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Forschung im Ingenieurwesen

, Volume 83, Issue 2, pp 219–226 | Cite as

Analyse tribologischer Schichten mit der Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) – Additiveinflüsse auf das Reibungsverhalten nasslaufender Lamellenkupplungen

  • U. StockingerEmail author
  • K. Mühlenstrodt
  • K. Völkel
  • H. Pflaum
  • D. Lipinsky
  • K. Stahl
  • H. F. Arlinghaus
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Zusammenfassung

Das Reibungsverhalten nasslaufender Lamellenkupplungen kann aufgrund der komplexen physikalischen und chemischen Wechselwirkungen der einzelnen Bestandteile nicht theoretisch bestimmt, sondern muss in Versuchen ermittelt werden. Um Korrelationen von Grenzschichtzusammensetzung und Reibungsverhalten herzustellen, wurden Reibungszahlmessungen von Lastschaltungen in Kombination mit Grenzflächenanalysen mittels Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) durchgeführt. Das Reibungsverhalten wurde am Komponentenprüfstand ZF/FZG KLP-260 für Papierreibbeläge bei verschiedenen Pressungs-Gleitgeschwindigkeits-Kombinationen mit Schmierstoffen bekannter Zusammensetzung analysiert. Bei der Oberflächenanalyse mittels ToF-SIMS werden charakteristische Additiv- und Substratsignale herangezogen, um die laterale und tiefenabhängige Verteilung von Elementen und Molekülen der unter tribologischer Belastung entstandenen Grenzschicht zu untersuchen. Aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung des Bindungsverhaltens der einzelnen Additivkomponenten führen verschiedene Additiv-Kombinationen in den verwendeten Modellfluiden zu unterschiedlichen Oberflächenzusammensetzungen, die sich auf das Reibungsverhalten auswirken. Ein Einfluss des Grundöls auf das Reibungsverhalten bei reinem Grundöl ist deutlich erkennbar. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich das Reibungsverhalten der drei volladditivierten Grundöle nahezu nicht. Auch die Oberflächenanalysen zeigen vergleichbare Zusammensetzungen der Grenzschichten bei ähnlichem Reibungsverhalten.

Investigation of tribological layers with time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS)—Additive’s influence on friction behavior of wet multi-plate clutches

Abstract

The friction behavior of wet multi-plate clutches cannot be determined theoretically, because of complex physical and chemical interactions between the components. Therefore, experiments are required. Friction measurements of power shifts in combination with surface analysis with Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) were performed to correlate friction behavior and composition of the boundary layer. The friction behavior was analyzed for paper type friction linings and lubricants of a known composition on the component test rig ZF/FZG KLP-260 at different combinations of surface pressure and sliding velocity. ToF-SIMS was used to characterise the boundary layers of tribologically stressed plate surfaces. An established database of additive characteristic signals was used to determine their lateral and depth-dependent composition. Chemical interactions between the various combinations of base oils and their additive treatment give rise to differences in the tribological boundary layers. This, in turn, influences the corresponding friction behavior. When using pure base stock, the type of base stock significantly influences the friction behavior. For the fully formulated lubricant (base stock + additive package), the friction behavior of the three different base stocks was similar. The surface analysis confirmed a similar boundary layer composition when the friction behavior was comparable.

Notes

Danksagung

Die beschriebenen Erkenntnisse wurden im Rahmen des IGF-Vorhabens 18797N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V., gefördert 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, erarbeitet. Die Autoren danken den Förderern sowie den Mitgliedern der FVA für die Unterstützung. Die FVA übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und Vollständigkeit der Angaben sowie die Beachtung privater Rechte Dritter. Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. (FVA), Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt/Main.

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Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  1. 1.Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau – FZGTechnische Universität MünchenGarching bei MünchenDeutschland
  2. 2.Physikalisches InstitutWestfälische Wilhelms-Universität MünsterMünsterDeutschland

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