Tribologisch induzierte oberflächennahe Veränderungen der Stahl- und Belaglamellen einer nasslaufenden Lamellenkupplung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Veränderungen der Oberflächen von Stahl- und Belaglamellen in einer nasslaufenden Lamellenkupplung. Unter der tribologischen Beanspruchung finden spezifische Veränderungen der Bauteiloberflächen statt, die sich direkt auf das Reibwertverhalten auswirken. Als wesentliche Einflussgrößen werden die Flächenpressung, die Öltemperatur und die Nitrierung der Stahllamellen betrachtet. Die Veränderungen der Stahl- und Belaglamellenoberflächen werden mit den oberflächensensitiven Untersuchungsverfahren XPS, AES und FIB in Verbindung mit klassischen Verfahren wie die Lichtmikroskopie, die Rasterelektronenmikroskopie und die Weißlichtinterferometrie analysiert.Zusammenhänge zwischen den Ergebnissen dieser Untersuchungen und dem resultierenden Reibwertverhalten können festgestellt werden. Auf den Stahllamellenoberflächen entsteht in Abhängigkeit von den erfahrenen Belastungen eine schichtartig aufgebaute Grenzschicht, die sich oberflächennah durch kurzkettige P-O-Verbindungen auszeichnet. Diese sind Abbauprodukte der im Öl enthaltenen Additive. Für das untersuchte System einer nasslaufenden Lamellenkupplung können kritische Verhältnisse von P/O und Zn/O definiert werden, unterhalb denen Reibschwingungen wahrscheinlich sind. Eine Nitrierung der Stahllamellen bedeutet eine Verlängerung der Lebensdauer einer nasslaufenden Lamellenkupplung. Eine -Nitrid-reiche Nitrierschicht ist mit ihrer höheren Härte und damit einem erhöhten Verformungswiderstand für den Einsatz in einer nasslaufenden Lamellenkupplung geeigneter als eine '-Nitridreiche Nitrierschicht einzustufen.Infolge der tribologischen Beanspruchung werden die Belaglamellenoberflächen eingeglättet und mit Ölablagerungen bedeckt. Daraus folgt eine Abnahme der Porosität des Belagwerkstoffes, die bei den vorliegenden Untersuchungen bei 58% als kritisch einzuordnen ist.Besonders bedeutend für die Lebensdauer einer nasslaufenden Lamellenkupplung ist der kurzzeitig in die Reibpaarung eingebrachte Energiebetrag. Auf Grundlage von ermittelten Energiewerten kann für die untersuchte Reibpaarung eine kritische spezifische Energie von 8 J/mm2 definiert werden, oberhalb dieser es zu einer dauerhaften Schädigung der Bauteile und zum Ausfall des Reibsystems kommt. Unterhalb einer spezifischen Energie von 5 J/mm2 wird ein langfristig stabiles Reibwertverhalten erreicht.Anhand der ermittelten Veränderungen der Stahl- und Belaglamellenoberflächen wird ein Modell zum Verschleißprozess der Bauteile auf Grundlage der Wirkung von Kavitationsprozessen entwickelt. Dieses Modell von stattfindenden Gasimplosionen im Reibspalt wird auf die Entstehung von Reibschwingungen übertragen.