„Oberflächenanalytik Lamellenkupplungen II“

Untersuchung der Einflüsse der physikalisch und chemisch gebundenen Grenzschichten auf das Reibungsverhalten von nasslaufenden Lamellenkupplungen bei Einsatz mit praxisnahen Grundölen und Belastungen
Nasslaufende Lamellenkupplungen und -bremsen werden in modernen Antriebssträngen für Industrie- und Fahrzeuganwendungen als Lastschaltelemente eingesetzt. Sie stellen insbesondere im Hinblick auf Komforteindruck und Funktion eine wichtige Baugruppe moderner Pkw- und Nkw-Automatikgetriebe dar. Das Reibungsverhalten bestimmt maßgeblich Komforteindruck, übertragbares Drehmoment und Funktion nasslaufender Lamellenkupplungen und wird durch komplexe physikalische und chemische Wechselwirkungen beeinflusst. Eine zuverlässige Vorhersage des Reibungsverhaltens ist im Allgemeinen nicht möglich, sodass die Weiterentwicklung eines Reibsystems typisch experimentell erfolgt.

Im Forschungsvorhaben FVA 490 VIII wurden Reibungszahlmessungen von Lastschaltungen am Komponentenprüfstand mit nachfolgenden Grenzflächenanalysen der eingesetzten Lamellen durchgeführt, um Korrelationen von Grenzschichtzusammensetzung und Reibungsverhalten herzustellen. Es wurden ein organischer und ein sintermetallischer Forschungsbericht FVA 490 VIII, IGF-Nr. 18797-N ©FVA www.fva-net.de 2/3Reibbelag mit Modellfluiden unterschiedlicher Grundöle und Additivkomponenten untersucht. Nach einem Einlauf wurden in p-v-Variationen Pressung, Gleitgeschwindigkeit und Öleinspritztemperatur variiert und das Reibungsverhalten ausgewertet. Über Dauerschaltversuche bei unterschiedlichen Belastungen und Schmierstoffen wurden Einflüsse von längeren Versuchslaufzeiten auf Reibungsverhalten und Grenzschichtaufbau betrachtet.

Während die Wiederholbarkeit aller durchgeführten Versuche sehr gut ist, hängt die Reproduzierbarkeit der Versuche mit Papierreibbelag stark vom Schmierstoff ab. Die Reibschwingneigung der einfach additivierten Schmierstoffe mit Papierreibbelag kann mit Friction Modifier und Detergent gesenkt werden, Antiwear, Dispersant und Corrosion Inhibitor erhöhen die Reibungszahl am Schaltungsende signifikant. Verglichen mit reinem Grundöl senken alle Additive bis auf das Dispersant das Reibungszahlniveau ab. Vor allem bei mehrfach additivierten Schmierstoffen unterscheiden sich die Additiveinflüsse, abhängig von den vorliegenden Belastungen. Die Additiveinflüsse auf das Reibungsverhalten mit Sinterreibbelag sind geringer als mit Papierreibbelag. Der Einfluss des Grundöls ist abhängig vom Reibbelag und davon, ob reine Grundöle oder Grundöle mit Additivierung untersucht wurden. Die Ergebnisse der ToF-SIMS-Analysen dokumentieren maßgebliche Einflüsse der Stahllamellentopographie auf die Anbindungscharakteristik verschiedener Additive sowie Veränderungen der bevorzugten Anlagerungsbereiche durch Wechselwirkungen zwischen den jeweils eingesetzten Additiven und Grundölen.

Diese Einflüsse zeigen sich auch für die diesintermetallischen Reibkörper deutlicher als für die organischen Reibkörper. Durch die Kombination der massenspektrometrischen Analyseergebnisse mit denen der Prüfstandläufe an der FZG, konnten Erkenntnisse über die Auswirkungen einzelner Grenzschichtbestandteile in Abhängigkeit des Grundöls und der Additivierung auf die Reibcharakteristik des Tribosystems gewonnen werden. Die tribologische Langzeitbelastung unter erhöhten Lastbedingungen führt zu teilweise deutlichen Unterschieden in den lateralen Verteilungen der charakteristischen Additivsignale, die in Abhängigkeit der Belastungsstufe und -dauer vielfach mit der Reibcharakteristik korreliert werden können. Für die Reibpaarung Stahl-Papier wurden erste Schädigungen festgestellt, wohingegen bei der Reibpaarung Stahl-Sinter keine Schädigung auftrat.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 18797-N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.