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Markus Grebe. Tribometrie
Vorwort
Abkürzungen
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung. 1.1 Tribometrie
1.2 Background: Das Kompetenzzentrum Tribologie Mannheim (KTM) an der Hochschule Mannheim
1.3 Bedeutung und Aufgaben der Tribologie
1.4 Die tribologische Beanspruchung
2 Erläuterung der Systemanalyse
2.1 Definitionen
2.2 Das Beanspruchungskollektiv
2.2.1 Elemente eines tribologischen Systems
2.2.2 Aufbau metallischer Oberflächen
2.2.3 Geometrische und wahre Kontaktfläche
2.2.4 Kontaktzustand
2.2.5 Schmierungszustand
2.2.6 Wechselwirkungen zwischen den Elementen
2.3 Verschleißmechanismen und deren Verschleißerscheinungsformen
2.4 Systemanalyse
3 Tribologische Prüftechnik
3.1 Messtechnik (Theorie)
3.2 Tribologische Messgrößen
3.2.1 Reibung
3.2.1.1 Reibungsmessgrößen
3.2.1.2 Reibungsmesstechnik
3.2.1.2.1 Kraft- und Drehmomentensensoren auf DMS-Basis
3.2.1.2.2 Piezosensoren
3.2.1.2.3 Oberflächen-Dehnungssensoren
3.2.2 Verschleiß
3.2.2.1 Verschleißmessung und Verschleißmessgrößen
3.2.2.2 Verschleißmesstechnik
3.2.3 Temperatur
3.2.3.1 Temperaturmesstechnik
3.2.3.1.1 PT100 / PT1000 (PTC-Sensoren) und NTC-Sensoren
3.2.3.1.2 Thermoelemente
3.2.3.1.3 Infrarot-Thermometer / Thermografie
3.2.3.1.4 Aufgedampfte Temperaturaufnehmer
3.2.3.1.5 Mehrpunkt-Messungen mit Faser-Bragg-Gitter-Sensor
3.2.3.1.6 Allgemein
3.2.4 Schwingungsmesstechnik
3.2.5 Sonstige Sensoren / Kombisensoren
3.3 Tribologische Prüfkategorien
3.3.1 Übersicht Modellprüfsysteme
3.3.1.1 Modellprüfsysteme für Abrasivverschleiß-Untersuchungen
3.4 Modellprüfgeräte / Labortribometer
3.4.1 Vierkugel-Apparat (VKA)
3.4.2 Schwing-Reib-Verschleiß-Prüfgerät (SRV)
3.4.3 Brugger- / Reichert-Prüfung
3.4.4 Bruker Universal Material Tester (UMT)
3.4.5 Timken-Prüfmaschine
3.4.6 Oszillierender Gleitreibungsprüfstand nach „Tannert“ / Tannert-Gleitindikator
3.4.7 Rotationstribometer
3.4.8 Mini-Traction-Machine (MTM)
3.4.9 Zwei-Scheiben-Prüfstände
3.4.10 Rollenprüfstände / Micro-Pitting-Rig (MPR)
4 Modell- und Simulationsprüfung. 4.1 Modellprüfung (Kategorie VI)
4.1.1 Vorgehen bei der Modellprüfung
4.1.2 Modellprüfung in der Praxis. 4.1.3 Aussagefähigkeit der Modellprüfung
4.2 Simulationsprüfung (beanspruchungsähnlicher Versuch mit Probekörpern, Kategorie V)
4.2.1 Vorgehen bei der Simulationsprüfung
4.3 Wie kann die Aussagekraft einer Laborprüfung verbessert werden?
4.3.1 Optimale Messtechnik
4.3.2 Festlegung der Prüfparameter
4.3.3 Berücksichtigung der Energiedissipation (Tribomutation)
4.3.3.1 Dynamische Einflüsse
4.3.3.2 Festlegung der geeigneten Prüfdauer
4.3.3.3 Statistische Absicherung der Ergebnisse
4.3.3.4 Unvermeidliche Toleranzen
4.3.3.5 Sonstige Einflussquellen
4.3.3.6 Abbruchkriterien
4.3.3.7 Dokumentation
4.3.3.8 Sonstiges
4.4 Auswertung und Interpretation tribologischer Messgrößen
4.5 Beispiele für anwendungsorientierte Bauteilprüfungen in Labortribometern
4.5.1 Kolben eines Klimakompressors im SRV
4.5.2 Kolbenring / Liner-Prüfung im SRV Prüfstand
4.5.3 Ventilschaftprüfung im SRV-Prüfstand
4.5.4 Frettingversuche an Stangenführungen
4.5.5 Prüfung von Kolbenstangendichtungen im SRV-Prüfstand
5 Bauteilprüfung
5.1 Wälzlagerprüfung. 5.1.1 FE8 Prüfung (DIN 51819-2)
5.1.2 FE9-Prüfung (DIN 51821)
5.1.3 Komponentenerprobung
5.2 Zahnradprüfung / Getriebeölprüfung im FZG-Prüfstand
5.2.1 FZG-Fresstest (Laststeigerungslauf)
5.2.2 FZG-Langsamlauf-Verschleißtest
5.2.3 FZG-Pitting-Test und Graufleckigkeitstests
5.2.4 FZG-Wirkungsgrad-Test (Energieeffizienz-Test)
5.2.5 Übersicht Norm- und Standard-Prüfungen im FZG-Prüfstand
5.3 Hydrauliköl-Tests. 5.3.1 Flügelzellenpumpentests Vickers V104C und Eaton 35VQ25
5.3.2 Denison-Pumpe
5.3.3 Bosch-Rexroth-Hydraulikfluid-Test
5.4 Gleitlager-Prüfung
5.4.1 Fresslasttest
5.4.2 Dauerlauf-Ermüdungstest
5.4.3 Partikelverträglichkeitstest / Test der Einbettfähigkeit
5.4.4 Dauerlauf-Verschleißtest / Start/Stopp-Test
5.4.5 Notlauftest
5.4.6 Sonstige nicht-motorische Gleitlagerprüfung
5.4.6.1 Versuche zur Ermittlung des maximalen pv-Wertes
5.4.6.2 Schwenklagerprüfung
5.4.6.3 Stoßdämpferlagerprüfung
5.5 Kupplungen, Bremsen, Synchronisierungen und Reibbeläge
6 Kunststoffprüfung
6.1 Besonderheiten bei Kunststoffen als Reibpartner
6.1.1 Randzone / Spritzhaut / Orientierung
6.1.2 Elastisch/plastisches Verhalten (Fließen)
6.1.3 Einfluss der Gegenkörperrauigkeit
6.1.4 Thermische Effekte
6.2 Reibungsuntersuchung / Kennlinienfelder
6.3 Verschleißuntersuchung
6.3.1 Versuchsdauer
6.4 Typische Modellprüfsysteme für die Kunststoffprüfung (DIN/ISO 7148)
6.4.1 Stift/Scheibe (Pin-on-Disc, PoD)
6.4.2 Ring/Platte oder Ring/Scheibe
6.4.3 Kugel/Prisma oder Ball-on-three-plates (BOTP)
6.4.4 Block auf Ring (Block-on-Ring, BoR)
6.4.5 Radialgleitlager
6.4.6 Linear-oszillierender Flächenkontakt
6.5 Stick-Slip-Untersuchungen
7 Design of Experiments (DOE) / Statistik
7.1 Grundprinzipien der Statistischen Versuchsplanung
7.2 Verschiedene Experimentier-Methoden
7.2.1 One-factor-at-a-time (OFAT)
7.2.2 DoE: Vollfaktorieller Versuch (auf mind. 2 Stufen)
7.2.3 DoE: Teilfaktorieller Versuch
7.2.3.1 Beispiel Basketball-Experiment
7.3 Statistik
7.3.1 Gauß-Verteilung
7.3.2 Definition von Ausreißern
7.4 Auswertung / Darstellungsarten. 7.4.1 Boxplots
7.4.2 Haupteffektdiagramm (Main Effect Plot) und Wechselwirkungen
7.4.3 Kontur-Plot
7.4.4 Pareto-Diagramm
7.4.5 Histogramm
7.4.6 Weibull-Verteilung
7.4.7 Weitere Verteilungsfunktionen
7.5 Zusammenfassung DOE und Statistik
8 Oberflächenmesstechnik
8.1 Grundlagen und Begriffe
8.2 Messverfahren
8.2.1 Autofokussensor
8.2.2 Weißlicht-interferometrie (WLI)
8.2.3 Konfokalmikroskopie
8.2.4 Laserscanning-Mikroskop
8.3 2D-Oberflächenparameter. 8.3.1 Amplitudenkennwerte
8.3.2 Traganteilskurve (Abbott-Firestone-Kurve)
8.4 3D-Oberflächenparameter. 8.4.1 Vorteile der 3D-Messtechnik und Einteilung der Kennwerte
8.4.2 Amplitudenparameter
8.4.3 Hybridparameter / Mischparameter
8.4.4 Fazit 3D-Kennwerte in der ISO 25178
8.5 Filter und Fehlstellenkorrektur
8.6 Praxisbeispiel mikrostrukturierte Kunststoffgleitfläche
9 Oberflächenanalytik und chemische Analysen
9.1 Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) und Focus-Ion-beam-Technologie (FIB)
9.2 Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR) und Ramanspektroskopie
9.3 Röntgen-Photonen-Spektroskopie (XPS)
9.4 Sekundär-Neutralteilchen-Massenspektrometrie (SNMS) und Sekundär-Ionen-Massenspektrometrie (SIMS)
10 Computersimulation
11 Was zeichnet ein gutes Labor-Tribometer aus?
12 Zusammenfassung
13 Literaturhinweise und Quellenangaben. 13.1 Veröffentlichungen und Bücher
13.2 Internet
13.3 Normen
14 Stichwortverzeichnis
