechnik \ Mathematik & Statistik \ Management \ Altphilologie \ Sport \ Gesundheit \ Romanistik \ Theologie \ Ku en \ Soziologie \ Theaterwissenschaft \ Geschichte \ Spracherwerb \ Philosophie \ Medien- und Kommunikationswissenschaft \ Linguistik \ Literaturgeschichte \ esen \ Fremdsprachendidaktik \ DaF \ Germanistik \ Literaturwissenschaft \ Rechtswissenschaft \ Historische Sprachwissenschaft \ Slawistik \ Skandinavistik \ BWL \ PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL Die PROJEKTMANAGEMENT AKTUELL ist eine der führenden Fachpublikationen im Projektmanagement im deutschsprachigen Raum. Erscheinungsweise: 5 x jährlich Bezugspreis jährlich print € 67,00 Bezugspreis jährlich print+online € 198,00 Einzelheft € 20,00 (Preise jeweils inkl. MwSt. und zzgl. Versand) Organ der GPM Deutsche Gesellschaft für Projektmanagement e. V. unter Mitwirkung der Schweizerischen Gesellschaft für Projektmanagement (spm) und Projekt Management Austria (pma)  Infos zum Abonnement: Tel.: +49 (0)7071 97 97 0, Fax: +49 (0)7071 97 97 11, eMail: abo@narr.de  Infos zur Anzeigenschaltung: Stefanie Richter Tel.: +49 (0) 89 8 58 53-813, Fax: +49 (0)7071 97 97 11, eMail: richter@narr.de UVK Verlag. Ein Unternehmen der Narr Francke Attempto Verlag GmbH + Co. KG Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Tel. +49 (0)7071 97 97 0 \ Fax +49 (0)7071 97 97 11 \ info@narr.de \ www.narr.de Stand: März 2021 · Änderungen und Irrtümer vorbehalten! Die Zeitschri昀 liefert fundierte Fachinforma�on für Projektmanager: innen u.a. in Industrie, Bauwesen, Beratungs- und Ingenieurbüros, im Bereich der So昀wareentwicklung und im Dienstleistungsgewerbe. Das Themenspektrum reicht von wissenscha昀lichen Fachbeiträgen zu Methoden und Techniken des Projektmanagements bis hin zu Praxis- und Erfahrungsberichten aus dem Projektalltag. Neben grundlegenden Orien�erungsbeiträgen liefert die Fachzeitschri昀 auch Beiträge über Techniken und Verfahren des Projektmanagements und berichtet über Projek�allstudien. Sie schlägt so eine Brücke zwischen Theorie und Praxis. www.projektmanagement.digital _Vorlage_PM_Anzeige_A4_2021.indd 1 12.03.2021 14: 20: 47 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 64 Normen 65 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 1 Normen der Schmierungstechnik 1.1 Nationale Normen und Entwürfe 1.1.1 DIN-Normen E DIN EN 15427-1-1: 2020-11 Print: 112,07 EUR/ Download: 92,74 EUR Bahnanwendungen - Reibungsmanagement zwischen Rad und Schiene - Teil 1-1: Vorrichtungen und Anwendung - Spurkranzschmierung; Deutsche und Englische Fassung prEN 15427-1-1: 2020 Railway applications - Wheel/ Rail friction management - Part 1-1: Equipment and Application - Flange Lubricants; German and English version prEN 15427-1- 1: 2020 Erscheinungsdatum: 2020-10-02 Einsprüche bis 2020-11-25 Gegenüber DIN EN 15427: 2011-01 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) vollständige Überarbeitung der Norm; b) Anpassung an aktuelle Gestaltungsregeln. Dieses Dokument beschränkt sich auf die Bestimmung der Anforderungen beim Auftragen von Schmierstoff auf die Kontaktfläche zwischen Spurkranz und der Schiene (aktive Kontaktfläche), entweder direkt oder indirekt auf den Spurkranz oder die Schiene, und umfasst sowohl fahrzeugseitige als auch gleisseitige Lösungen. Dieses Dokument deckt nur die Vorrichtungen und Anwendung von Schmierstoff auf der aktiven Kontaktfläche ab. Dieses Dokument definiert: - die Eigenschaften, die Schmierungssysteme der Fläche zwischen Rad und Schiene erfüllen müssen, zusammen mit geeigneten Inspektions- und Prüfverfahren, die zur Verifikation durchzuführen sind, - alle relevanten Begriffe, die spezifisch für die Spurkranzschmierung der Kontaktfläche zwischen Rad und Schiene sind. Dieses Dokument ist nur für Vollbahnen anzuwenden. Dieses Dokument kann auch für andere Schienennetze verwendet werden, z. B. städtische Schienenbahnen. E DIN EN 15427-2-1: 2020-11 Print: 166,73 EUR/ Download: 138,08 EUR Bahnanwendungen - Reibungsmanagement zwischen Rad und Schiene - Teil 2-1: Eigenschaften und Merkmale - Spurkranzschmierstoffe; Deutsche und Englische Fassung prEN 15427-2-1: 2020 Railway applications - Wheel/ Rail friction management - Part 2-1: Properties and Characteristics - Flange lubricants; German and English version prEN 15427-2- 1: 2020 Erscheinungsdatum: 2020-10-02 Einsprüche bis 2020-11-25 Gegenüber DIN EN 16028: 2012-10 und DIN EN 16028 Berichtigung 1: 2013-02 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) vollständige Überarbeitung der Norm; b) Anpassung an aktuelle Gestaltungsregeln. Dieses Dokument legt die Anforderungen an Schmierstoffe fest, die für die Schmierung der Kontaktfläche zwischen dem Rad und der Schiene (aktive Kontaktfläche) vorgesehen sind und die entweder direkt oder indirekt auf das Rad oder die Schiene aufgetragen werden. Es beschreibt die erforderlichen Informationen für die meisten Zulassungsverfahren, das Prüfverfahren und die regelmäßige Kontrolle/ Überwachung des Schmierstoffs. DIN ISO 22286: 2020-09 Print: 67,02 EUR/ Download: 55,55 EUR Mineralölerzeugnisse und Schmierstoffe - Bestimmung des Tropfpunktes von Schmierfetten mit einem automatischen Prüfgerät (ISO 22286: 2018) Petroleum products and lubricants - Determination of the dropping point of grease with an automatic apparatus (ISO 22286: 2018) Dieses Dokument legt ein Verfahren für die Bestimmung des Tropfpunktes von Schmierfetten mit einem automatischen Gerät fest. BE DIN EN ISO 23581: 2019-03 Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte - Bestimmung der kinematischen Viskosität - Verfahren mit dem Viskosimeter nach dem Stabinger-Prinzip (ISO/ DIS 23581: 2019); Deutsche und Englische Fassung prEN ISO 23581: 2019 Zurückziehung beabsichtigt: Zurückziehung; da die Arbeit am europäischen Projekt EN ISO 23581 eingestellt wurde. Einsprüche bis 2020-10-31 Z DIN 51444: 2003-11 Prüfung von Mineralölerzeugnissen - Bestimmung des gebundenen Stickstoffs - Verbrennungsverfahren mit Chemilumineszenz-Detektor Zurückgezogen, ersetzt durch DIN 51444: 2020-10 DIN 51444: 2020-10 Print: 67,02 EUR/ Download: 55,55 EUR Prüfung von Mineralölerzeugnissen - Bestimmung des gebundenen Stickstoffs - Verbrennungsverfahren mit Chemilumineszenz-Detektor Testing of petroleum products - Determination of nitrogen - Oxidative combustion method with chemiluminescence detector Ersatz für DIN 51444: 2003-11 Gegenüber DIN 51444: 2003-11 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Anwendungsbereich angepasst; Normen g o a l u h m a \ \ 12.03.2021 14: 20: 47 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 65 Normen 66 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 b) normative Verweisungen zur Probenahme und zur Präzision ergänzt und aktualisiert; c) Schiffchenaufgabesystem weggelassen und Maximalvolumen für Mikroliterspritzen auf 100 Mikroliter begrenzt; d) Anforderungen an die Reinheit von Sauerstoff auf 99,95 % reduziert; e) Herstellung der Stammlösungen und der Kalibrierlösungen beschrieben; f) Dosiervolumen angepasst; g) Kriterium für erfolgreiche Wiederholungsmessung angepasst; h) Auswertung ergänzt und Ergebnisberechnung beschrieben; i) Präzisionsangaben an die Ergebnisse des durchgeführten Ringversuches angepasst; j) Prüfbericht ergänzt; k) Dokument redaktionell überarbeitet. Dieses Dokument legt ein Verfahren zur Bestimmung des gebundenen Stickstoffs in Mineralöl-Kohlenwasserstoffen fest. B DIN 51750-1: 1990-12 Prüfung von Mineralölen; Probenahme; Allgemeines Zurückziehung beabsichtigt: Dafür können DIN EN ISO 3170 Manuelle Probenahme und DIN EN ISO 3171 Automatische Probenahme aus Rohrleitungen verwendet werden. Einsprüche bis 2020-10-31 B DIN 51750-2: 1990-12 Prüfung von Mineralölen; Probenahme; Flüssige Stoffe Zurückziehung beabsichtigt: Dafür können DIN EN ISO 3170 Manuelle Probenahme und DIN EN ISO 3171 Automatische Probenahme aus Rohrleitungen verwendet werden. Einsprüche bis 2020-10-31 1.1.1.1 Übersetzugen DIN EN ISO 4259-3: 2020-08 Print: 121,19 EUR/ Download: 100,29 EUR Petroleum and related products - Precision of measurement methods and results - Part 3: Monitoring and verification of published precision data in relation to methods of test (ISO 4259-3: 2020) Mineralölerzeugnisse - Präzision von Messverfahren und Ergebnissen - Teil 3: Monitoring und Management veröffentlichter Präzisionsdaten in Bezug auf Prüfverfahren (ISO 4259-3: 2020) DIN EN ISO 14935: 2020-07 Print: 102,74 EUR/ Download: 84,98 EUR Petroleum and related products - Determination of wick flame persistence of fire-resistant fluids (ISO 14935: 2020) Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte - Bestimmung der Nachbrennzeit schwer entflammbarer Flüssigkeiten an einem Docht (ISO 14935: 2020) DIN 51380: 2019-04 Print: 55,35 EUR/ Download: 45,93 EUR Testing of lubricants - Test for fuel diluent in used automotive engine oils - Gas chromatography method Prüfung von Schmierstoffen - Bestimmung der leichtsiedenden Anteile in gebrauchten Motorenölen - Gaschromatographisches Verfahren DIN 51451: 2020-02 Print: 102,74 EUR/ Download: 84,98 EUR Testing of petroleum products and related products - Analysis by infrared spectrometry - General working principles Prüfung von Mineralölerzeugnissen und verwandten Produkten - Infrarotspektrometrische Analyse - Allgemeine Arbeitsgrundlagen DIN 51524-1: 2017-06 Print: 74,68 EUR/ Download: 61,62 EUR Pressure fluids - Hydraulic oils - Part 1: HL hydraulic oils, Minimum requirements Druckflüssigkeiten - Hydrauliköle - Teil 1: Hydrauliköle HL, Mindestanforderungen DIN 51524-2: 2017-06 Print: 74,68 EUR/ Download: 61,62 EUR Pressure fluids - Hydraulic oils - Part 2: HLP hydraulic oils, Minimum requirements Druckflüssigkeiten - Hydrauliköle - Teil 2: Hydrauliköle HLP, Mindestanforderungen DIN 51524-3: 2017-06 Print: 74,68 EUR/ Download: 61,62 EUR Pressure fluids - Hydraulic oils - Part 3: HVLP hydraulic oils, Minimum requirements Druckflüssigkeiten - Hydrauliköle - Teil 3: Hydrauliköle HVLP, Mindestanforderungen DIN 51807-1: 2020-03 Print: 55,35 EUR/ Download: 45,93 EUR Testing of lubricants - Test of the behaviour of lubricating greases in the presence of water - Part 1: Static test Prüfung von Schmierstoffen - Prüfung des Verhaltens von Schmierfetten gegenüber Wasser - Teil 1: Statische Prüfung 1.2 Internationale Normen und Entwürfe 1.2.1 EN-Normen ZE prEN 15199-1: 2019-12 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestimmung des Siedeverlaufes - Teil 1: Mitteldestillate und Grundöle Zurückgezogen, ersetzt durch FprEN 15199-1: 2020-08 E FprEN 15199-1: 2020-08 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestim- TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 66 Normen 67 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 mung des Siedeverlaufes - Teil 1: Mitteldestillate und Grundöle Petroleum products - Determination of boiling range distribution by gas chromatography method - Part 1: Middle distillates and lubricating base oils Vorgesehen als Ersatz für EN 15199-1: 2006-10; Ersatz für prEN 15199-1: 2019-12 ZE prEN 15199-2: 2019-12 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestimmung des Siedeverlaufes - Teil 2: Schweröle und Rückstandsöle Zurückgezogen, ersetzt durch FprEN 15199-2: 2020-08 E FprEN 15199-2: 2020-08 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestimmung des Siedeverlaufes - Teil 2: Schweröle und Rückstandsöle Petroleum products - Determination of boiling range distribution by gas chromatography method - Part 2: Heavy distillates and residual fuels Vorgesehen als Ersatz für EN 15199-2: 2006-10; Ersatz für prEN 15199-2: 2019-12 ZE prEN 15199-3: 2019-10 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestimmung des Siedeverlaufes - Teil 3: Rohöle Zurückgezogen, ersetzt durch FprEN 15199-3: 2020-08 E FprEN 15199-3: 2020-08 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestimmung des Siedeverlaufes - Teil 3: Rohöle Petroleum products - Determination of boiling range distribution by gas chromatography method - Part 3: Crude oil Vorgesehen als Ersatz für EN 15199-3: 2008-05; Ersatz für prEN 15199-3: 2019-10 E prEN 15199-4: 2020-07 Mineralölerzeugnisse - Gaschromatographische Bestimmung des Siedeverlaufes - Teil 4: Leichte Fraktionen des Rohöls Petroleum products - Determination of boiling range distribution by gas chromatography method - Part 4: Light fractions of crude oil Vorgesehen als Ersatz für EN 15199-4: 2015-09 Einsprüche bis 2020-10-22 1.2.2 ISO-Normen ZE ISO/ FDIS 23581: 2020-04 Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte - Bestimmung der kinematischen Viskosität - Verfahren mit dem Viskosimeter nach dem Stabinger-Prinzip ISO 23581: 2020-07 68,50 EUR Mineralölerzeugnisse und verwandte Produkte - Bestimmung der kinematischen Viskosität - Verfahren mit dem Viskosimeter nach dem Stabinger-Prinzip Petroleum products and related products - Determination of kinematic viscosity - Method by Stabinger type viscometer 2 Sonstige tribologisch relevante Normen 2.1 Nationale Normen und Entwürfe 2.1.1 DIN-Normen E DIN 3689-1: 2020-09 Print: 142,19 EUR/ Download: 117,76 EUR Welle-Nabe-Verbindung - Hypotrochoidische H-Profile - Teil 1: Geometrie und Abmessungen Shaft to collar connection - Hypotrochoidal H-profiles - Part 1: Geometry and dimensions Erscheinungsdatum: 2020-08-21 Einsprüche bis 2020-12-14 Dieses Dokument legt Geometrie und Abmessungen von hypotrochoidischen Verbindungsprofilen (H-Profilen) fest. Die hypotrochoidischen Kurven (H-Profile) bieten technisch interessante Konturen für die modernen formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen. Die Merkmale der H-Profile sind die Auswalmöglichkeiten zur Flankenanzahl sowie zur Profilexzentrizität. Dadurch kann gezielt ein geeignetes Profil an den zur Verfügung stehenden Bauraum und Belastung angepasst werden. Der Anwendungsbereich dieser Norm erstreckt sich auf technische Produkte, z. B. des allgemeinen Maschinenbaus, des Werkzeugmaschinen-, Kraftfahrzeug- und Flugzeugbaus sowie der Windkraftanlagen und der Elektroindustrie. Z DIN ISO 4497: 1991-04 Metallpulver; Bestimmung der Teilchengrößen durch Trockensiebung; Identisch mit ISO 4497: 1983 Zurückgezogen, ersetzt durch DIN EN ISO 4497: 2020- 10 DIN EN ISO 4497: 2020-10 Print: 74,48 EUR/ Download: 61,43 EUR Metallpulver - Bestimmung der Teilchengröße durch Trockensiebung (ISO 4497: 2020); Deutsche Fassung EN ISO 4497: 2020 Metallic powders - Determination of particle size by dry sieving (ISO 4497: 2020); German version EN ISO 4497: 2020 Ersatz für DIN ISO 4497: 1991-04 Gegenüber DIN ISO 4497: 1991-04 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Abschnitt 2 „Normative Verweisungen“ überarbeitet; b) Abschnitt 3 „Begriffe“ aufgenommen; c) 5.1 „Kalibrierte Gewebesiebe“ (vorm. 4.1), zweite Anmerkung entfallen; d) 7.1 „Allgemeines“ (vorm. 6.1 und 6.2) erweitert; e) Abschnitt 9 „Präzision“ aufgenommen; f) Literaturhinweise aufgenommen. Dieses Dokument legt ein Verfahren fest zur Bestim- TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 67 Normen 68 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 mung der Teilchengrößenverteilung metallischer Pulver durch Trockensiebung in Granulationsfraktionen. Z DIN EN 13979-1: 2011-06 Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle - Vollräder - Technische Zulassungsverfahren - Teil 1: Geschmiedete und gewalzte Räder; Deutsche Fassung EN 13979-1: 2003+A2: 2011 Zurückgezogen, ersetzt durch DIN EN 13979-1: 2020- 09 DIN EN 13979-1: 2020-09 Print: 160,05 EUR/ Download: 132,48 EUR Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle - Vollräder - Technische Zulassungsverfahren - Teil 1: Geschmiedete und gewalzte Räder; Deutsche Fassung EN 13979-1: 2020 Railway applications - Wheelsets and bogies - Monobloc wheels - Technical approval procedure - Part 1: Forged and rolled wheels; German version EN 13979- 1: 2020 Ersatz für DIN EN 13979-1: 2011-06 Gegenüber DIN EN 13979-1: 2011-06 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Die Norm wurde technisch und redaktionell überarbeitet; b) Abschnitt 3 „Begriffe“ neu aufgenommen; c) Abschnitt 10 „Technische Zulassungsverfahren“ neu aufgenommen; d) Anhang E (informativ) „Dauerschwingbelastung für Schmalspurbahnen“ neu aufgenommen; e) Anhang F (informativ) „Dauerschwingbelastung für Neigezüge“ neu aufgenommen; f) Anhang J (informativ) „Ultraschallmessverfahren der Eigenspannungen im Radkranz“ neu aufgenommen. Gegenstand des vorliegenden Dokumentes ist die Bestimmung eines Verfahrens zur Konstruktionsprüfung eines aus Rollmaterial gewalzten und geschmiedeten Vollrades. Diese Bewertung wird vor der Inbetriebnahme vorgenommen. Das vorliegende Dokument beschreibt insbesondere die Bewertung, die auszuführen ist, um Räder, deren Qualitätsvorschriften angemessener als die sind, die nach EN 13262 festgelegt sind, auf einem europäischen Radbahnnetz zu nutzen. Diese Bewertung erfordert die Festlegung der Rad-Nutzungsbedingungen und die vorliegende Norm präzisiert, wie diese Bedingungen festzulegen sind. Die technische Zulassungsbewertung umfasst vier Gesichtspunkte: - geometrisch: um die Austauschbarkeit verschiedener Lösungen für den gleichen Anwendungsbereich zu ermöglichen; - thermomechanisch: um die Verformungen des Rades zu beherrschen und sicherzustellen, dass Bremsungen nicht zum Radbruch führen; - mechanisch: um sicherzustellen, dass kein Dauerschwingriss im Radsteg auftritt; - akustisch: um sicherzustellen, dass die Lösung so gut wie ein Referenzrad ist. Dieses Dokument behandelt weder die Bewertung der Nabe, noch die Bewertung des Kranzes. Dieses Dokument wurde für Räder von Laufradsätzen, die an der Lauffläche gebremst werden, erstellt. Für Räder, an denen Bremsscheiben oder Antriebszahnräder montiert sind, oder für Räder mit Lärmschutzvorrichtungen können die Anforderungen geändert bzw. vervollständigt werden. Für Schienenverkehrsfahrzeuge des Nahverkehrs können andere Normen oder Dokumente angewendet werden. 2.1.1.1 Übersetzungen DIN ISO 4386-3: 2020-04 Print: 93,03 EUR/ Download: 76,93 EUR Plain bearings - Metallic multilayer plain bearings - Part 3: Non-destructive penetrant testing (ISO 4386-3: 2018) Gleitlager - Metallische Verbundgleitlager - Teil 3: Zerstörungsfreie Prüfung nach dem Eindringverfahren (ISO 4386-3: 2018) DIN EN ISO 13517: 2020-08 Print: 93,03 EUR/ Download: 76,93 EUR Metallic powders - Determination of flow rate by means of a calibrated funnel (Gustavsson flowmeter) (ISO 13517: 2020) Metallpulver - Ermittlung der Durchflussrate mit Hilfe eines kalibrierten Trichters (Gustavsson-Flowmeter) (ISO 13517: 2020) 2.1.2 VDI-Richtlinien E VDI/ VDE 2612 Blatt 6: 2020-10 99,90 EUR Messen und Prüfen von Verzahnungen - Prüfung und Überwachung von Geräten zur Verzahnungsmessung Measurement and testing of gears - Testing and monitoring of devices for gear measurement Einsprüche bis 2020-12-31 2.2 Internationale Normen und Entwürfe 2.2.1 EN-Normen E prEN 4035: 2020-07 Luft- und Raumfahrt - Einstellbarer Ösenkopf mit zweireihigem Pendelkugellager aus korrosionsbeständigem Stahl, reduzierte radiale Lagerluft und Gewindeschaft aus Titanlegierung - Maße und Belastungen Aerospace series - Rod end, adjustable, with self-aligning double row ball bearing, in corrosion resisting steel, reduced internal radial clearance and threaded shank in titanium alloy - Dimensions and loads Vorgesehen als Ersatz für EN 4035: 2006-05 Einsprüche bis 2020-10-08 Z EN 13715+A1: 2010-10 Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle - Räder - Radprofile Zurückgezogen, ersetzt durch EN 13715: 2020-07 ZE FprEN 13715: 2020-04 Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle - Räder - Radprofile TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 68 Normen 69 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 EN 13715: 2020-07 Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle - Räder - Radprofile Railway applications - Wheelsets and bogies - Wheels - Tread profile Ersatz für EN 13715+A1: 2010-10 E FprCEN/ TS 15427-1-2: 2020-07 Bahnanwendungen - Reibungsmanagement zwischen Rad und Schiene - Teil 1-2: Vorrichtungen und Anwendung - Behandlung der Schienenoberfläche Railway applications - Wheel/ Rail friction management - Part 1-2: Equipment and Application - Top of Rail materials E FprCEN/ TS 15427-2-2: 2020-07 Bahnanwendungen - Reibungsmanagement zwischen Rad und Schiene - Teil 2-2: Eigenschaften und Merkmale - Behandlung der Schienenoberfläche Railway applications - Wheel/ Rail friction management - Part 2-2: Properties and Characteristics - Top of Rail materials 2.2.2 ISO-Normen Z ISO 4468: 2009-06 Wälzfräser für Zylinderverzahnungen - Genauigkeitsanforderungen Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 4468: 2020-07 Z ISO 4468 Technical Corrigendum 1: 2009-11 Wälzfräser für Zylinderverzahnungen - Genauigkeitsanforderungen; Korrektur 1 Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 4468: 2020-07 ZE ISO/ FDIS 4468: 2020-04 Gear hobs - Accuracy requirements ISO 4468: 2020-07 186,80 EUR Gear hobs - Accuracy requirements Ersatz für ISO 4468: 2009-06 und ISO 4468 Technical Corrigendum 1: 2009-11 E ISO/ DIS 4548-6: 2020-07 68,50 EUR Methods of test for full-flow lubricating oil filters for internal combustion engines - Part 6: Static burst pressure test Vorgesehen als Ersatz für ISO 4548-6: 2012-09 Einsprüche bis 2020-10-20 E ISO/ DIS 6195: 2020-08 68,50 EUR Fluid power systems and components - Cylinder-rod wiper-ring housings in reciprocating applications - Dimensions and tolerances Vorgesehen als Ersatz für ISO 6195: 2013-02 Einsprüche bis 2020-10-26 ZE ISO/ DIS 8528-3: 2020-01 Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets - Part 3: Alternating current generators for generating sets Zurückgezogen, ersetzt durch ISO/ FDIS 8528-3: 2020-07 E ISO/ FDIS 8528-3: 2020-07 139,40 EUR Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets - Part 3: Alternating current generators for generating sets Vorgesehen als Ersatz für ISO 8528-3: 2005-07; Ersatz für ISO/ DIS 8528-3: 2020-01 Z ISO 12131-1: 2001-04 Gleitlager - Hydrodynamische Axial-Gleitlager im stationären Betrieb - Teil 1: Berechnung von Axialsegmentlagern Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 12131-1: 2020-07 ZE ISO/ FDIS 12131-1: 2020-03 Gleitlager - Hydrodynamische Axial-Gleitlager im stationären Betrieb - Teil 1: Berechnung von Axialsegmentlagern ISO 12131-1: 2020-07 139,40 EUR Gleitlager - Hydrodynamische Axial-Gleitlager im stationären Betrieb - Teil 1: Berechnung von Axialsegmentlagern Plain bearings - Hydrodynamic plain thrust pad bearings under steady-state conditions - Part 1: Calculation of thrust pad bearings Ersatz für ISO 12131-1: 2001-04 Z ISO 12131-3: 2001-04 Gleitlager - Hydrodynamische Axial-Gleitlager im stationären Betrieb - Teil 3: Betriebsrichtwerte für die Berechnung von Axialsegmentlagern Zurückgezogen, ersetzt durch ISO 12131-3: 2020-07 ZE ISO/ FDIS 12131-3: 2020-03 Gleitlager - Hydrodynamische Gleitlager unter stationären Bedingungen - Teil 3: Richtwerte für die Berechnung von Axiallagern ISO 12131-3: 2020-07 45,00 EUR Gleitlager - Hydrodynamische Gleitlager unter stationären Bedingungen - Teil 3: Richtwerte für die Berechnung von Axiallagern Plain bearings - Hydrodynamic plain thrust pad bearings under steady-state conditions - Part 3: Guide values for the calculation of thrust pad bearings Ersatz für ISO 12131-3: 2001-04 E ISO/ DIS 14287: 2020-07 68,50 EUR Gleitlager - Werkstoffe für Kippsegmentlager Plain bearings - Pad materials for tilting pad bearings Vorgesehen als Ersatz für ISO 14287: 2018-10 Einsprüche bis 2020-10-16 ZE ISO/ FDIS 21250-1: 2020-04 Wälzlager - Geräuschprüfung von Wälzlagerfetten - Teil 1: Grundlagen, Prüfanordnung, Prüfmaschine TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 69 Normen 70 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 ISO 21250-1: 2020-07 104,00 EUR Wälzlager - Geräuschprüfung von Wälzlagerfetten - Teil 1: Grundlagen, Prüfanordnung, Prüfmaschine Rolling bearings - Noise testing of rolling bearing greases - Part 1: Basic principles, testing assembly and test machine ZE ISO/ FDIS 21250-3: 2020-04 Wälzlager - Geräuschprüfung von Wälzlagerfetten - Teil 3: Prüf- und Bewertungsverfahren MQ ISO 21250-3: 2020-07 139,40 EUR Wälzlager - Geräuschprüfung von Wälzlagerfetten - Teil 3: Prüf- und Bewertungsverfahren MQ Rolling bearings - Noise testing of rolling bearing greases - Part 3: Test and evaluation method MQ ZE ISO/ FDIS 21250-4: 2020-04 Wälzlager - Geräuschprüfung von Wälzlagerfetten - Teil 4: Prüf- und Bewertungsverfahren NQ ISO 21250-4: 2020-07 68,50 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 3 Vorhaben 3.1 DIN-Normenausschuss Materialprüfung (NMP) Kühlmittel für Verbrennungsmotoren - Prüfverfahren - Teil 2: Probenahme; NA 062-06-63-01 AK <06235471> Dieses Dokument legt die Probenahme von Kühlmittelproben für Verbrennungsmotoren fest, die für verschiedene Prüfverfahren verwendet werden. Kühlmittel für Verbrennungsmotoren - Prüfverfahren - Teil 3: Elementbestimmung mittels ICP-OES; NA 062- 06-63-01 AK <06235472> Dieses Dokument legt ein Prüfverfahren zur Elementbestimmung von Kühlmitteln für Verbrennungsmotoren mittels ICP-OES fest. Prüfung von Schmierstoffen - Bestimmung des Rußgehaltes in gebrauchten Dieselmotorenölen - Infrarotspektrometrie; (DIN 51452: 1994-01); NA 062-06-13 AA <06235890> Dieses Dokument legt ein infrarotspektrometrisches Verfahren zur Bestimmung des Rußgehaltes, ermittelt als Massenanteil in %, in gebrauchten Dieselmotorenölen, fest. Mineralölerzeugnisse - Schmierfette - Probenahme von Fetten; NA 062-06-52 AA <06235996> Dieses Dokument legt Verfahren für die Entnahme von Schmierfettproben aus Produktionslosen oder Sendungen fest und enthält Anweisungen zur Prüfung von Fetten in Verkaufspaketen. 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) TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 70 Normen 71 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 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. 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. TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 71 Normen 72 Tribologie + Schmierungstechnik · 68. Jahrgang · 1/ 2021 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, BEL- GIEN Bezug: Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin 5.3 ISO-Normen Herausgeber: International Organization for Standardization, Case postale 56, 1211 GENÈVE 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 TuS_1_2021.qxp_TuS_Muster_2020 12.03.21 16: 24 Seite 72 Checkliste Autorenangaben Federführender Autor: F Postanschrift F Telefon- und Faxnummer F eMail-Adresse Alle Autoren: F Akademische Grade, Titel F Vor- und Zunamen F Orcid-ID F Institut/ Firma F Ortsangabe mit PLZ Umfang/ Form F bis ca. 3500 Wörter F neue deutsche Rechtschreibung und Kommasetzung bitte nach Duden Daten F Beitrag in WORD und als PDF (beide mit Bildern und Bildunterschriften etc.) F Bilddaten unbedingt zusätzlich als tif oder jpg (300 dpi/ ca. 2000 x 1200 Pixel der Originaldatei) Vektordaten als eps Manuskript F kurzer, prägnanter Titel F deutsche Zusammenfassung, 5 bis 10 Zeilen, ca. 100 Wörter F Schlüsselwörter, 6 bis 8 Begriffe F englisches Abstract, 5 bis 10 Zeilen, ca. 100 Wörter (bitte von einem Muttersprachler prüfen lassen) F Keywords, 6 bis 8 Begriffe F Bilder/ Diagramme/ Tabellen (bitte durchnummerieren und Nummern im Text erwähnen) F Bild- und Diagramm-Unterschriften, Tabellen-Überschriften F Literaturangaben Manuskript und Daten bitte an Dr. Manfred Jungk eMail: manfred.jungk@mj-tribology.com Tel.: +49 (0)6722-500836 Fax: +49 (0)6722-7506685 Nach Abschluss der Satzarbeiten erhalten Sie einen Korrekturabzug mit der Bitte um kurzfristige Durchsicht und Freigabe. Änderungen gegen das Manuskript sind in diesem Stadium nicht mehr möglich. Bitte beachten Sie ferner Redaktion und Verlag gehen davon aus, dass die Autoren zur Veröffentlichung berechtigt sind, dass die zur Verfügung gestellten Texte und das Bildmaterial nicht Dritte in ihren Rechten verletzen und dass bei Bildmaterial, wo erforderlich, die Quellen angeben sind. Bitte holen Sie im Zweifelsfall eine Abdruckgenehmigung beim Rechteinhaber ein. Redaktion und Verlag können keine Haftung für eventuelle Rechtsverletzungen übernehmen. Open Access Der freie Zugang zum Wissen ist uns ein wichtiges Anliegen. Deshalb haben Sie selbstverständlich auch die Möglichkeit, Ihren Beitrag in der Tribologie und Schmierungstechnik sofort allen Interessenten digital zugänglich zu machen. Davon profitieren nicht nur Sie mit einer erhöhten Reichweite, sondern Forscherinnen und Forscher weltweit. Um die hohe Qualität und umfangreiche Indexierung zu garantieren, können wir diesen Service leider nicht kostenlos anbieten. Den vollen OpenAccess-Service erhalten Sie bei uns für eine einmalige Article Processing Charge von 1.850,00 € netto (zzgl. MwSt.). Herausgeber Dr. Manfred Jungk Verlag expert verlag GmbH Dischingerweg 5 D-72070 Tübingen Tel.: +49 (0)7071 97556 0 Fax: +49 (0)7071 9797 11 eMail: info@verlag.expert www.expertverlag.de Redaktion Dr. rer. nat. Erich Santner eMail: esantner@arcor.de Tel.: +49 (0)2289 616136 Ulrich Sandten eMail: sandten@verlag.expert Tel.: +49 (0)7071 97556 56 Tribologie und Schmierungstechnik Organ der Gesellschaft für Tribologie Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft Organ der Swiss Tribology Ihre Mitarbeit in Tribologie und Schmierungstechnik ist uns sehr willkommen! ISSN 0724-3472 Aus Wissenschaft und Forschung Science and Research www.expertverlag.de Selina Raumel, Khemais Barienti, Folke Dencker, Florian Nürnberger, Marc C. Wurz Einfluss von Silan-dotierten Umgebungsatmosphären auf die tribologischen Eigenschaften von Titan Henrik Buse, Erika Hodúlová Fretting Wear Observation of Flat Contacts Anna Buling, Laura Dongmo Guetse, Jörg Zerrer Mit explorativer Datenanalyse und Data Mining zu hoch effizienten polymeren Tribo-Schicht-Systemen Gert Wahl, Philipp Gingter, Sebastian Liebisch 3D-gedrucktes Siliciumcarbid als Gleitringwerkstoff Erik Kuhn Die intrinsische Systemreaktion des tribologisch beanspruchten Schmierfettes