Aus der Praxis für die Praxis 1 Motivation und Problemstellung Aufgrund des Marktdrucks nach stetig effizienteren Antriebstechnologien gewinnen im Nutzfahrzeugsektor Methoden zur Vorbewertung tribologisch komplex beanspruchter Systeme, die häufig hohe Kosten zur Kompletterprobung zur Folge haben, zunehmend an Bedeu- Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 1/ 2017 55 Veränderungen des Motorölzustandes während der Betriebsdauer - Auswirkungen auf das Tribosystem Kolbenring-Zylinderlauffläche P. Beau, C. Busch, L. Deters* Zur Realisierung von Kundenanforderungen und Einhaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen werden Verbrennungsmotoren zunehmend nach folgenden Aspekten entwickelt: Erhöhung der spezifischen Leistung, Verbesserung der Fuel-Economy sowie Reduzierung der ökologischen Belastung. Dieser Trend führt zu stetig steigenden, oftmals wechselwirkenden Anforderungen an das innermotorische TTS „Kolbenring-Zylinderlauffläche-Motoröl“. Bezogen auf den Schmierstoff sind das u. a.: niedrige Viskosität, erhöhter Verschleiß- und Fressschutz, verlängerte Ölwechselintervalle sowie ökologisch und ökonomisch vertretbare Grundöl-Additivpaket-Formulierungen. Besonders zu beachten ist in diesem Zusammenhang der Umstand, dass sich Motoröle - und damit ihre tribologischen und rheologischen Eigenschaften im Vergleich zum Frischölzustand - während des motorischen Betriebs durch thermische und mechanische Beanspruchungen sowie den Eintrag von Ruß, Kraftstoff und Kondensat erheblich verändern. Um die Auswirkungen der Ölalterungsprozesse im Ring- Liner-Kontakt charakterisieren zu können, wurden unterschiedlich gealterte Motoröle realitätsnah mit Originalbauteilen in einem SRV ® -Tribometer untersucht. Durch das gezielte Variieren der Alterungsparameter Rußgehalt und Thermostress konnte deren Einfluss auf das Reibungs- und Verschleißverhalten des Tribosystems Kolbenring-Zylinderlauffläche analysiert und besser verstanden werden. Schlüsselwörter Dieselmotor, Kolbenring, Zylinderlauffläche, SRV, Tribometer, Ölalterung, Rußgehalt, Reibung, Verschleiß, Öltemperatur For the fulfillment of customer requirements and compliance with legal requirements combustion engines are increasingly being developed with focus to the following aspects: increasing the specific power, improving fuel economy and reducing environmental pollution. This trend leads to steadily rising but often interacting demands on the internal engine tribology system “piston ring - cylinder liner - engine oil”. With respect to the lubricants, that means: low viscosity, increased wear and scuffing protection, longer oil change intervals and ecologically and economically acceptable base oil additive package formulations. Of particular note in this context is the fact that engine oils considerably change their tribological and rheological properties as compared to the fresh oil condition during the motor operation by thermal and mechanical stresses as well as the entry of soot, fuel and condensate. In order to characterize the effects of the oil aging processes in the ring-liner contact, different aged engine oils were realistically investigated with original engine components in a SRV ® tribometer. By specifically varying the soot content and thermal stress it was possible to analyze and interpret the influence of these aging parameters on the friction and wear behavior of the tribological system piston ring and cylinder liner. Keywords ring liner, SRV, tribometer, diesel engine oil, soot, rig test, friction, wear Kurzfassung Abstract * Dipl.-Ing.(FH) Patrick Beau, MAN Truck & Bus AG Material Technology Powertrain, Truck & Bus 90441 Nürnberg Prof. Dr.-Ing. Christian Busch, Westsächsische Hochschule Zwickau Fakultät Automobil- und Maschinenbau, 08056 Zwickau Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Institut für Maschinenkonstruktion, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Tribologie, 39106 Magdeburg T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 55 Aus der Praxis für die Praxis tung. Im Motorenbau stellt hierbei die außermotorische Prüfung und tribologische Bewertung des Kolbenring-Zylinderlaufflächen-Systems mit Tribometern ein methodisches Werkzeug dar, mit dessen Hilfe eine zeit- und kostenoptimierte Produktqualifizierung unterstützt werden kann. Mit Hilfe eines optimierten SRV ® -Tribometers und gezielt vom Realsystem abgeleiteten Parametersätzen ist es beispielsweise möglich, Ring-Liner-Untersuchungen durchzuführen, die sich durch einen hohen Grad der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf das Realsystem auszeichnen [1]. Im Rahmen unterschiedlicher Versuchsreihen konnten bereits eindeutige und signifikante Korrelationen der Laborergebnisse zu denen vom Motorenprüfstand nachgewiesen werden [2, 3]. Anzumerken ist hier, dass für die Realisierung von schädigungsäquivalenten Versuchen im Labormaßstab eine Beölung der zu untersuchenden Kolbenringe und Zylinderlaufflächen mit motorisch gealtertem Schmierstoff notwendig ist. Die Schädigungsäquivalenz der Laborergebnisse liegt vor, wenn im Tribometerversuch dieselben charakteristischen Verschleißbeträge und -mechanismen erzeugt werden, die auch im zugrundeliegenden Realsystem auftreten. Für das Ring-Liner-System von Nutzfahrzeugmotoren sind dies beispielsweise: ein ausgeprägter Zwickelverschleiß der GJL- Zylinderlauffläche im Bereich des oberen Totpunkts (Bild 1) sowie ein polierter Laufspiegel mit erkennbarem Chromrissnetzwerk auf der Oberfläche von CKS-Kolbenringen (Bild 2). Aus bereits stattgefundenen Untersuchungen ist bekannt, dass der Alterungszustand des im Tribometerversuch verwendeten Motoröls einen signifikanten Einfluss auf das Reibungs- und Verschleißverhalten des Ring-Liner-Systems hat (Bild 3 + 4). Während die Verwendung von Frischöl zu quasistationären Reibungskoeffizienten über der Versuchsdauer, unkritisch geringem Linerverschleiß ohne Zwickelzone sowie messtechnisch kaum feststellbarem Ringverschleiß führt, zeigt ein Frischöl, welches im Vorfeld des Versuches für eine definierte Zeit bei einer konstanten Temperatur im Labor thermisch beansprucht wurde - im Folgenden Thermostress-Öl genannt - ein deutlich erhöhtes Reibniveau 56 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 1/ 2017 Z w i c k e l v e r s c h l e i ß i m B e r e i c h d e r U m k e h r p u n k t e d e s K o l b e n r i n g s 2 µm B Bild 1: Verschleißmessung eines Liners nach einem schädigungsäquivalenten Tribometerversuch Bild 2: Laufspiegel mit Chromrissnetzwerk auf Kolbenring nach tribologischer Belastung Bild 3: Reibungsverhalten im 18-stündigen SRV-Versuch: Auswirkungen des Ölzustandes Bild 4: Verschleißbeträge nach dem 18-stündigen SRV-Versuch: Auswirkungen des Ölzustandes 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Reibungskoeffizient µ [-] Zeit t [h] Reibungsverhalten Frischöl TÖ_150°C AÖ_1 AÖ_2 Ring-Liner I t = 18 h I T = 100 °C F N = 240 N I s = 4 mm I f = 20 Hz Versuchsbeginn nach 1 h RUN-IN n = 3 s ≤ 0,014 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Frischöl TÖ_150°C AÖ_1 AÖ_2 Verschleiß W RL [µm] Systemverschleiß Liner Ring n = 3 s Liner ≤ 0,14 s Ring ≤ 0,026 Ring-Liner I t = 18 h I T = 100 °C F N = 240 N I s = 4 mm I f = 20 Hz Versuchsbeginn nach 1 h RUN-IN T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 56 Aus der Praxis für die Praxis bei ansonsten vergleichbarem Verschleißverhalten (TÖ_150 °C). Für motorisch gealterte Öle - im weiteren Verlauf mit Altöle (AÖ) bezeichnet - ist im Vergleich zu ihrer entsprechenden Frischölvariante im Allgemeinen folgendes Systemverhalten charakteristisch: ein über der Versuchsdauer instationärer, absinkender Reibungskoeffizient bei erhöhtem Anfangsreibwert sowie ein realsystemähnlicher Liner- und Ringverschleiß mit ausgeprägtem Zwickel bzw. Laufspiegel. Je nach vorliegendem Öl(-alterungs)zustand ergeben sich hierbei unterschiedlich ausgebildete Reibungsverläufe und Zwickeltiefen. Das dargestellte AÖ_1 spiegelt den Ölzustand zum Zeitpunkt eines anstehenden Ölwechselintervalls wider (im Nfz-Bereich nach ca. 125.000 km), während das AÖ_2 gezielt überfahren wurde und dabei gleichzeitig einer erhöhten thermischen Belastung im Betrieb ausgesetzt war. Basierend auf den dargestellten Versuchsergebnissen wurden folgende Hypothesen zu den Auswirkungen des Ölzustandes auf das tribologische Verhalten des untersuchten Ring-Liner-Systems abgeleitet: 1. Thermostress hat keinen Einfluss auf das Verschleißverhalten, erhöht aber die Reibung im System 2. Ring- und Zwickelverschleiß entstehen durch den im Altöl vorhandenen Ruß 3. Rußpartikel erzeugen eine reibungsminimierende Wirkung Um die Auswirkungen der Ölalterungsprozesse im Ring- Liner-Kontakt näher charakterisieren zu können, wurde für die in diesem Beitrag durchgeführten Untersuchungen der Schmierstoffzustand eines Referenzmotoröls - basierend auf den drei genannten Hypothesen - selektiv im Labormaßstab verändert. Durch das gezielte Variieren und Kombinieren der Alterungsparameter Rußgehalt und Thermostress sollten deren Einflüsse auf das Reibungsverhalten sowie Auswirkungen auf den Systemverschleiß mit Bezug auf die Tribopaarung Kolbenring-Zylinderlauffläche analysiert werden. Hierzu wurden sowohl einfache Kugel-Scheibe-Modellversuche als auch realitätsnahe Ring-Liner-Untersuchungen mit Originalbauteilen in einem SRV ® -Tribometer durchgeführt. Im Ergebnis sollen die im Vorfeld aufgestellten Hypothesen zu den Auswirkungen des Ölzustandes auf das untersuchte Tribosystem hinsichtlich ihrer Aussagekraft und Plausibilität neu bewertet werden. 2 Probenmaterial Um den tribologischen Einfluss der beiden ölzustandsverändernden Parameter Rußgehalt und Thermostress untersuchen zu können, wurden ausgehend von einem handelsüblichen Motoröl der SAE-Klasse 5W-30, welches als Frischölreferenz dient, folgende Ölvarianten im Labor hergestellt (Tabelle 1): Zur Erzeugung der rein thermisch beanspruchten Ölvarianten (TÖ) wurden Frischölproben unter Laborbedingungen entsprechend ihrer Nomenklatur auf 130 °C, 150 °C oder 190 °C erhitzt und für einen Zeitraum > 40 h konstant bei diesen Temperaturen gehalten. Durch die Zugabe von motorisch erzeugtem Ruß, welcher während des befeuerten Prüfstandbetriebs eines Nutzfahrzeugmotors auf einem Filter abgeschieden werden konnte, wurden Frischölvarianten mit einem Rußgehalt (RG) von 0,23 % bzw. 0,85 % hergestellt. Motoröle unterliegen infolge der Verbrennung sowohl thermischem Stress als auch der Verrußung. Aus diesem Grund wurden durch Kombination von Temperaturzufuhr und anschließender Rußzugabe drei weitere Alterungsvarianten (TÖ +RG) erzeugt, die sich hinsichtlich ihres Thermostressniveaus und Rußgehaltes gezielt unterscheiden. 3 Versuchsdurchführung und -ergebnisse Modellversuche: Kugel-Scheibe Für eine erste Parameterstudie mit dem Fokus auf einem schnellen Screening zum Einfluss der Ölzustände auf das tribologische Verhalten wurden Modellversuche der Prüfkategorie VI „Kugel-Scheibe“ gemäß DIN 51834 durchgeführt. Untersucht wurden hierbei sowohl eine Auswahl der im Labor erzeugten Ölvarianten als auch die beiden bereits bekannten Altöle. Die Darstellung der Versuchsergebnisse erfolgte gemäß Normvorlage und ermöglicht einen direkten Vergleich hinsichtlich Reibung (Bild 5) und Verschleiß (Bild 6) zum Referenzfrischöl. Aus der Analyse der gewonnenen Reibungs- und Verschleißergebnisse lassen sich in einer zum Frischöl vergleichenden Bewertung folgende grundsätzliche Erkenntnisse ableiten: Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 1/ 2017 57 Tabelle 1: Übersicht der im Labor für Triboversuche hergestellten Ölvarianten (eine Auswahl) T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 57 Aus der Praxis für die Praxis • Ruß im Öl erhöht die Reibung zu Versuchsende und führt zu einem Anstieg des Systemverschleißes; diese Effekte verstärken sich mit zunehmendem Rußgehalt • thermisch gestresstes Öl zeigt kein erhöhtes Reibniveau; der Systemverschleiß reduziert sich insignifikant • die Kombination von Thermostress und Rußgehalt resultiert in der höchsten Reibung zu Versuchsende; der gemessene Grundkörperverschleiß liegt auf dem Niveau rein thermisch gestressten Öls, der des Gegenkörperverschleiß hingegen auf dem des Öls mit einem vergleichbar hohen Rußgehalt • Altöle zeigen einen geringen Anfangsreibwert, der über der Versuchsdauer deutlich ansteigt; es entsteht der mit Abstand größte Systemverschleiß • das am stärksten gealterte AÖ_2 führt reproduzierbar nach einer Versuchsdauer von t ≈ 30 min. zum Fressen, sodass weder der Reibungskoeffizient zum regulären Versuchsende noch der Verschleiß ausgewertet werden können • ein Zusammenhang zwischen den untersuchten Alterungsparametern und den detektierten Verschleißausbildungen sowie den zugrundeliegenden Verschleißmechanismen konnte nicht schlüssig erarbeitet werden Ein Abgleich der Ergebnisse aus den eben dargestellten Kugel-Scheibe-Versuchen mit den im Vorfeld formulierten Hypothesen aus Ring-Liner-Untersuchungen ergibt teils widersprüchlichen Aussagen zum Einfluss der Ölalterungsparameter Thermostress und Rußgehalt auf das tribologische Verhalten. Auch die im aktuellen Stand der Forschung durchgeführte Literaturrecherche zu den Auswirkungen der Veränderungen des Schmierstoffzustandes auf das tribologische Verhalten zeigt eine kontroverse Meinungsbasis auf (Vgl.: [4, 5] + [6, 7]). Ring-Liner-Untersuchungen Um auf die vorliegenden Hypothesen zu den Auswirkungen von Rußgehalt und Thermostress auf das tribologische Verhalten im System Kolbenring-Zylinderlauffläche aufbauen zu können, wurden die zu untersuchenden Ölvarianten im weiteren Verlauf mit Originalbauteilen und einem vom Realsystem abgeleiteten Beanspruchungskollektiv untersucht. Es hat sich gezeigt, dass die Alterungsmaßnahmen Thermostress und Rußgehalt zu einem erhöhten Reibungsniveau führen, wobei für beide gilt: Mit zunehmendem Rußgehalt bzw. zunehmender thermischer Belastung nimmt der Offset des Reibungskoeffizienten gegenüber dem Frischölzustand zu (Bild 7). Des Weiteren zeigen diese Ölvarianten ein ähnlich quasistationäres Reibungsverhalten wie Frischöl - tendenziell leicht ansteigende Reibwerte über der Versuchsdauer. Da für sich allein betrachtet, weder das Einbringen von Ruß noch thermisches Stressen zu einem Absinken der Reibungskoeffizienten unter das Frischölniveau geführt haben, so wie es bei Altölen beobachtet werden konnte, erfolgten die weiteren Untersuchung mit den Ölvarianten, die beide Alterungsparameter kombinieren. Durch diese Näherung an den Zustand motorisch gealterter Öle sollten mögliche Wechselwirkungen zwischen Thermostress und Rußgehalt und deren Auswirkungen auf das Tribosystem detektiert werden. Bei der Durchführung der anschließenden Triboversuche fiel auf, dass die Öle, welche auf der thermisch gestressten Ölvariante TÖ_130 °C basierten - unabhängig vom eingestellten Rußgehalt - erneut einen quasistationären µ-Verlauf aufwiesen. Hingegen konnten mit der Variante TÖ_150 °C + RG_0,80 % wiederholt unter das Frisch- 58 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 1/ 2017 0,100 0,105 0,110 0,115 0,120 0,125 0,130 0,135 0,140 µ_15 min. µ_120 min. Reibungskoeffizient µ [-] Reibung nach DIN 51834-3 Frischöl RG_0,23 % RG_0,85 % TÖ_150°C TÖ_150°C RG_0,80 % AÖ_1 AÖ_2 Kugel-Scheibe I t = 2 h I T = 80 °C s = 1 mm I f = 50 Hz I F N = 300 N 0,3 ml Öl I Werkstoffe = 100Cr6 Bild 5: Gemittelte Reibungskoeffizienten aus drei Versuchen zu Versuchsbeginn und -ende 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020 Frischöl RG_0,23 % RG_0,85 % TÖ_150°C TÖ_150°C RG_0,80 % AÖ_1 AÖ_2 Verschleißvolumen [mm 3 ] Systemverschleiß nach DIN 51834-2 Kugel Scheibe Kugel-Scheibe I t = 2 h I T = 80 °C s = 1 mm I f = 50 Hz I F N = 300 N 0,3 ml Öl I Werkstoffe = 100Cr6 Bild 6: Auswertung des summierten Verschleißvolumens mit den Anteilen für Kugel und Scheibe T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 58 Aus der Praxis für die Praxis ölniveau absinkende Reibungskoeffizienten beobachtet werden; und damit ein Reibungsverhalten, welches dem von Altölen ähnelt. Eine daraufhin durchgeführte, intensivere Analyse der gewonnenen Reibwertsignale zeigte signifikante Unterschiede zwischen den hergestellten Ölvarianten im Bereich der sog. RUN-IN-Phase. Der RUN-IN wird mit einem Beanspruchungskollektiv aus zwei Normalkraftstufen und einer Versuchsdauer von einer Stunde dem eigentlichen Triboversuch (t = 18 h) vorgeschaltet, um durch einen gezielten Einlauf den Einfluss von Störgrößen zu reduzieren und so die Reproduzierbarkeiten der Ring- Liner-Versuche zu erhöhen. Bild 8 zeigt ausschnittsweise die zu Beginn des RUN-IN gemessene Reibung der Ölvarianten, deren Reibungsverhalten bereits in Bild 7 dargestellt wurde. Es ist deutlich erkennbar, dass sich das TÖ_150 °C signifikant von den anderen Ölen unterscheidet, da ein markanter Einlaufbuckel ausgeprägt ist. Dieser Effekt ist in vergleichbarer Form auch in den RUN-IN-Phasen der untersuchten Altöle gefunden worden. Zur Absicherung der Hypothese, dass ein späteres Absinken des Reibungskoeffizienten im 18stündigen Versuch ausschließlich dann erfolgt, wenn bereits in der RUN-IN-Phase ein Einlaufbuckel auftritt, wurden die auf TÖ_130 °C basierenden Öle als nicht zielführend eingestuft und durch die Thermostressvariante TÖ_190 °C, die auch einen Einlaufbuckel zeigt, und deren Rußgehaltkombinationen ersetzt. Mit den im Labor gealterten Ölen, bestehend aus einer Kombination von thermischem Stress und zugeführtem Ruß, ließ sich unter der Voraussetzung, dass das zugrundeliegende Thermostress-Öl einen Einlaufbuckel während der RUN-IN-Phase aufwies, ein instationärer, über der Versuchsdauer absinkender Reibungskoeffizientenverlauf reproduzierbar erzeugen (Bild 9). Dieses Reibungsverhalten ist von real motorisch gealterten Schmierstoffen bekannt. Die Auswertung der Reibwertverläufe der labortechnisch gealterten Öle weist auf starke Wechselwirkungen zwischen den Paramatern Thermostress und Rußgehalt hin. Dies wird durch einen direkten Vergleich der beiden TÖ_190 °C-Varianten besonders deutlich. Während die Reibungskoeffizienten zum Ende des RUN-IN (µ bei t = 0 h) und nach einer Stunde Versuchsdauer noch vergleichbare Werte aufweisen, sinkt dieser bei der hoch rußhaltigen Variante (RG_0,82 %) deutlich stärker ab. Ausgehend von den durchgeführten Vorversuchen wäre allerdings mit der Zunahme des Rußgehaltes ein erhöhter Reibwertverlauf zu erwarten gewesen. Weiterhin auffällig ist die Ähnlichkeit der µ-Verläufe von TÖ_150 °C + RG_0,80 % und TÖ_190 °C + RG_0,45 %, obwohl sich diese sowohl im Thermostress als auch im Rußgehalt deutlich unterscheiden. Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 1/ 2017 59 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Reibungskoeffizient µ [-] Zeit t [h] Reibungsverhalten Frischöl RG_0,23 % RG_0,85 % TÖ_130°C TÖ_150°C n = 3 s ≤ 0,003 Ring-Liner I t = 18 h I T = 100 °C F N = 240 N I s = 4 mm I f = 20 Hz RUN-IN-Phase bis t = 1 h Bild 7: Auswirkungen von Rußgehalt und Thermostress auf die Reibung im Ring-Liner-Kontakt 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Reibungskoeffizient µ [-] Zeit [s] RUN-IN-Phase TÖ_150°C RG_0,85 % TÖ_130°C RG_0,23 % Frischöl Ring-Liner I t = 1 h I T = 100 °C F N1 = 100 N (t < 600 s) I F N2 = 180 N s = 4 mm I f = 20 Hz Bild 8: Reibungsverhalten der RUN-IN-Phase (t < 1 h), ausgeprägter Einlaufbuckel bei TÖ_150 °C 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Reibungskoeffizient µ [-] Zeit t [h] Reibungsverhalten TÖ_150 °C RG_0,80 % TÖ_190 °C RG_0,82 % TÖ_190 °C RG_0,45 % AÖ_1 n = 3 s ≤ 0,003 Ring-Liner I t = 18 h I T = 100 °C F N = 240 N I s = 4 mm I f = 20 Hz RUN-IN-Phase bis t = 1 h Bild 9: Reibungsverhalten labortechnisch gealterter Öle im Vergleich zu Altöl T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 59 Aus der Praxis für die Praxis Werden die bereits dargestellten Messergebnisse zum Reibungsverhalten um die Auswertung der Verschleißmessungen (Bild 10) ergänzt, lassen sich folgende Erkenntnisse zum Einfluss der Ölalterungsparameter Thermostress und Rußgehalt auf das tribologische Verhalten des Ring-Liner- Systems ableiten: Das Thermische Stressen des Motoröls führt zu einem stationären µ-Verlauf auf einem erhöhten Reibniveau, wobei der Offset gegenüber dem Frischöl vom Grad des Thermostresses selbst abhängig ist. Es entsteht kein Kolbenringverschleiß, der Verschleiß der Zylinderlauffläche ist im Vergleich zum Frischöl leicht reduziert und bildet sich ohne Zwickelzone aus. Die Reduzierung des Systemverschleißes könnte durch eine Vorkonditionierung der im Motoröl enthaltenen Additivpakete erklärt werden. Die Zugabe von Rußpartikeln resultiert - analog zum Thermostress - in erhöhter Reibung mit stationärem µ-Verlauf sowie der Zunahme des Offsets gegenüber Frischöl mit ansteigenden Rußgehalten. Der auch schon bei geringen Rußgehalten entstehende Ringverschleiß nimmt ebenso wie die Riefen auf der Laufspur leicht zu, wenn sich die im Öl enthaltene Menge an Ruß erhöht. Ein Laufspiegel mit sichtbarem Chromrissnetzwerk ist nicht vorhanden. Durch das Erhöhen des Rußgehaltes von 0,23 % auf 0,85 % hat sich der Linerverschleiß mehr als verdreifacht; eine Zwickelzone ist bei keiner der Varianten ausgeprägt. Im Labor aus einer Kombination von Thermostress und Ruß gealterte Öle führen, unter der Randbedingung des Vorhandenseins eines Einlaufbuckels im RUN-IN, zu einem absinkenden Reibungsverlauf, dessen µ-Werte zum Versuchsende deutlich unter dem Niveau eines Frischöls liegen. In Abhängigkeit des zugrundeliegenden Thermostresses und dem eingestellten Rußgehalt unterscheiden sich die Reibwerte über der Versuchsdauer teils signifikant, teils nur geringfügig. Das deutet auf Wechselwirkungen zwischen Temperatureinfluss und Rußzugabe hin. Diese Annahme wird durch die ermittelten Verschleißergebnisse zusätzlich unterstützt, da die untersuchten Synthese-Öle trotz eines Rußgehalts bis 0,82 % mit W RL < 3 µm um Faktor 2 weniger summierten Systemverschleiß erzeugen als das Öl RG_0,85 %. Weiterhin liegt bei allen drei dargestellten Varianten ein zum Altöl vergleichbarer Verschleiß mit ausgeprägtem Zwickel auf den Linern sowie polierte Laufspiegel mit sichtbarem Chromrissnetzwerk auf den Ringen vor. 4 Zusammenfassung Zur selektiven Einflussanalyse der Ölalterungsparameter Rußgehalt und Thermostress wurden Tribometerversuche nach Kat. V und VI durchgeführt und die gewonnenen Ergebnisse mit bereits formulierten Hypothesen zu den tribologischen Auswirkungen der Ölzustandsänderung abgeglichen. Die entgegengesetzten Erkenntnisse aus den Untersuchungen mit Kugel-Scheibe bzw. Ring-Liner lassen die Vermutung einer Prüfsystemabhängigkeit bei der Analyse von Ölalterungsprozessen zu. Dies könnte auch die mitunter widersprüchlichen Literaturaussagen und die kontroversen Diskussionen zum Einfluss von einzelnen Ölzustandsparametern erklären. Einige der gezielt im Labor gealterten Öle zeigten mit dem Realsystem vergleichbare Eigenschaften hinsichtlich Reibung und Verschleiß - diese Korrelationen beschränken sich auf den Ring-Liner-Versuchsansatz. Auf Basis von genormten Kugel-Scheibe-Versuchen könnte allerdings eine recht effiziente Möglichkeit zur Analyse und vergleichenden Bewertung von bereits gealterten Schmierstoffen hinsichtlich ihrer noch verbliebenen tribologischen Performance erarbeitet werden. Der hier erarbeitete Erkenntnisgewinn könnte als Grundlage für fortführende Versuchsreihen mit dem Ziel der labortechnischen Herstellung von gezielt synthetisch gealterten Schmierstoffen mit Realsystemeigenschaften dienen. Literaturverzeichnis [1] Beau, P.; Busch, Ch.; Perle, M.: Neuartiger SRV-Prüfaufbau zur Verbesserung der labortechnischen Abbildbarkeit motorischer Betriebsbedingungen des Ring-Liner-Kontaktes. Tagungsband der 54. Tribologie-Fachtagung, GfT e.V. (Hrsg.), Band II Beitrag 81, 2013. 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Jahrgang 1/ 2017 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Frischöl RG_0,23 % RG_0,85 % TÖ_130°C TÖ_150°C TÖ_150°C RG_0,80 % TÖ_190°C RG_0,82% TÖ_190°C RG_0,45 % AÖ_1 Verschleiß W RL [µm] Systemverschleiß Liner Ring n = 3 s Liner ≤ 0,18 s Ring ≤ 0,07 Ring-Liner I t = 18 h I T = 100 °C F N = 240 N I s = 4 mm I f = 20 Hz Versuchsbeginn nach 1h RUN-IN Bild 10: Ergebnisse der Verschleißmessungen der Ölvarianten im Vergleich zu Frisch- und Altöl T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 60 Aus der Praxis für die Praxis linder liner materials in a reciprocating bench test. Wear Volume 259, pp. 1048 - 1055, 2005. [5] George, S.; Balla, S.; Gautam, M.: Effect of diesel soot contaminated oil engine wear. Wear Volume 262, pp. 1113 - 1122, 2007. [6] Müller; Stern; Berlet; Pöhlmann: Praxisnahe Alterung von Motorölen und Auswirkungen auf tribologisch relevante Eigenschaften. Tagungsband der 54. Tribologie-Fachtagung, GfT e.V. (Hrsg.), Band I Beitrag 18, 2013. 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Bei vorzeitiger Beendigung eines Abonnementauftrages wird der Einzelpreis nachbelastet. Bei höherer Gewalt keine Lieferungspflicht. Erfüllungsort und Gerichtsstand: Leonberg expert verlag, 71272 Renningen ISSN 0724-3472 1/ 17 Tribologie und Schmierungstechnik Organ der Gesellschaft für Tribologie | Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft | Organ der Swiss Tribology Heft 1 Januar/ Februar 2017 64. Jahrgang Herausgeber und Schriftleiter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Wilfried J. Bartz Mühlhaldenstr. 91, 73770 Denkendorf Tel./ Fax (07 11) 3 46 48 35 E-Mail wilfried.bartz@tribo-lubri.de www.tribo-lubri.de Redaktion: Dr. rer. nat. Erich Santner, Bonn Tel. (02 28) 9 61 61 36 E-Mail esantner@arcor.de Redaktionssekretariat: expert verlag Tel. (0 71 59) 92 65 - 0, Fax (0 71 59) 92 65 -20 E-Mail: expert@expertverlag.de 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. 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Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Entwurf und Layout: Ludwig-Kirn Layout, 71638 Ludwigsburg Impressum T+S_1_17 13.12.16 07: 53 Seite 61