9.2 Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR) und Ramanspektroskopie
9.3 Röntgen-Photonen-Spektroskopie (XPS)
11 Was zeichnet ein gutes Labor-Tribometer aus?
13 Literaturhinweise und Quellenangaben
13.1 Veröffentlichungen und Bücher
1 Einleitung
1.1 Tribometrie
Die Tribometrie beschäftigt sich mit dem Messwesen auf dem Gebiet der Tribologie.
Dies sind insbesondere die eingesetzten Prüfmaschinen (sog. Tribometer) und die aufgenommenen Messgrößen.
Die tribologische Prüftechnik ist und bleibt das wichtigste Hilfsmittel bei der Optimierung tribologischer Systeme. Obwohl in vielen Bereichen des täglichen Lebens und der Wissenschaft Computer die Arbeit übernommen haben, sind und bleiben mechanisch-dynamische Prüfungen auf Prüfständen in der tribologischen Forschung und Entwicklung unersetzlich. Sie sind notwendig, um unter Berücksichtigung von Kosten und Nutzen tribologische Systeme zu entwickeln und zu optimieren.
Prinzipiell erstreckt sich das Gebiet der Tribometrie von der Erprobung im Feld bis hin zum einfachen Laborversuch. Somit kann man jede Maschine auf der tribologische Fragestellungen untersucht werden, als Tribometer bezeichnen. In der Praxis versteht man unter Tribometer-Versuchen aber meist die relativ einfachen Laborprüfungen der Kategorie VI und V (Modell- und Probekörperversuche). Sowohl auf die unterschiedlichen Prüfmaschinen als auch die Prüfkategorien wird im Rahmen des Kapitels „3.4 - Modellprüfgeräte / Labortribometer“ noch detailliert eingegangen.
Neben der Beschreibung der wichtigsten Modell- und Bauteiltribometer werden auch wichtige Randthemen wie die eingesetzte Messtechnik, Oberflächenkennwerte und -analyse sowie auch Hinweise zur Statistik behandelt, um ein ausreichend breites Basiswissen zu schaffen, das es dem Leser letztendlich erlaubt, das volle Potential der Tribometrie auszuschöpfen.
Ein wichtiges Ziel dieses Buches ist es zu verdeutlichen, dass es in der modernen Tribometrie nicht mehr darum geht, blind Kennwerte zu erzeugen, sondern dass sie das Mittel ist, ein tiefgreifendes Verständnis für tribologische Vorgänge zu generieren.
1.2 Background: Das Kompetenzzentrum Tribologie Mannheim (KTM) an der Hochschule Mannheim
Das Kompetenzzentrum Tribologie verfügt zurzeit über mehr als 50 verschiedene Tribometer für Modell- und Freigabetests und zur Simulation unterschiedlichster tribologischer Systeme. Ergänzt wird der umfangreiche Prüfmaschinenpark durch Geräte und Apparaturen zur hochgenauen Analyse und Dokumentation von Oberflächen sowie für die Viskosimetrie, die Untersuchung des Alterungsverhaltens und die Ermittlung chemisch/physikalischer Kennwerte. Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsprojekte sind Untersuchungen unter Grenz- und Mischreibungsbedingungen. Das Kompetenzzentrum Tribologie arbeitet bei der Optimierung von tribologischen Systemen nach einem ganzheitlichen, systemanalytischen Ansatz (Abbildung 1). Das heißt, dass prinzipiell erst einmal alle möglichen Optimierungsansätzen wie Werkstoffe (Metalle, Keramiken, Kunststoffe), Beschichtungen und Schmierstoffe (Öle, Fette, Feststoffe) in Betracht gezogen werden. Ganz wichtig ist aber auch, nach maschinenbaulichen Lösungen zu suchen. Häufig liegt das Problem bereits in einer ungünstigen Konstruktion, ungeeigneter Endbearbeitung oder anderer systematischer Mängel. Mögliche Lösungsansätze werden dann in speziell und individuell geplanten Tribometerversuchen evaluiert. Erst am Ende erfolgt die Bewertung, in die dann auch wirtschaftliche Gesichtspunkte eingehen. Neben den öffentlich geförderten Projekten stellen auch bilaterale Kleinprojekte für KMU sowie der Technologietransfer einen Schwerpunkt der Arbeit dar.
Abbildung 1: Design-Thinking-Ansatz des KTM zur Problemlösung bzw. Optimierung tribologischer Systeme
In Rahmen der täglichen Arbeit stellt sich immer wieder die Frage über den Nutzen von Modell- und Laborprüfungen. Insbesondere die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Praxis wird hierbei häufig von skeptischen Kunden angezweifelt. Leider basieren viele dieser Zweifel tatsächlich auf schlechten Erfahrungen. Viele Kunden berichten von vollkommen gegensätzlichen Ergebnissen in den Modelltests und später in der Anwendung. Bei genauerer Betrachtung solcher Fälle muss man häufig feststellen, dass die Laborversuche für die praktische Fragestellung falsch ausgewählt, mit falschen Parametern durchgeführt oder einfach falsch interpretiert wurden.
In den letzten Jahren mussten wir mehrfach feststellen, dass es häufig an einem wissenschaftlichen Ansatz und ausreichend tribologischem Background fehlt. Teilweise kaufen sich Institute oder Firmen, die sich jahrelang mit anderen Themen beschäftigt haben, ein modernes Tribometer und wollen nun „auch noch den tribologischen Kennwert ermitteln“ (Originalzitat einer Firma, die sich zuvor auf chemische Materialanalysen konzentriert hatte). Das gleiche Problem sehen wir bei Instituten oder Abteilungen, die bisher auf die Computersimulation spezialisiert waren und denen nur noch der „tribologische Kennwert“ fehlt, um ein tribologisches System hochgenau im Computer abbilden zu können. Unterstützt wird diese Entwicklung von den Prüfstandsherstellern, die natürlich ein großes Interesse haben, ihre Geräte so zu bewerben, als ob jeder, ohne große Vorkenntnisse, problemlos tribologische Versuche durchführen könne. Das mag für einfache Modellprüfungen nach Norm vielleicht noch gelten. Werden die Versuche aber etwas anspruchsvoller, sind Bediener ohne Tribologie- und Maschinenbaukenntnisse häufig überfordert.
Dieses Buch soll dabei helfen, eine wissenschaftliche Vorgehensweise bei der Auswahl und dem Design geeigneter Laborprüfungen aufzeigen sowie Hinweise zur Auswertung der Versuche geben. Daneben werden zahlreiche Randaspekte betrachtet, die für die Interpretation der durchgeführten Versuche und für das Verständnis der tribologischen Vorgänge hilfreich sind.
1.3 Bedeutung und Aufgaben