{"id":7974,"date":"2020-03-03T21:32:52","date_gmt":"2020-03-03T21:32:52","guid":{"rendered":"https:\/\/nanovea.com\/?p=7974"},"modified":"2025-05-22T20:56:21","modified_gmt":"2025-05-22T20:56:21","slug":"dynamische-last-tribologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nanovea.com\/de\/dynamische-last-tribologie\/","title":{"rendered":"Dynamische Belastung Tribologie"},"content":{"rendered":"
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Dynamische Belastung Tribologie<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Einf\u00fchrung
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Verschlei\u00df findet in praktisch jedem Industriesektor statt und verursacht Kosten in H\u00f6he von ~0,75% des BIP1. Die Tribologieforschung ist von entscheidender Bedeutung f\u00fcr die Verbesserung der Produktionseffizienz und der Anwendungsleistung sowie f\u00fcr die Erhaltung von Material, Energie und Umwelt. Vibrationen und Schwingungen treten bei einer Vielzahl von tribologischen Anwendungen unvermeidlich auf. \u00dcberm\u00e4\u00dfige externe Vibrationen beschleunigen den Verschlei\u00dfprozess und verringern die Betriebsleistung, was zu katastrophalen Ausf\u00e4llen der mechanischen Teile f\u00fchrt.<\/p>\n

Herk\u00f6mmliche Totlasttribometer bringen normale Lasten durch Massengewichte auf. Eine solche Belastungstechnik schr\u00e4nkt nicht nur die Belastungsm\u00f6glichkeiten auf eine konstante Last ein, sondern erzeugt auch starke unkontrollierte Schwingungen bei hohen Lasten und Geschwindigkeiten, was zu begrenzten und uneinheitlichen Bewertungen des Verschlei\u00dfverhaltens f\u00fchrt. Eine zuverl\u00e4ssige Bewertung der Auswirkungen kontrollierter Schwingungen auf das Verschlei\u00dfverhalten von Werkstoffen ist f\u00fcr Forschung und Entwicklung sowie f\u00fcr die Qualit\u00e4tskontrolle in verschiedenen industriellen Anwendungen w\u00fcnschenswert.<\/p>\n

Die bahnbrechende Hochlast von Nanovea Tribometer <\/a>verf\u00fcgt \u00fcber eine maximale Tragf\u00e4higkeit von 2000 N mit einem dynamischen Lastkontrollsystem. Das fortschrittliche pneumatische Druckluft-Ladesystem erm\u00f6glicht es Benutzern, das tribologische Verhalten eines Materials unter hohen normalen Belastungen zu bewerten, mit dem Vorteil, unerw\u00fcnschte Vibrationen zu d\u00e4mpfen, die w\u00e4hrend des Verschlei\u00dfprozesses entstehen. Daher wird die Last direkt gemessen, ohne dass Pufferfedern wie bei \u00e4lteren Konstruktionen erforderlich sind. Ein oszillierendes Belastungsmodul mit parallelem Elektromagneten erzeugt eine gut kontrollierte Schwingung mit der gew\u00fcnschten Amplitude von bis zu 20 N und einer Frequenz von bis zu 150 Hz.<\/p>\n

Die Reibung wird mit hoher Genauigkeit direkt anhand der auf den oberen Halter ausge\u00fcbten Seitenkraft gemessen. Die Verschiebung wird vor Ort \u00fcberwacht und gibt Aufschluss \u00fcber die Entwicklung des Verschlei\u00dfverhaltens der Testproben. Der Verschlei\u00dftest unter kontrollierter Schwingungsbelastung kann auch in Korrosions-, Hochtemperatur-, Feuchtigkeits- und Schmierumgebungen durchgef\u00fchrt werden, um die realen Arbeitsbedingungen f\u00fcr tribologische Anwendungen zu simulieren. Ein integrierter Hochgeschwindigkeitsmotor ber\u00fchrungsloses Profilometer<\/a> Misst automatisch die Morphologie der Verschlei\u00dfspur und das Verschlei\u00dfvolumen in wenigen Sekunden.<\/p>\n

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Messung Zielsetzung<\/p>\n

In dieser Studie zeigen wir die Leistungsf\u00e4higkeit des Nanovea T2000 Dynamic Load Tribometers bei der Untersuchung des tribologischen Verhaltens verschiedener Beschichtungs- und Metallproben unter kontrollierten Schwingungsbelastungen.<\/p>\n

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Testverfahren
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Das tribologische Verhalten, z.B. der Reibungskoeffizient (COF) und die Verschlei\u00dffestigkeit einer 300 \u00b5m dicken verschlei\u00dffesten Beschichtung wurde mit dem Nanovea T2000 Tribometer und einem konventionellen Totlasttribometer unter Verwendung eines Stift-Scheibe-Aufbaus nach ASTM G992 bewertet und verglichen.<\/p>\n

Separate Cu- und TiN-beschichtete Proben gegen eine 6 mm gro\u00dfe Al\u2082O\u2083-Kugel unter kontrollierter Oszillation wurden im Dynamic Load Tribology Mode des Nanovea T2000 Tribometers bewertet.<\/p>\n

Die Pr\u00fcfparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst.<\/p>\n

Das integrierte 3D-Profilometer mit Zeilensensor tastet die Verschlei\u00dfspur nach den Tests automatisch ab und liefert in Sekundenschnelle die genaueste Messung des Verschlei\u00dfvolumens.<\/p>\n

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Ergebnisse und Diskussion
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Pneumatisches Ladesystem vs. Totlastsystem<\/span><\/strong><\/p>\n

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Das tribologische Verhalten einer verschlei\u00dffesten Beschichtung unter Verwendung des Nanovea T2000 Tribometers wird mit einem herk\u00f6mmlichen Totlasttribometer (DL) verglichen. Die Entwicklung des COF der Beschichtung ist in Abb. 2 dargestellt. Wir stellen fest, dass die Beschichtung einen vergleichbaren COF-Wert von ~0,6 w\u00e4hrend des Verschlei\u00dftests aufweist. Die 20 Querschnittsprofile an verschiedenen Stellen der Verschlei\u00dfspur in Abb. 3 zeigen jedoch, dass die Beschichtung unter dem Totlastsystem einen viel st\u00e4rkeren Verschlei\u00df erf\u00e4hrt.<\/p>\n

Durch den Verschlei\u00dfprozess des Totlastsystems bei hoher Belastung und Geschwindigkeit wurden intensive Vibrationen erzeugt. Der massive, konzentrierte Druck an der Kontaktfl\u00e4che in Verbindung mit einer hohen Gleitgeschwindigkeit erzeugt erhebliche Gewichts- und Strukturschwingungen, die zu einem beschleunigten Verschlei\u00df f\u00fchren. Beim herk\u00f6mmlichen Totlasttribometer wird die Belastung durch Massengewichte aufgebracht. Diese Methode ist bei niedrigeren Kontaktbelastungen unter milden Verschlei\u00dfbedingungen zuverl\u00e4ssig; unter aggressiven Verschlei\u00dfbedingungen bei h\u00f6heren Belastungen und Geschwindigkeiten f\u00fchren die erheblichen Vibrationen jedoch dazu, dass die Gewichte wiederholt ausschlagen, was zu einer ungleichm\u00e4\u00dfigen Verschlei\u00dfspur und damit zu einer unzuverl\u00e4ssigen tribologischen Bewertung f\u00fchrt. Die berechnete Verschlei\u00dfrate betr\u00e4gt 8,0\u00b12,4 x 10-4 mm3\/N m, was eine hohe Verschlei\u00dfrate und gro\u00dfe Standardabweichung bedeutet.<\/p>\n

Das Nanovea T2000 Tribometer ist mit einem dynamischen Kontroll-Ladesystem ausgestattet, um die Schwingungen zu d\u00e4mpfen. Die normale Last wird mit Druckluft aufgebracht, wodurch unerw\u00fcnschte Schwingungen w\u00e4hrend des Verschlei\u00dfprozesses minimiert werden. Dar\u00fcber hinaus sorgt die aktive Belastungssteuerung im geschlossenen Regelkreis daf\u00fcr, dass w\u00e4hrend des gesamten Verschlei\u00dftests eine konstante Last aufgebracht wird und der Taststift der Tiefen\u00e4nderung der Verschlei\u00dfspur folgt. Wie in Abb. 3a zu sehen ist, wird ein deutlich gleichm\u00e4\u00dfigeres Profil der Verschlei\u00dfspur gemessen, was zu einer niedrigen Verschlei\u00dfrate von 3,4\u00b10,5 x 10-4 mm3\/N m f\u00fchrt.<\/p>\n

Die in Abb. 4 gezeigte Analyse der Verschlei\u00dfspur best\u00e4tigt, dass der Verschlei\u00dftest, der mit dem pneumatischen Druckluftsystem des Nanovea T2000 Tribometers durchgef\u00fchrt wird, eine glattere und gleichm\u00e4\u00dfigere Verschlei\u00dfspur im Vergleich zu einem konventionellen Totlasttribometer erzeugt. Dar\u00fcber hinaus misst das Nanovea T2000 Tribometer die Verschiebung des Tastereinsatzes w\u00e4hrend des Verschlei\u00dfprozesses, was einen weiteren Einblick in den Verlauf des Verschlei\u00dfverhaltens in situ erm\u00f6glicht.<\/p>\n

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Kontrollierte Oszillation bei Abnutzung der Cu-Probe<\/strong><\/p>\n

Mit dem parallel oszillierenden Belastungs-Elektromagnetmodul des Nanovea T2000 Tribometers k\u00f6nnen die Auswirkungen von kontrollierten Amplituden- und Frequenzschwingungen auf das Verschlei\u00dfverhalten von Materialien untersucht werden. Die COF der Cu-Proben wird in situ aufgezeichnet, wie in Abb. 6 dargestellt. Die Cu-Probe weist w\u00e4hrend der ersten Messung mit 330 Umdrehungen eine konstante COF von ~0,3 auf, was auf die Bildung eines stabilen Kontakts an der Grenzfl\u00e4che und eine relativ glatte Verschlei\u00dfspur hinweist. Im weiteren Verlauf des Verschlei\u00dftests deutet die Variation des COF auf eine Ver\u00e4nderung des Verschlei\u00dfmechanismus hin. Im Vergleich dazu zeigen die Verschlei\u00dftests unter einer amplitudengesteuerten Oszillation von 5 N bei 50 N ein anderes Verschlei\u00dfverhalten: Die COF steigt zu Beginn des Verschlei\u00dfprozesses sofort an und zeigt w\u00e4hrend des gesamten Verschlei\u00dftests erhebliche Schwankungen. Dieses Verhalten der COF deutet darauf hin, dass die aufgezwungene Oszillation in der Normallast eine Rolle f\u00fcr den instabilen Gleitzustand am Kontakt spielt.<\/p>\n

Abb. 7 vergleicht die mit dem integrierten ber\u00fchrungslosen optischen Profilometer gemessene Morphologie der Verschlei\u00dfspur. Es ist zu beobachten, dass die Cu-Probe unter einer kontrollierten Schwingungsamplitude von 5 N eine viel gr\u00f6\u00dfere Verschlei\u00dfspur mit einem Volumen von 1,35 x 109 \u00b5m3 aufweist, verglichen mit 5,03 x 108 \u00b5m3 ohne auferlegte Schwingung. Die kontrollierte Oszillation beschleunigt die Verschlei\u00dfrate signifikant um einen Faktor von ~2,7, was die kritische Wirkung der Oszillation auf das Verschlei\u00dfverhalten zeigt.<\/p>\n

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Kontrollierte Oszillation bei der Abnutzung der TiN-Beschichtung<\/strong><\/p>\n

Die COF und die Verschlei\u00dfspuren der TiN-Beschichtungsprobe sind in Abb. 8 dargestellt. Die TiN-Beschichtung weist ein deutlich unterschiedliches Verschlei\u00dfverhalten unter Oszillation auf, wie die Entwicklung der COF w\u00e4hrend der Tests zeigt. Die TiN-Beschichtung zeigt nach der Einlaufphase zu Beginn des Verschlei\u00dftests einen konstanten COF von ~0,3, was auf den stabilen Gleitkontakt an der Schnittstelle zwischen der TiN-Beschichtung und der Al\u2082O\u2083-Kugel zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Wenn jedoch die TiN-Beschichtung zu versagen beginnt, dringt die Al\u2082O\u2083-Kugel durch die Beschichtung und gleitet gegen das frische Stahlsubstrat darunter. Gleichzeitig entsteht in der Verschlei\u00dfspur eine betr\u00e4chtliche Menge harter TiN-Beschichtungsreste, wodurch aus einem stabilen Zweik\u00f6rper-Gleitverschlei\u00df ein Dreik\u00f6rper-Abriebverschlei\u00df wird. Eine solche \u00c4nderung der Materialpaarungseigenschaften f\u00fchrt zu gr\u00f6\u00dferen Schwankungen bei der Entwicklung der COF. Die aufgezwungene Oszillation von 5 N und 10 N beschleunigt das Versagen der TiN-Beschichtung von ~400 Umdrehungen auf unter 100 Umdrehungen. Die gr\u00f6\u00dferen Verschlei\u00dfspuren auf den TiN-Beschichtungsproben nach den Verschlei\u00dftests unter der kontrollierten Oszillation stehen im Einklang mit einer solchen \u00c4nderung der COF.<\/p>\n

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Schlussfolgerung<\/p>\n

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Das fortschrittliche pneumatische Belastungssystem des Nanovea T2000 Tribometers besitzt einen intrinsischen Vorteil als ein nat\u00fcrlich schneller Schwingungsd\u00e4mpfer im Vergleich zu traditionellen Totlastsystemen. Dieser technologische Vorteil pneumatischer Systeme gilt auch im Vergleich zu lastgesteuerten Systemen, die eine Kombination aus Servomotoren und Federn zur Aufbringung der Last verwenden. Die Technologie gew\u00e4hrleistet eine zuverl\u00e4ssige und besser kontrollierte Verschlei\u00dfbewertung bei hohen Belastungen, wie in dieser Studie gezeigt wurde. Dar\u00fcber hinaus kann das aktive Lastsystem mit geschlossenem Regelkreis die normale Last w\u00e4hrend der Verschlei\u00dftests auf einen gew\u00fcnschten Wert \u00e4ndern, um reale Anwendungen in Bremssystemen zu simulieren.<\/p>\n

Anstelle der Beeinflussung durch unkontrollierte Schwingungsbedingungen w\u00e4hrend der Tests haben wir gezeigt, dass das Nanovea T2000 Dynamic-Load Tribometer es dem Benutzer erm\u00f6glicht, das tribologische Verhalten von Materialien unter verschiedenen kontrollierten Schwingungsbedingungen quantitativ zu bewerten. Schwingungen spielen eine wichtige Rolle f\u00fcr das Verschlei\u00dfverhalten von Metall- und Keramikbeschichtungsproben.<\/p>\n

Das parallele elektromagnetische Schwingungsbelastungsmodul liefert pr\u00e4zise kontrollierte Schwingungen mit festgelegten Amplituden und Frequenzen, so dass der Benutzer den Verschlei\u00dfprozess unter realen Bedingungen simulieren kann, bei denen Umgebungsschwingungen oft ein wichtiger Faktor sind. Bei Vorhandensein von aufgezwungenen Schwingungen w\u00e4hrend des Verschlei\u00dfes zeigen sowohl die Cu- als auch die TiN-Beschichtungsproben eine deutlich erh\u00f6hte Verschlei\u00dfrate. Die Entwicklung des Reibungskoeffizienten und die in situ gemessene Tasterauslenkung sind wichtige Indikatoren f\u00fcr die Leistung des Materials w\u00e4hrend der tribologischen Anwendungen. Das integrierte ber\u00fchrungslose 3D-Profilometer bietet ein Werkzeug zur pr\u00e4zisen Messung des Verschlei\u00dfvolumens und zur sekundenschnellen Analyse der detaillierten Morphologie der Verschlei\u00dfspuren, was zu einem besseren Verst\u00e4ndnis des Verschlei\u00dfmechanismus f\u00fchrt.<\/p>\n

Das T2000 ist mit einem selbstabgestimmten, hochwertigen und drehmomentstarken Motor mit einem internen 20-Bit-Drehzahl- und einem externen 16-Bit-Positionsgeber ausgestattet. Er erm\u00f6glicht dem Tribometer einen un\u00fcbertroffenen Drehzahlbereich von 0,01 bis 5000 U\/min, der sich schrittweise oder kontinuierlich \u00e4ndern kann. Im Gegensatz zu Systemen, die einen unten angebrachten Drehmomentsensor verwenden, nutzt das Nanovea-Tribometer eine oben angebrachte hochpr\u00e4zise Kraftmesszelle, um die Reibungskr\u00e4fte genau und separat zu messen.<\/p>\n

Nanovea Tribometer bietet pr\u00e4zise und wiederholbare Verschlei\u00df- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi (einschlie\u00dflich 4-Kugel-, Anlaufscheiben- und Block-auf-Ring-Tests), mit optionalen Hochtemperatur-Verschlei\u00df-, Schmier- und Tribokorrosionsmodulen in einem vorintegrierten System. Die un\u00fcbertroffene Bandbreite des Nanovea T2000 ist eine ideale L\u00f6sung f\u00fcr die Bestimmung des gesamten Spektrums tribologischer Eigenschaften von d\u00fcnnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Haben Sie eine \u00e4hnliche Anwendung?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Dynamische Belastung Tribologie Einleitung Verschlei\u00df tritt in praktisch jedem Industriesektor auf und verursacht Kosten in H\u00f6he von ~0,75% des BIP1. Die Tribologieforschung ist von entscheidender Bedeutung f\u00fcr die Verbesserung der Produktionseffizienz, der Anwendungsleistung sowie der Einsparung von Material, Energie und Umwelt. Vibrationen und Schwingungen treten bei einer Vielzahl von tribologischen Anwendungen unvermeidlich auf. \u00dcberm\u00e4\u00dfige externe Schwingungen [...]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":8052,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[7,349,355,335,373,336],"tags":[],"class_list":["post-7974","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-application-notes","category-laboratory-testing","category-profilometry-volume-area","category-profilometry-testing","category-rotational-tribology","category-tribology-testing"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7974","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7974"}],"version-history":[{"count":45,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7974\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":24785,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7974\/revisions\/24785"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/8052"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7974"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7974"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/nanovea.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7974"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}