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8.3.2 Ausgewählte Diagramme

Zwei Ursachen können für die niedrigen in Kapitel 8.3.1 ermittelten Korrelationskoeffizienten vorliegen.
1. Der Pearsonsche Korrelationskoeffizient R² berücksichtigt nur lineare Zusammenhänge.
2. Sind aufgrund unterschiedlicher tribologischer Mechanismen in einem Diagramm mehrere Trends vorhanden, dann werden diese von R² nicht erfaßt.
Um komplexere Zusammenhänge aufzuzeigen, werden im folgenden ausgewählte Diagramme näher diskutiert. Die Auswahl der Diagramme erfolgt zum einen auf der Basis früherer Ergebnisse und zum anderen aufgrund der in Kapitel 5 vorgestellten Ergebnisse.
Ein interessantes Ergebnis bietet die Darstellung der Spitzenhöhe Spk über der gemittelten Reibungszahl (Bild 65).

Bild 65: Einfluß der reduzierten Spitzenhöhe auf die Reibungszahl

Zwei Gruppen bilden sich aus. Bei Spk-Werten von 1 und größer treten mit steigenden Spk-Werten niedrigere Reibungszahlen auf. Bei Spk-Werten unter 1 werden deutlich unterschiedliche Reibungszahlen gemessen, die nicht mit Spk in Zusammenhang stehen.

Die Darstellung von Spk über der maximalen Kontaktnormalspannung ergibt einen ähnlichen Zusammenhang (Bild 66).

Bild 66: Zusammenhang zwischen der reduzierten Spitzenhöhe und der maximalen Kontaktnormalspannung

Hohe Spk-Werte führen mit steigenden Spk-Werten zu höheren Kontaktnormalspannungen. Bei niedrigen Werten ist das tribologische Verhalten unabhängig von Spk. Daraus kann man schließen, daß bei niedrigen Spk-Werten ein anderer tribologischer Mechanismus wirken muß. Dieser Mechanismus kann der in Bild 61 beschriebene Einfluß niedriger Sk-Werte sein.

Eine weitere Erklärung für die deutlich unterschiedlichen tribologischen Eigenschaften von Blechen niedriger Spk-Werte in Bild 65 und 66 kann die Ausbildung hydrostatisch wirkender Schmiertaschen sein. Um dies zu überprüfen, ist in Bild 67 das Maximum des geschlossenen Leerflächenanteils über der gemittelten maximalen Kontaktnormalspannung aufgetragen.

Bild 67: Einfluß des maximalen geschlossenen Leerflächenanteils auf die maximale Kontaktnormalspannung

Mit Ausnahme der Bleche 3, 5 und 15 zeigen Bleche mit größeren Anteilen geschlossener Leerflächen höhere Kontaktnormalspannungen.
Blech 3 erreicht trotz eines geringen Anteils abgeschlossener Leerflächen hohe Kontaktnormalspannungen. Bei diesem Blech scheinen sich die abgeschlossenen Schmiertaschen nicht auszuwirken, da die niedrigen Sk-Werte bereits die hohen Kontaktnormalspannungen ermöglichen. Bei den Blechen 6 und 7, die ebenfalls niedrige Sk-Werte aufweisen, werden gegenüber dem Trend der übrigen Bleche leicht erhöhte maximale Kontaktnormalspannungen gemessen. Hier könnte sich die Wirkung der geschlossenen Leerflächen mit der Wirkung niedriger Sk-Werte überlagern.
Die Bleche 5 und 15 erreichen nicht die dem Trend entsprechenden hohen Kontaktnormalspannungen. Für Blech 15 wurden deutliche Unterschiede zwischen der Topografie auf Ober- und der Unterseite des Bleches festgestellt. Blech 5 liegt wie bereits in Bild 64 nicht im Trend der übrigen Bleche.
Zur Überprüfung, ob der in Bild 67 festgestellte Zusammenhang zu aclm auch durch einfacher oder sicherer zu berechnende Oberflächenkenngrößen vorhanden ist, wurden in Kapitel 8.1 weitere Kenngrößen definiert. In Bild 68 sind deren Korrelationen zur maximalen Kontaktnormalspannung dargestellt.
Um nur Bleche zu berücksichtigen, für die der in Bild 67 festgestellte Zusammenhang sicher gilt, wurden die Bleche 1, 3, 5, 6, 7 und 15 nicht mit aufgenommen.


Bild 68: Vergleich weiterer Kenngrößen mit dem Maximum des geschlossenen Leerflächenanteils aclm

Obwohl die Berechnungsmethode von aclm die in Kapitel 7.1 beschriebenen Nachteile und Unsicherheiten aufweist, werden mit keiner anderen Kenngröße entsprechend hohe Korrelationskoeffizienten erreicht, so daß bei geeigneter Filterung die Auswertung der geschlossenen Leerfläche aclm vorzuziehen ist.
Mit der Kenngröße aclf hängt das Ergebnis nicht so deutlich von der Filterung ab wie bei aclm. Bei einigen Filtern werden mit aclm Korrelationskoeffizienten unter 0,2 berechnet, während mit aclf nur wenige Filter zu Werten unter 0,4 führen. Noch unabhängiger von der Filterung ist die Korrelation mit der Oberflächenkenngröße avo(c1). Die höchsten mit avo(c1) berechneten Korrelationskoeffizienten liegen aber unter denen von aclf und aclm.
Relativ hohe Korrelationskoeffizienten bestehen noch mit den Anzahlen der Leerflächen. Bei der Tiefe des maximalen geschlossenen Leerflächenanteils cclm führt nur jeweils ein Filter zu höheren Korrelationskoeffizienten, weshalb diese Kenngrößen nicht weiter berücksichtigt werden. Bei Perkolationstiefe und bei einem Materialanteil von 50% wird mit mehreren Filtern ein Zusammenhang zur Feinheit der Topografie deutlich. Bild 69 zeigt den Trend, daß mit höheren Leerflächenzahlen höhere Kontaktnormalspannungen erreicht werden.

Bild 69: Zusammenhang zwischen der Anzahl der Leerflächen und der maximalen Kontaktnormalspannung

Die Anzahl der Leerflächen ist, wenn man von fertigungsbedingten Einschränkungen absieht, vom Anteil der geschlossenen Leerflächen unabhängig. Hohe Kontaktnormalspannungen werden erreicht, wenn sowohl hohe Anteile als auch hohe Anzahlen geschlossener Leerflächen vorliegen.

Ergebnisse:

  1. Bei hohen Spk-Werten (hohen Spitzen) werden mit zunehmender Spitzenhöhe  niedrigere Reibungszahlen und höhere Kontaktnormalspannungen erreicht. Bei niedrigen Spitzen ist das tribologische Verhalten unabhängig von Spk. (Bilder 65 u. 66)
  2. Bei Blechen mit niedrigen Sr1-Werten (Materialanteil an der Basis der Spitzen beim Übergang zum Kernprofil) sinkt die Reibungszahl mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit stärker ab als bei Spitzen mit hohem Materialanteil. (Bild 59)
  3. Topografien mit niedrigen Sk-Werten (geringe Kernrauheit) führen zu höheren maximalen Kontaktnormalspannungen als Topografien mit hohen Sk-Werten. (Bild 61)
  4. Zu geringe Werte von Ra oder Vcl (Mittenrauhwert oder geschlossenes Leervolumen) können zu vorzeitigem Versagen des tribologischen Systems durch Aufschweißung des Blechwerkstoffs auf das Werkzeug führen. (Blech 1, Bild 61)
  5. Mit höheren Werten von aclm (Anteilen abgeschlossener Leerflächen) werden höhere maximale Kontaktnormalspannungen erreicht. Weder die in Kapitel 8.1 aus den 2D-Messungen abgeleiteten Kenngrößen, noch die Kenngrößen aclf, oder der Leerflächenanteil bei Perkolationstiefe avo(p) können den Zusammenhang besser wiedergeben als aclm. (Bild 67)
  6. Das Absinken der Reibungszahl bei höheren Gleitgeschwindigkeiten wird durch hohe Nma(k) (Anzahlen von Materialflächen) begünstigt. (Bild 64)
  7. Höhere Werte von Nvo(p) (Anzahl der Leerflächen bei Perkolationstiefe) führen zu höheren maximalen Kontaktnormalspannungen. (Bild 69)

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