1. Hohe Spitzen.
In Kapitel 5 wurden hohe Spitzen günstig beurteilt, da sie durch
hohe zu verdrängende Schmierstoffvolumina hohe hydrodynamische Anteile
durch Quetschströmungen ermöglichen. Mit der Kenngröße
Spk (Rpk nach DIN ISO 13565-2) ist in den Bildern
65 und 66 ein Trend zu erkennen, daß höhere Spitzen sowohl zu
höheren maximalen Kontaktnormalspannungen als auch zu niedrigeren
Reibungszahlen führen. Bei niedrigen Spitzen werden deutlich unterschiedliche
tribologische Eigenschaften gemessen, die nicht durch die Höhe der
Spitzen erklärt werden können. Nach den Überlegungen in
Kapitel 5 begünstigen niedrige Spitzen hydrostatisch wirkende Schmiertaschen
sowie hydrodynamisch wirkende Flanken und Stufen. Bei hohen Spitzen dominiert
demnach der Einfluß der Quetschströmungen, bei niedrigen Spitzen
dominieren die Einflüsse von Schmiertaschen, Stufen und Flanken. Die
höchsten Kontaktnormalspannungen und niedrigsten Reibungszahlen wurden
an den Blechen mit niedrigen Spitzen gemessen. Der Vergleich der Oberflächenkenngrößen
in Kap 8.1 hat eine deutliche Korrelation zwischen der Spitzenhöhe
und dem Leervolumen der Topografie sowie der 2D-Kenngröße Rpm
ergeben. Daß hohe Spitzen zu günstigem tribologischen Verhalten
führen können, entspricht demnach den Ergebnissen in der Literatur,
in denen hohe Rpm-Werte als reibungssenkend ermittelt wurden.
2. Schmale Spitzen
Um sowohl die Drücke durch Quetschströmungen als auch durch
Flanken, Stufen und abgeschlossene Schmiertaschen nutzen zu können,
wurden hohe, aber leicht einglättende Spitzen als günstig angesehen.
Dazu sollten die Materialanteile der Spitzen an der Basis gering sein.
Der Materialanteil der Spitzen am Übergang zum Kernprofil wird nach
DIN ISO 13565-2 mit der Oberflächenkenngröße Mr1
(=Sr1) beschrieben. In den Versuchen wurden mit Sr1
die höchsten Korrelationskoeffizienten zum tribologischen Verhalten
ermittelt. Niedrige Sr1 führen nach Bild 59 zu stärkerem
Absinken der Reibungszahl mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit, was nur
durch hydrodynamische Effekte erklärbar ist. Niedrige Sr1
begünstigen demnach die Ausbildung hydrodynamischer Effekte. Nach
dem Reibmodell ermöglichen es dünne Spitzen, daß die Topografie
weiter einglättet als bei großen Spitzen mit hohem Materialanteil.
Dadurch entstehen schmalere Schmierspalte, in denen nach den Bildern 17
und 19 höhere hydrodynamische Drücke entstehen können.
3. Flacher Kernbereich
Zusätzlich zu leicht einglättenden Spitzen wurde ein flacher
Kernbereich als reibungssenkend beurteilt, da um über einen großen
Flächenanteil mit flachen Winkeln und Stufen für hydrodynamische
Effekte zu verfügen. Die Höhe des Kernprofils wird Nach DIN 13565-2
mit der Kenngröße Rk (Sk) beschrieben.
Die höchsten Korrelationskoeffizienten zur maximalen Kontaktnormalspannung
ließen sich in den Versuchen mit dieser Kenngröße feststellen.
Niedrige Sk führen nach Bild 61 und dem Reibmodell entsprechend
zu höheren maximalen Kontaktnormalspannungen. Der unter Punkt 2 beschriebene
Einfluß niedriger Materialflächenanteile Sr1 verstärkt
die Wirkung des flachen Kernbereichs, da er durch die hohe Einglättung
dünne Schmierspalte ermöglicht.
4. Mindestleervolumen
Im tieferliegenden Bereich der Topografie wurde ein großes Leervolumen,
das bei starker Einglättung als Schmierstoffreserve dienen kann, positiv
beurteilt. Bei den Versuchen versagte das Blech mit dem niedrigsten geschlossenen
Leervolumen Vcl und dem niedrigsten Mittenrauhwert Ra
durch Aufschweißungen auf dem Werkzeug. Trotz der niedrigen Reibungszahlen
dieses Bleches, der leicht einglättenden Spitzen und der niedrigen
Sk-Werte wurden keine hohen Kontaktnormalspannungen erreicht,
was durch die fehlende Schmierstoffreserve erklärbar ist.
5. Hoher geschlossener Leerflächenanteil
Bei hohen Werten der Oberflächenkenngröße aclm
stehen große Flächenanteile zur Verfügung, in denen hydrostatischer
Druck aufgebaut werden kann. Bleche mit höheren Werten von aclm
führen nach den Überlegungen in Kap 5 zu günstigerem tribologischem
Verhalten. Für die Bleche, die nicht bereits durch niedrige Sk
und Sr1-Werte günstigere tribologische Ergebnisse erzielen
oder durch zu geringes Leervolumen und Unterschiede von Blech-Ober- und
Unterseite ausscheiden, kann die Wirkung der hydrostatischen Schmiertaschen
bestätigt werden (Bild 67).
6. Hohe Abgeschlossenheit
Um bereits bei geringer Einglättung abgeschlossene Schmiertaschen
auszubilden, soll die Oberfläche möglichst weit oben abgeschlossen
sein. Mit den Oberflächenkenngrößen zur Beschreibung der
Tiefe, ab der die Oberfläche abgeschlossen ist (cclm, p)
wurden keine deutlichen Korrelationen zum tribologischen Verhalten festgestellt.
Hohe Korrelationskoeffizienten sind mit diesen Kenngrößen zu
den Spitzenhöhen Spk und Spk* vorhanden (Bild
47). Für beliebige Oberflächen kann dieser Zusammenhang, wie
in Kapitel 2.5.3 dargestellt, nicht allgemeingültig sein. Die zur
Zeit zur Verfügung stehenden Herstellungsverfahren ermöglichen
es demnach nicht, die Spitzenhöhe und die Tiefe, ab der die Oberfläche
abgeschlossen ist, unabhängig zu variieren. Der Einfluß von
cclm und p kann in den Versuchsergebnissen nicht nachgewiesen
werden, da er nicht vom Einfluß der Spitzenhöhe zu unterscheiden
ist. Stünden Herstellungsverfahren zur Verfügung, mit denen Spitzenhöhe
und Abgeschlossenheit unabhängig voneinander eingestellt werden können,
dann wäre zu erwarten, daß bei hohen Spitzen und hoher Abgeschlossenheit
dieser Effekt nutzbar wäre.
7. Feine Topografie
Um das Herausfließen des Schmierstoffs aus dem Schmierspalt zu
bremsen, wurden feine Topografien als günstig angesehen. Eine deutliche
Korrelation wurde zwischen der Anzahl der Materialflächen bei Durchdringung
des Kugelfilters Nma(k) und der Standardabweichung der Reibungszahl
berechnet. Bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten kann der Schmierstoff langsam
aus der Kontaktzone entweichen, ohne reibungssenkende Drücke aufzubauen
(Grenzreibung). Bei höheren Gleitgeschwindigkeiten (Mischreibung)
steht dem Schmierstoff weniger Zeit zur Verfügung und es entstehen
höhere Drücke infolge von Quetschströmungen. Viele fein
verteilte Spitzen bremsen den Schmierstoff dabei stärker als wenige
große. Hohe Anzahlen von Materialflächen führen damit zu
höheren Drücken und deutlicherem Absinken der Reibungszahl mit
zunehmender Gleitgeschwindigkeit.
8. Feine Topografie mit vielen Tälern
Eine Topografie mit vielen Tälern stellt nach den Überlegungen
zum Reibmodell viele Stufen und Flanken zur Verfügung, an denen hydrodynamische
Effekte wirken können. In den Versuchen wurde festgestellt, daß
eine Topografie mit einer hohen Anzahl Leerflächen bei Perkolationstiefe
eher hohe Kontaktnormalspannungen erreicht, als eine Topografie mit wenigen
Leerflächen.
Folgerungen