Lebensdauersteigerndes Randzonendesign durch Zerspanung mit abgestimmten Kühlschmierstoffen am Beispiel geschmierter metallischer Friktionssysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde am Beispiel eines Synchronkonus die Möglichkeit untersucht, durch die Variation verschiedener Prozessparameter bei der Schleifbearbeitung eine Modifikation der Randzone zu erreichen, die die tribologischen Eigenschaften, die Lebensdauer oder das Einlaufverhalten des Bauteils positiv beeinflussen. Hierzu wurden zum einen Prozessparameter wie das Abrichten der Schleifscheibe oder das bezogene Zeitspanungsvolumen variiert und zum anderen die Zusammensetzung des bei der Hartfeinbearbeitung (Außenrund-Umfangs-Quer-Schleifprozess) eingesetzten Kühlschmierstoffs (KSS). Der KSS bestand hierbei aus Polyalphaolefin (PAO) als Basisöl und den chemischen Additiven Polysulfid (PS), Überbasisches Sulfonat (OBS) und Zinkdialkyldithiophosphat (ZnDTP) in variierten Zusammensetzungen. Die tribologischen Eigenschaften der so bearbeiteten Synchronkonen wurden in Schaltversuchen am IMKT Hannover auf einem Universal-Reibflächenprüfstand ermittelt. Zusätzlich wurde die chemische Zusammensetzung und die Dicke der entstandenen Schichten mit dem ToF-SIMS-Verfahren untersucht Durch die unterschiedliche Abrichtung der eingesetzten Schleifscheibe erhält der Synchronkonus während der Schleifbearbeitung eine unterschiedliche Oberflächenrauheit. Hierbei zeigte sich, dass eine größere Rauheit zwar eine längere Einlaufphase jedoch auch einen gleichmäßigeren Reibwert in den Schaltversuchen zur Folge hat. Auch die auf Verschleiß zurückzuführende axiale Verschiebung des Synchronrings während der Versuche nimmt mit zunehmender Rauheit zu. Der Einsatz von PS als Additiv führte ebenfalls zu einer gleichmäßigen Reibwertentwicklung in den Schaltversuchen. Auch trat hierbei eine geringere axiale Verschiebung (Verschleiß) auf, obwohl die Konenoberflächen eine höhere Rauheit aufwiesen. Eine Tiefenprofilierung mittels ToF-SIMS zeigte, dass auf dem Konus entstandene Schichten lediglich Dicken im Bereich einer Molekülmonolage aufweisen. Der Einsatz von ZnDTP hingegen bewirkte die Bildung von mit ToF-SIMS messbaren Schichtdicken, die mit steigender ZnDTP-Konzentration zunehmen. Zusätzliche Versuche mit auf unterschiedliche Oberflächentemperaturen erhitzten Stahlproben bestätigten dieses Ergebnis. Die Schaltversuche zeigen allerdings, dass eine dickere Schicht sich sowohl auf die axiale Verschiebung des Rings, als auch auf die Entwicklung des Reibwerts negativ auswirken, was auf Reibschwingungen zurückgeführt wird. Eine höhere axiale Verschiebung zeigten ebenfalls Konen, die mit einem höheren bezogenen Zeitspanungsvolumen bearbeitet wurden. Die Steigerung zeigte aber weder in den Reibwertverläufen, noch in den ToF-SIMS-Untersuchungen signifikante Veränderungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„ToF-SIMS investigations of tribological boundary layers built up by finishing processing with special added cooling lubricants“, Fachtagung „Sims Europe 2016“ in Münster (2016)
Brit, L. G. H.; Preuß, J. A.; Lipinsky, D.; Seidel, B.; Gebert, K.; Eckebrecht, J.; Arlinghaus, H. F.
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Einfluss der Abrichtbedingungen beim Außenrundschleifen auf die tribologischen Eigenschaften von Getriebesynchronisationen. HTM J. Heat Treatm. Mat. 72 (2017) 4 232-239
Seidel, B.; Wagner, A.; Brinksmeier, E.
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Improving the Tribological Properties of Gear Synchronizations by Adjusting the Metalworking Fluid Composition of the Grinding Process. J. Manuf. Mater. Process. 1 (2017) (1), 4
Seidel, B.; Wagner, A.; Brinksmeier, E.
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„ToF-SIMS investigations of tribological boundary layers built up by finishing processing with specially added cooling lubricants“, Fachtagung „SIMS World 2017“ in Krakau (2017)
Britt, L. G. H.; Jenke, P. K.; Lipinsky, D.; Heeger, M.; Seidel, B.; Brinksmeier, E.; Arlinghaus, H. F.
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„ToF-SIMS-Analysen der durch Schleifbearbeitung mit additivierten Kühlschmierstoffen erzeugten tribologischen Grenzschichten“, 58. Tribologie Fachtagung der GfT in Göttingen (2017)
Britt, L. G. H.; Jenke, P. K.; Lipinsky, D.; Arlinghaus, H. F.
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Tof-SIMS investigation of tribochemical surface reaction films built up by specially added cooling lubricants. J Vac. Sci. Technol. B 36 (2018), 03F120
Britt, L. G. H.; Jenke, P. K.; Lipinsky, D.; Arlinghaus H. F.
