8.3.1 Untersuchung linearer Korrelationen

Die höchsten Bestimmtheitsmaße mit den Kenngrößen der Leere werden von S_pk, S_pk*, S_r1, S_rk und V_vo zur Standardabweichung der Reibungszahl erreicht. Bild 59 zeigt, daß ein deutlicheres Absinken der Reibungszahl bei höheren Geschwindigkeiten zu beobachten ist, wenn schmale (niedrige S_r1) und gleichzeitig niedrige Spitzen (niedrige S_pk) vorliegen.

Bild 59: Materialanteil an der Basis der Spitzen und reduzierte Spitzenhöhe über der Standardabweichung der Reibungszahl

Geringe Leervolumina (Kenngröße V_vo) führen ebenfalls zu einem deutlichen Absinken der Reibungszahl bei zunehmender Geschwindigkeit. Dieser Zusammenhang ist auf die in Kapitel 8.1 beschriebene Korrelation zwischen der Höhe der Spitzen und dem Leervolumen zurückzuführen.
Zu den übrigen tribologischen Kenngrößen bestehen in Bild 58 nur relativ geringe Korrelationskoeffizienten. Zum Niveau der Reibungszahl ist die Bestimmtheit mit S_rk noch am höchsten.
Eine Topografie, für die der Kugelfilter einen hohen Traganteil berechnet, weist nach Bild 60 niedrigere Reibungszahlen auf.

Bild 60: Zusammenhang zwischen dem Traganteil des Kugelfilters und der Reibungszahl

Der Kugelfilter berechnet einen höheren Traganteil, wenn die Topografie aus vielen flachen und fein verteilten Spitzen besteht. Niedrige Reibung wird demnach eher mit einer feinen und vollen Topografie erzielt. Die Bestimmtheit ist aber nur schwach. Hinzu kommt, daß die Zusammenhänge mit den Filterparametern R=2 mm und n=50 nicht deutlich werden. In den Meßdaten ist kein klarer linearer Zusammenhang zwischen den Kenngrößen der Leere und der Reibungszahl vorhanden.
Zur gemittelten maximalen Kontaktnormalspannung wird in Bild 58 mit S_k die deutlichste Korrelation berechnet.
Es ist ein leichter Trend festzustellen, daß mit niedrigeren S_k-Werten höhere Kontaktnormalspannungen vorliegen (Bild 61).

Bild 61: Zusammenhang zwischen den Kernrauhtiefe und der maximalen Kontaktnormalspannung

Die stochastischen Bleche mit niedrigen Spitzen (3 und 4) liegen über der Trendlinie, die Lasertex-Bleche mit hohen Spitzen (6, 7 und 8) darunter. Blech 9 ist ein Lasertex-Blech mit niedrigen Spitzen. Das ist ein Hinweis darauf, daß Bleche mit niedrigen Sk-Werten eher hohe Kontaktnormalspannungen erreichen, wenn gleichzeitig niedrige Spitzen (S_pk) vorliegen. Dem Trend, daß Bleche mit niedrigen S_k-Werten hohe Kontaktnormalspannungen erreichen ist der Einfluß überlagert, daß hohe Spitzen zu niedrigeren und flachere Spitzen zu höheren Kontaktnormalspannungen führen.
Die Bleche 6, 7 und 8 sind etwas dicker (Tabelle 19). Bei gleicher Topografie müßte dies aufgrund der Überlegungen in Kapitel 6.1 eher zu höheren Kontaktnormalspannungen führen. Daß diese Bleche trotzdem niedrigere Kontaktnormalspannungen erreichen läßt erwarten, daß hohe Spitzen die maximale Kontaktnormalspannung eher noch deutlicher senken.
Blech 1 zeigt trotz niedriger S_k-Werte keine hohen Kontaktnormalspannungen. Es weist ähnliche S_k- und S_pk-Werte wie die Bleche 3 und 4 auf, hat aber das geringste Leervolumen aller Bleche. Im Reibversuch führte es zu Aufschweißungen auf dem Werkzeug und damit zu vorzeitigem Versagen, was durch die nicht erreichte Mindestrauheit erklärt werden kann.

Bild 62: Zusammenhänge zwischen den tribologischen Kenngrößen und den Oberflächenkenngrößen der Abgeschlossenheit

Die Kenngrößen der Abgeschlossenheit in Bild 62 korrelieren ebenfalls am besten mit der Standardabweichung der Reibungszahl, es sind aber keine deutlicheren Korrelationen als mit den Kenngrößen der Leere vorhanden. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Beurteilung der Abgeschlossenheit alleine nicht zur Beurteilung der tribologischen Eigenschaften der Topografie ausreicht. Im anschließenden Kapitel (Bild 67) wird gezeigt, daß die von der Abgeschlossenheit beeinflußten tribologischen Mechanismen von anderen Effekten überlagert sind, so daß die Zusammenhänge durch die Berechnung des Korrelationskoeffizienten nicht erkennbar werden.
Aus den Kenngrößen der Feinheit (Bild 63) korrelieren N_mam und N_ma(k) mit der Standardabweichung der Reibungszahl.

Bild 63: Zusammenhänge zwischen den tribologischen Kenngrößen und den Oberflächenkenngrößen der Feinheit

Höhere Spitzenzahlen führen zu einer höheren Standardabweichung der Reibungszahl (Bild 64).

Bild 64: 2D- und 3D-Spitzenzahlen über der Standardabweichung der Reibungszahl

Das bedeutet, daß der Einfluß der Gleitgeschwindigkeit größer ist, wenn das Blech viele fein verteilte Spitzen aufweist. Die Betrachtung der Reibungszahldiagramme ergab, daß die Reibungszahl bei den feinen Topografien mit höheren Geschwindigkeiten deutlicher absinkt als bei groben. Mit den Filterparametern R=2 mm und n=50 wird dieser Zusammenhang nicht deutlich.
In Bild 64 wurde zusätzlich zur 3D-Kenngröße N_ma(k) die 2D-Spitzenzahl PC aufgetragen. Die 3D-Kenngröße korreliert deutlich besser.
Mit der maximalen Kontaktnormalspannung und deren Standardabweichung korrelieren in Bild 63 N_vo(k) und N_cl(k) noch am besten. Höhere Anzahlen von Leerflächen führen zu günstigeren tribologischen Bedingungen, aber die Korrelation ist nur schwach.

Ergebnis:

• In Kapitel 6 wurde die maximale Kontaktnormalspannung als wichtigste tribologische Kenngröße beurteilt. Die deutlichste Korrelation dieser Kenngröße zur Topografie wird von S_k und dem Kugelfilter mit einer Bestimmtheit R²=0,55 erreicht. Die höchste Korrelation mit einem konventionellen Filter besteht ebenfalls mit Sk. Bei Gauß-Filterung mit einer Grenzwellenlänge von 0,9 beträgt R² 0,48.

Diese Werte der Korrelationskoeffizienten sind ausreichend, um Trends aufzuzeigen, zur eindeutigen Beurteilung der tribologischen Eigenschaften genügen sie aber nicht.
Im folgenden Kapitel wird deshalb untersucht, ob komplexere Zusammenhänge zwischen den Oberflächenkenngrößen und dem tribologischen Verhalten vorliegen, die vom linearen Bestimmtheitsmaß R² nicht erfaßt werden.