20 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 5/ 2017 mischer Verschleiß, Adhäsion und Oberflächenzerrüttung [SOMM10]. Die Auswirkungen der resultierenden Kräfte beim MOH auf den Spindellagerverschleiß von Fräsmaschinen sind noch unerforscht. Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen der Hammerfrequenz und den daraus resultierenden Reaktionskräften beim MOH auf den Spindellagerverschleiß von Fräsmaschinen. Dieser Verschleiß muss quantifiziert und dessen Auswirkung auf den Spindellagereinsatz im Fräsbetrieb analysiert werden. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist daher, anhand einer experimentellen Studie die Spindellagerbelastung grundlegend in Abhängigkeit der auftretenden Reaktionskräfte beim MOH zu bestimmen und den Einfluss des Verschleißes auf den Spindellagereinsatz im Dauerbetrieb zu untersuchen. Zur Erreichung der Zielsetzung werden in Kapitel 2 zuerst die resultierenden Reaktionskräfte beim Hammereinschlag in den oberen und unteren Endanschlag beim MOH in Abhängigkeit von der Hammerfrequenz, der Leistung und der Zeit erfasst. Anschließend erfolgt in Kapitel 3 die Dauerbelastung von industriellen Spindellagern über 5 Millionen Lastspielwechsel zur Charakterisierung der Ermüdungsfestigkeit im Dauerfestigkeitsbereich. Der Ermüd u n g s v e r s c hl e iß d e r Spindellager wird anhand elektronenmikroskopischer Analysen quantifiziert. Abschließend werden in Kapitel 4 die Auswirkungen des Verschleißes auf das Einsatzverhalten der Spindellager im Dauerbetrieb untersucht und beschrieben. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse können in kommenden Arbeiten konstruktive sowie prozesstechnische Optimierungen zur Vermeidung eines frühzeitigen Spindellagerversagens aufgrund von False- Brinelling-Verschleiß beim Hämmern auf Fräsmaschinen erarbeitet werden. 2 Analyse der Reaktionskräfte in Abhängigkeit von der Frequenz, der Leistung und der Zeit beim maschinellen Oberflächenhämmern Mithilfe einer Servopresse AMADA SDE 2025 SE wurden die Versuche zur Ermittlung der resultierenden Reaktionskräfte durchgeführt. Aufgrund der hohen Steifigkeit der Presse und der Möglichkeit der Montage einer großen Kraftmessplattform, konnten auf der Presse die Kraftmessungen beim MOH durchgeführt werden. Dazu wurde das Hammersystem vom Typ 1600 der Fa. accurapuls aus dem Jahr 2015 mit einem Hammerkopfdurchmesser von d = 6 mm an die Presse adaptiert. Mittels einer Kraftmessplattform Z18092 der Fa. Kistler wurden die Reaktionskräfte beim Hammereinschlag in den oberen und unteren mechanischen Endanschlag in Abhängigkeit von der Frequenz, der Leistung und der Zeit erfasst (siehe Bild 2). Während der frequenzabhängigen Kraftmessungen wurde die Hammerfrequenz im Bereich von 20 bis 100 Hz mit einer Schrittweite von 20 Hz und im Bereich zwischen 150 und 500 Hz mit einer Schrittweite von 50 Hz stufenweise erhöht. Dabei wurde eine Leistung von P 0 = 100 % eingestellt. Zur Ermittlung der Zug und Druckkräfte wurden die bei einer ausgewählten Frequenz über die gemesse- Aus Wissenschaft und Forschung Bild 1: Zonen beim False-Brinelling [GREB10] (links) und False-Brinelling auf der Laufbahn eines Lagerrings (rechts). Legende: 1. Einflusszone, 2. Gleitbzw. Schlupfzone, 3. Unbeschädigte Haftzone Bild 1: Zonen beim False-Brinelling [GREB10] (links) und False-Brinelling auf der Laufbahn eines Lagerrings (rechts). Legende: 1. Einflusszone, 2. Gleitbzw. Schlupfzone, 3. Unbeschädigte Haftzone Bild 2: Versuchsaufbau der Kraftmessungen (links) und Messvorrichtung (rechts). Legende: 1. Servopresse AMADA SDE 2025 SE, 2. MOH-Steuerung, 3. Hammerkopf, 4. Messaparaturen, 5. Kraftmessplattform, 6. Verteilerkasten, 7. Ladungsverstärker, 8. NICompactDAQChassis, 9. Laptop mit NI LabVIEW T+S_5_17 31.07.17 10: 58 Seite 20 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 5/ 2017 ne Zeit (t = 10 s) erfassten Kraftmaxima gemittelt. Bei den leistungsabhängigen Kraftmessungen wurden einmal eine Frequenz von 100 Hz und einmal 200 Hz eingestellt. Eine Frequenz von 100 Hz wurde gewählt, weil dort die größten Druckkräfte auftreten und eine Frequenz von 200 Hz wurde gewählt, da diese standardmäßig in der Industrie verwendet wird. Die Leistung wurde zwischen 20 und 90 % in 5 %-Schritten und zwischen 90 und 100 % in 1 %-Schritten erhöht. Für die zeitabhängigen Kraftmessungen wurde mit einer Frequenz von 100 Hz gehämmert, da dort die größten Reaktionskräfte auftreten und somit die größte Lagerbelastung zu erwarten war. Zusätzlich wurde eine maximale Leistung von 100 % eingestellt. Die frequenzabhängigen Kraftverläufe (siehe Bild 3 links) zeigen im Bereich bis 100 Hz einen starken Anstieg und einen deutlichen Abfall zwischen 100 und 200 Hz. Bis 100 Hz schlägt der Hammer gegen den mechanischen Anschlag und mit steigender Frequenz berührt der Hammer den mechanischen Anschlag nicht mehr. Zwischen 200 und 300 Hz ist der Kurvenverlauf nur geringfügig fallend. Die Maximalwerte für die Zug- und Druckkraft betragen 2.650 N und 3.450 N. Bei den leistungsabhängigen Kraftverläufen (siehe Bild 3 rechts) sind bei einer Frequenz von 100 Hz zwei Bereiche erkennbar. Zwischen 70 und 85 % steigt die Kurve deutlich langsamer als im Bereich zwischen 85 und 100 %. Bei einer gleichbleibenden Zeitspanne und einer Wegbegrenzung des Hammers durch den mechanischen Anschlag führt eine Erhöhung der Leistung zu einem Anstieg der Arbeit und damit zu einer Kraftzunahme. Bei einer Frequenz von 200 Hz ist der Kraftanstieg mit zunehmender Leistung deutlich geringer. Da die Zeitspanne kleiner ist, wird weniger Arbeit verrichtet und dadurch eine geringere Kraft erzeugt. Die zeitabhängigen Kraftverläufe bei einer Frequenz von 100 Hz und maximaler Leistung von 100 % sind für die Zug- und Druckkräfte annähernd parallel (siehe Bild 3 Mitte). Bis zu einer Zeit t = 10 min steigen die Kurven zu einem Maximum hin an und verlaufen dann annähernd konstant bis t = 120 min. Mithilfe von Kraftmessungen konnte gezeigt werden, dass bei einer Frequenz von 100 Hz die größten Reaktionskräfte und damit auch die höchsten Belastungen für die Spindellager über eine längere Zeitspanne auftreten. Aus diesem Grund wird im folgenden Abschnitt die erste Forschungsfrage untersucht: Welche Auswirkungen hat das maschinellen Oberflächenhämmern an konventionelle Fräsmaschinen auf den Spindellagerverschleiß? 3 Analyse des Spindellagerverschleißes im Dauerfestigkeitsversuch Die Dauerfestigkeitsversuche wurden auf einer FZ 22 S Fräsmaschine der Fa. Chiron unter Verwendung der Versuchslager HCB7014-C-T-P4S-UL durchgeführt (siehe Bild 4). Die Versuche wurden bei 5,76 x 10 6 Lastspiel- 21 Aus Wissenschaft und Forschung Bild 3: Abhängigkeit der Reaktionskraft von der Frequenz (links), Leistung (rechts) und Zeit (Mitte) Bild 4: Versuchsaufbau der Dauerversuche (links) und im Detail (rechts) T+S_5_17 31.07.17 10: 58 Seite 21 22 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 5/ 2017 wechseln, was einer Dauer von 16 h bei f = 100 Hz bzw. 8 h bei f = 200 Hz entspricht, jeweils mit einer Leistung von 100 % realisiert. Mithilfe lichtmikroskopischer und rasterelektronenmikroskopischer (REM) Aufnahmen der Laufflächen der Lagerringe wurde der Oberflächenverschleiß der Lagerringe analysiert. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen wurden mit einem CamScan S2 Rasterelektronenmikroskop der Fa. Cambridge Instruments bei 40-facher Vergrößerung und einer Beschleunigungsspannung von 20 kV aufgezeichnet. Aufgrund der stillstehenden Spindel ist ein ovales Schadensbild in der REM-Analyse bei dem 100 Hz Lager erkennbar (siehe Bild 5 links). Es sind 18 punktuelle Verschleißstellen im Kontakt zwischen den Lagerkugeln und Lagerringen aufgetreten. Die Verschleißstellen entsprechen der Anzahl der Kugeln, die im Lager verbaut sind. Bei dem dargestellten Schadensbild handelt es sich um False-Brinelling-Verschleiß, da es zu einem leichten Materialabtrag gekommen ist. Bei dem mit 200 Hz belasteten Lager sind keine Schädigungen der Lagerringe festgestellt worden. Die in der ersten Forschungsfrage formulierten Auswirkungen des MOH auf den Spindellagerverschleiß wurden erfolgreich beantwortet. Mithilfe von elektronenmikroskopischen Untersuchungen der im Dauerlaufversuch bei einer Frequenz von 100 Hz belasteten Spindellager konnte False-Brinelling-Verschleiß der Lagerringlaufflächen nachgewiesen werden. Im folgenden Abschnitt wird darauf aufbauend die zweite Forschungsfrage untersucht: Welche Auswirkungen hat der False- Brinelling-Verschleiß auf das Einsatzverhalten von Spindellagern im Dauerbetrieb? 4 Analyse des Einflusses des False-Brinelling-Verschleißes auf das Einsatzverhalten von Spindellagern im Dauerbetrieb Mithilfe des in Bild 6 dargestellten Dauerlaufprüfstandes wurden die Auswirkungen der Spindellagerschädigung auf den Fräsbetrieb untersucht. Dazu wurden das 100 Hz- Lager, das 200 Hz-Lager sowie ein Referenzspindellager im Anlieferungszustand als Prüflager verwendet und deren Temperatur über die Zeit bzw. Drehzahl ermittelt. Die Prüflager wurden als Festlager mit einem inneren Lagerdurchmesser von d = 70 mm konstruiert, während die Stützlager als Loslager mit einem Innendurchmesser Aus Wissenschaft und Forschung Bild 5: Rasterelektronenmikroskopische (links) und lichtmikroskopische (rechts) Aufnahme des False-Brinelling-Verschleißes der Lauffläche des 100 Hz-Lagers Bild 6: Aufbau des Dauerlaufprüfstandes (oben) und Prüfstandeinstellungen (unten) von d = 30 mm ausgelegt waren. Die Drehzahl wurde mit einer Schrittweite von 4.000 1/ min auf einen Wert von 24.000 1/ min erhöht und bei jeder Stufe für 3 h gehalten. Die Drehzahlstufe von 24.000 1/ min wurde für 885 h gehalten. Bild 7 oben zeigt den stufenartigen Anstieg der Temperatur, der sich aufgrund der schrittweisen Drehzahlerhöhung einstellt. Beim Temperaturverlauf des 100 Hz- T+S_5_17 31.07.17 10: 58 Seite 22 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 5/ 2017 Lagers kommt es nach ca. 15 h bei einer Drehzahl von n = 20.000 1/ min zu einem steilen Abfall der Kurve aufgrund des Erreichens der eingestellten Abbruchtemperatur von T Abb. = 80 °C. Die Abbruchtemperatur wird bei Spindellageruntersuchungen üblicherweise auf diesen Wert eingestellt. Auffallend ist der deutlich höhere Kurvenverlauf des 100 Hz-Lagers im Vergleich zum REF-Lager und 200 Hz-Lager. Der maximale prozentuale Temperaturanstieg zur nächsten Drehzahlstufe beträgt beim 100 Hz-Lager 39 %. Im Vergleich dazu steigt die Temperatur bei den anderen beiden Lagern maximal um 28 % an. Die Temperaturverläufe des REF-Lagers und 200 Hz-Lagers entwickeln sich nach Erreichen der maximalen Drehzahl von 24.000 1/ min zu einem konstanten Temperaturwert hin. Dieser liegt für das REF- Lager bei 65 °C und für das 200 Hz-Lager bei 69 °C. Die in der zweiten Forschungsfrage formulierten Auswirkungen des False-Brinelling-Verschleißes auf das Einsatzverhalten von Spindellagern im Dauerbetrieb wurden erfolgreich beantwortet. Die Dauerlaufversuche haben die Ergebnisse hinsichtlich einer Schädigung der Spindellager validiert. Das 100 Hz-Lager wurde durch den Dauerfestigkeitsversuch beschädigt, was mithilfe der elektronenmikroskopischen Aufnahmen (False- Brinelling-Verschleiß) und des Temperaturverlaufs im Dauerlaufversuch bestätigt werden konnte. Für das 200 Hz-Lager konnte sowohl mithilfe des aufgezeichneten Temperaturverlaufs als auch anhand der elektronenmikroskopischen Aufnahmen kein False-Brinelling-Verschleiß festgestellt werden. 5 Zusammenfassung und Ausblick Die Ergebnisse dieser Arbeit haben gezeigt, dass es beim maschinellen Oberflächenhämmern auf Fräsmaschinen zum False-Brinelling-Verschleiß der Spindellager kommen kann. Abhängig von der eingestellten Hämmerfrequenz werden die Spindellager unterschiedlich stark belastet. Bei einer Hammerfrequenz von 200 Hz tritt kein False-Brinelling-Verschleiß der Spindellagerringe auf und die Spindellager können bei dieser Frequenz ohne Beeinträchtigung im Dauerbetrieb eingesetzt werden. Bei einer Frequenz von 100 Hz kommt es zum False- Brinelling-Verschleiß der Spindellager, was einen Einsatz im dauerhaften Betrieb verhindert. Die erzielten Ergebnisse können künftigen Forschungsarbeiten als Grundlage dienen, Lösungsansätze hinsichtlich einer Verschleißminderung bzw. Erhöhung der Lebensdauer von Spindellagern beim maschinellen Oberflächenhämmern auf Fräsmaschinen zu erarbeiten. Eine konstruktive Möglichkeit besteht in der Abstützung mithilfe eines Rahmengestells. Eine weitere Möglichkeit ist die Konstruktion einer Spindel mit integrierten Elektro- und Pneumatikleitungen, sodass eine Spindelrotation stattfinden und eine punktuelle Belastung der Spindellager vermieden werden kann. Eine zusätzliche Alternative besteht in der Substitution der eingesetzten Wälzlager durch Magnetlager. Literatur [BLEI12] Bleicher, F.; Lechner, C.; Habersohn, C.; Kozeschnik, E.; Adjassoho, B.; Kaminski, H.: Mechanism of surface modification using machine hammer peening technology. In: CIRP Annals - Manufacturing Technology 61 (1) (2012), pp. 375- 378. [BLEI13] Bleicher, F.; Lechner, C.; Habersohn, C.; Obermair, M.; Heindl, F.; Rodriguez Ripoll, M.: Improving the tribological characteristics of tool and mould surfaces by machine hammer peening. In: CIRP Annals - Manufacturing Technology 62(1) (2013), pp. 239-242. [GREB10] Grebe, M.: New Investigations and approaches to explain standstill marks on roller bearings (False Brinelling), Slovak University of Technology (2010). [GROC12] Groche, P.; Steitz, M.; Müller, C.; Scheil, J.: Einglättung durch Festwalzen und Festklopfen: Handlungsrichtlinien für einen effizienten Werkzeug- und Formenbau. Düsseldorf: Springer- VDI-Verlag (2012). [KLOC14] Klocke, F.; Trauth, D.; Terhorst, M.; Mattfeld, P.: Wear analysis of tool surfaces structured by machine hammer peening for foil-free forming of stainless steel. In: Advanced Materials Research 1018 (2014), pp. 317-324. 23 Aus Wissenschaft und Forschung Bild 7: Beschleunigungsbereich (oben) und Gesamtbereich (unten) der Temperatur während der Dauerlaufversuche; Legende: FB - False-Brinelling T+S_5_17 31.07.17 10: 58 Seite 23 24 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 5/ 2017 [SCHA00] Schaeffler Technologies GmbH & Co.KG: Wälzlagerschäden: Begutachtung gelaufener Wälzlager. Schweinfurt (2000). [SCHE13] Scheil, J.; Müller, C.; Steitz, M.; Groche, P.: Influence of Process Parameters on Surface Hardening in Hammer Peening and Deep Rolling. In: Key Engineering Materials 554-557 (2013), pp. 1819-1827. [SOMM10] Sommer, K.; Heinz, R.; Schöfer, J.: Verschleiß metallischer Werkstoffe: Erscheinungsformen sicher beurteilen. Wiesbaden: Vieweg & Teubner (2010), pp. 122-369. [STEI13a] Steitz, M.; Scheil, J.; Müller, C.; Groche, P.: Effect of Process Parameters on Surface Roughness in Hammer Peening and Deep Rolling. In: Key Engineering Materials 554-557 (2013), pp. 1887-1901. [STEI13b] Steitz, M.; Scheil, J.; Weigel, K.: Maschinelle Oberflächeneinglättung für den effizienten Werkzeug- und Formenbau: Schlussbericht zum AiF/ IGF Vorhaben 357 ZN. Ed. by Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V., Darmstadt (2013). [TRAU16] Trauth, D.: Tribology of Machine Hammer Peened Tool Surfaces for Deep Drawing, Diss., RWTH Aachen University (2016). [UPAD13] Upadhyay, R.K.; Kumaraswamidhas, L.A.; Sikandar Azam, Md.: Rolling element bearing failure analysis: A case study. In: Case Studies in Engineering Failure Analysis 1 (2013), pp. 15-17. Aus Wissenschaft und Forschung expert verlag GmbH: Wankelstr. 13, 71272 Renningen Postfach 20 20, 71268 Renningen Tel. (0 71 59) 92 65 - 0, Fax (0 71 59) 92 65 -20 E-Mail expert@expertverlag.de Vereinigte Volksbank AG, Sindelfingen BIC GENODES1 BBV, IBAN DE51 6039 0000 0032 9460 07 Postbank Stuttgart BIC PBNKDEFF, IBAN DE87 6001 0070 0022 5467 07 USt.-IdNr. DE 145162062 Anzeigen: Sigrid Hackenberg, expert verlag Tel. (0 71 59) 92 65 -13, Fax (0 71 59) 92 65-20 E-Mail anzeigen@expertverlag.de Informationen und Mediendaten senden wir Ihnen gerne zu. Vertrieb: Rainer Paulsen, expert verlag Tel. (0 71 59) 92 65 -16, Fax (0 71 59) 92 65-20 E-Mail paulsen@expertverlag.de Die zweimonatlich erscheinende Zeitschrift kostet bei Vorauszahlung im Jahresvorzugspreis für incl. Versand im Inland 189,- 7 (incl. 7 % MwSt.), im Ausland 198,- 7 * , Einzelheft 39,- 7; * (in der EU bei fehlender UID-Nr. zzgl. MwSt.); Studenten und persönliche Mitglieder der GfT erhalten gegen Vorlage eines entsprechenden Nachweises einen Nachlass von 20 % auf das Abo-Netto. Für Mitglieder der ÖTG ist der Abonnementspreis im Mitgliedschaftsbeitrag enthalten. Die Abonnementsgebühren sind jährlich im Voraus bei Rechnungsstellung durch den Verlag ohne Abzug zahlbar; kürzere Rechnungszeiträume bedingen einen Bearbeitungszuschlag von 3,- 7 pro Rechnungslegung. Abbestellungen müssen spätestens sechs Wochen vor Ende des Bezugsjahres schriftlich vorliegen. Der Bezug der Zeitschriften zum Jahresvorzugspreis verpflichtet den Besteller zur Abnahme eines vollen Jahrgangs. 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 5/ 17 Tribologie und Schmierungstechnik Organ der Gesellschaft für Tribologie | Organ der Österreichischen Tribologischen Gesellschaft | Organ der Swiss Tribology Heft 5 September/ Oktober 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. 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. Ansprüche Dritter gegenüber dem Verlag sind, wenn keine besonderen Vereinbarungen getroffen sind, ausgeschlossen. Überarbeitungen und Kürzungen liegen im Ermessen der Redaktion. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen und Handelsnamen in dieser Zeitschrift berechtigt nicht zu der Annahme, dass solche Namen ohne Weiteres von jedermann benutzt werden dürfen. Vielmehr handelt es sich häufig um geschützte, eingetragene Warenzeichen. Die Zeitschrift und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Mit Ausnahme der gesetzlich zugelassenen Fälle ist eine Verwertung ohne Einwilligung des Verlags strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Entwurf und Layout: Ludwig-Kirn Layout, 71638 Ludwigsburg Impressum Impressum T+S_5_17 31.07.17 10: 58 Seite 24 Tribologie + Schmierungstechnik 64. Jahrgang 5/ 2017 1 Einleitung Das Reibungsverhalten von Verzahnungen kann durch die Entstehung triboinduzierter Schichten infolge der Wechselwirkung von Schmierstoffen mit den Zahnflankenoberflächen, sowie verschleißbedingter Veränderungen der Oberflächentopografie signifikant beeinflusst 25 Aus Wissenschaft und Forschung * Dr.-Ing. Stefan Emrich 2 Dr.-Ing. Thomas Lohner 1 Andreas Ziegltrum, M. Sc. 1 Dr. rer. nat. Alexander Brodyanski 2 Dr. rer. nat. Dr.-Ing. Rolf Merz 2 Prof. Dr. rer. nat. Michael Kopnarski 2 Prof. Dr.-Ing. Karsten Stahl 1 1 Lehrstuhl für Maschinenelemente FZG - Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau Technische Universität München, 85748 Garching 2 Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik IFOS Technischen Universität Kaiserslautern 67663 Kaiserslautern Charakterisierung von triboinduzierten Schichten in Abhängigkeit des Schmierstoffs bei Verzahnungen S. Emrich, T. Lohner, A. Ziegltrum, A. Brodyanski, R. Merz, K. Stahl, M. Kopnarski* Eingereicht: 29. 10. 2016 Nach Begutachtung angenommen: 15. 12. 2016 Tribologische Modelluntersuchungen am Zweischeibenprüfstand zeigen während des Einlaufs quergeschliffener Prüfscheiben aus einsatzgehärtetem Stahl bei Grenzschmierung einen signifikanten Einfluss des Schmierstoffs auf die Reibungszahl. Hierbei wurde für einen Schmierstoff mit Plastic-Deformation- Additiv (PD) eine deutlich stärkere Abnahme der Reibungszahl beobachtet, als bei Verwendung eines unadditivierten oder mit Extreme-Pressure-Additiv (EP) versehenen Schmierstoffs. Durch den Einsatz verschiedener oberflächenanalytischen Methoden werden die sich während der tribologischen Beanspruchung einstellenden topografischen und chemisch-strukturellen Eigenschaften der Scheibenoberflächen charakterisiert. Die auf den lasttragenden Bereichen der Oberfläche während des Einlaufs entstehenden Mikrorauheiten sowie die chemische Zusammensetzung der nanoskaligen triboinduzierten Schichten unterscheiden sich deutlich in Abhängigkeit vom eingesetzten Schmierstoff. Die niedrigen Reibungszahlen bei Verwendung des PDadditivierten Schmierstoffs werden u.a. auf die tribologisch günstigen Eigenschaften des in der Triboschicht detektierten Molybdändisulfids (MoS 2 ) und der bekannten synergistischen Wirkung von MoDTC (Molybdän-Dialkyldithiocarbamate)- und ZnDTP (Zink-Dialkyldithiophosphate)-Verbindungen zurückgeführt. Schlüsselwörter Tribochemie; Extreme-Pressure-Additive; Plastic- Deformation-Additive; Grenzreibung; Triboschichten; Oberflächenanalytik; Transmissionselektronenmikroskopie TEM; Auger-Elektronenspektroskopie AES; Depending on the additive-composition of lubricants, tribological experiments in boundary lubrication regime on a twin-disk test rig with axially ground surfaces show a significant influence on the coefficient of friction during running-in: in contrast to pure base oil and base oil with Extreme-Pressure (EP) additives, friction is significantly reduced when using base oil with Plastic-Deformation (PD) additive-package. Various analytical methods were used to localize topographical changes and to investigate the chemical and structural properties of tribologically stressed surfaces. On asperity contacts, both topography and chemical composition of nanoscale tribofilms differ considerably depending on the lubricant used. Disks running in with PD-additive-package show the presence of MoS 2 as well as Zn and P in the tribofilm. It is concluded that the low coefficients of friction of PD additives are very likely mainly based on formation of molybdenum disulfide (MoS 2 ) within the tribofilm and the well-known synergetic effects of MoDTC (molybdenum-dialkyldithiocarbamate) and ZnDTP (zinc-dialkyldithiophosphate) compounds present in the PD additive. Keywords tribochemistry; extreme pressure additives; plastic deformation additives; boundary lubrication; tribofilms; surface analysis; Transmissionelectronmicroscopy TEM; Auger electron spectroscopy AES; Kurzfassung Abstract T+S_5_17 31.07.17 10: 58 Seite 25