In allen Diagrammen liegen die µ(t)- Kurven in einem engen Streuband, das bei dem Belag A2 in der Phase III am breitesten ist. Die Breite der Streubänder ist bei kleiner Belastung (Phase II) für alle drei Reibwerkstoffe enger als bei größerer Belastung (Phase III).
Während in der Phase II die µ(t)- Kurven der beiden Beläge A1 und A2 mit der Bremszeit verhältnismäßig steil ansteigen (Bild 6.6 a und b), verändert sich bei dem Belag B unter gleicher Belastung der µ(t)- Wert über die Bremszeit relativ wenig (Bild 6.6 c).
Diese Unterschiede bestehen auch in der Phase III. Die Ursache für die konstanten Reib-eigenschaften des Belags B scheint sein hoher Kautschukanteil zu sein, der in der Kon-taktzone als eine Art Schmiermittel wirkt und die Wirkung der abrasiven Stoffe im Belag in den Hintergrund drängt. Diese machen sich in der Phase III bemerkbar und bewirken den durch Schwingungen überlagerten Verlauf der µ(t)- Kurven.
Bild 6.7: Verschleißfortschritt. a) im Dauerbremsbetrieb, Phase I nach Bild 6.2, b) in zwi-schengeschalteten Messreihen bei relativ kleiner Belastung und Raumtemperatur, pR= 56 N/cm2; AR= 16 cm2; ϑG Phase I= 120°C.
zwischengeschalteten Reibspiele bei relativ kleiner Belastung unter Raumtemperatur.
Um beurteilbare Kennwerte zu schaffen, wurden aus diesen gemessenen Verschleißwerten die Verschleißkennzahlen für die drei Beläge in den drei Belastungsstufen errechnet und in-Tabelle 6.1 zusammengestellt.
Die den einzelnen Belastungsphasen zugrundeliegenden Belastungskennwerte enthält Tabelle 6.2.
0,003m /s
B A2 Belag A1
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
ZR= 500 Phase I
Gewichtsverlust ∆m [g]
b) nach rel. kleiner Belastung (Schritt 2 im Bild 6.1)
1 3 6
Zyklusnummer ZC nn [-]
2 4 5
Gewichtsverlust∆m [g]
a) nach rel. großer Belastung (Schritt 4 im Bild 6.1) 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Belag A1
A2 B
1,3 m /s tR=
0,5 h
Dauerbremsbetrieb Phase I
Aus dieser Tabelle ist zu erkennen, wie stark sich die Reibleistung q˙ , die Reibarbeit qund die während eines Messzyklus jeweils eingebrachte Gesamtenergie Q in den drei Phasen im Dauerbetrieb und im Stoppbetrieb von den gleichen Größen unter relativ kleiner Belas-tung bei Raumtemperatur unterscheiden.
Die weiteren Überlegungen stützen sich auf Tabelle 6.1. Neben den Verschleißkennzahlen k wurde für jede Phase auch das Verschleißverhältnis Vk bestimmt. Es wird durch den Quotienten aus der Verschleißkennzahl k bei relativ kleiner Belastung und der Verschleiß-kennzahl bei der anschließenden relativ großen Belastung errechnet.
Die unerwartet großen Vk-Werte fallen ins Auge. Aus ihnen lässt sich schließen, dass die Reibschicht, die sich im Bereich hoher Reibflächentemperaturen gebildet hat, ihre Bin-dungseigenschaften zum Grundwerkstoff verliert, wenn die Reibflächentemperatur auf Raumtemperatur abgesenkt wird. Es scheint so, als ob sich die obere Lage der Reibschicht dabei von der darunterliegenden noch mit dem Grundwerkstoff verbundenen Schicht löst, und in den zwischengeschalteten Reibspielen bei Raumtemperatur durch die mechanische Belastung abgetragen wird.
Dieser Vorgang hat allerdings keinen signifikanten Einfluss auf die Reibeigenschaften der Paarung bei höherer thermischer Belastung, denn es findet, wie bereits Bild 6.3 gezeigt hat, trotz der zwischengeschalteten Reibspiele ein kontinuierlicher Aufbau der Reibschicht statt, der in einen stationären Reibzustand mündet. Dies wäre nicht der Fall, wenn die abge-tragene obere Lage der Verschleißschicht einen signifikanten Einfluss auf die Reibeigen-schaften nehmen würde.
Eine weitere Botschaft liefert die Beobachtung, dass die im Stoppbetrieb gemessene Verschleißkennzahl der Phase II (k= 0,07; 0,06; 0,03 cm3/kWh) und der Phase III (k= 0,056;
0,055; 0,044 cm3/kWh) (Tabelle 6.1) ungefähr gleich sind, obwohl gemäß Tabelle 6.2 die Reibleistung und Reibarbeit und nach Bild 6.3 die Reibflächengrundtemperatur sich stark voneinander unterscheiden. Dagegen verdoppeln sich die Verschleißkennzahlen der zwi-schengeschalteten Messreihen bei relativ kleiner Belastung unter Raumtemperatur in der Phase III (k= 39,3; 35,4; 37,6 cm3/kWh) gegenüber der Phase II (k= 21,2; 20,4; 9,8 cm3/kWh) nahezu. Diese Beobachtung zeigt, dass sich die Reibschicht durch die
Vergröße-Bild 6.8: Verschleißfortschritt. a) nach Stoppbremsungen, Phase II und III nach Vergröße-Bild 6.2, b) in zwischengeschalteten Messreihen bei relativ kleiner Belastung und Raumtemperatur.
pR= 56 N/cm2, AR= 16 cm2; ϑG PhaseII= 120 °C; ϑG PhaseIII= 190 °C.
rung der thermischen Belastung aus der Phase II in die Phase III zwar verändert, dass sie da-durch allerdings nicht merkbar stärker verschleißt, sondern der verstärkte Abtrag der Reib-schicht erst nach Abkühlung eintritt. Zu der gleichen Aussage führt der Vergleich der zuge-hörigen Verschleißverhältnisse Vk aus den Phasen II und III in Tabelle 6.1. Damit wird be-stätigt, dass die Reibschichteigenschaften stark von der Reibflächentemperatur bestimmt
b) nach rel. kleiner Belastung (Schritt 2 im Bild 6.1) 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Belag A1
A2
B
Phase II Phase III
Gewichtsverlust∆m [g]
7 9 10 13 14
Zyklusnummer ZC nn [-]
8
Gewichtsverlust ∆m [g]
a) nach rel. großer Belastung (Schritt 4 im Bild 6.1) 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Stoppbremsungen
B A2 Belag A1 ZB
= 100
Phase II Phase III
10,4 m /s 15,7 m/s
11 12 15
werden. Es lässt sich daraus schließen, dass im Bereich höherer Temperaturen das Binde-mittel nicht nur im Grundwerkstoff wirksam ist, sondern auch die Verschleißpartikel bindet, während bei Raumtemperatur diese Bindung zwischen dem Grundwerkstoff und den Verschleißpartikeln nicht mehr besteht.
Die Verschleißkennzahlen sind im Dauerbetrieb um ein Mehrfaches größer als im Stoppbe-trieb unter Phase II (Tabelle 6.1), obwohl sich die Oberflächengrundtemperaturen nicht wesentlich voneinander unterscheiden. Dies zeigt, dass ein grundsätzlicher Unterschied zwischen dem Reibprozess im Dauerbetrieb und im Stoppbetrieb bestehen muss. Während im Dauerbetrieb die Reibpaarung kontinuierlich über eine lange Zeit belastet wird, wird sie im Stoppbetrieb bei jedem Reibspiel nur kurzfristig, wenn auch mit einer höheren Reibleis-tung, belastet. Zwischenzeitlich hat sie während des Stillstands der Scheibe die Möglich-keit, sich zu erholen. Diese Erholungsphasen stehen der Reibpaarung im Dauerbetrieb nicht zur Verfügung. Infolge der kontinuierlichen Lasteinbringung sind die lokalen thermischer Beanspruchungen größer als im Stoppbetrieb, und darauf beruhen wohl die größeren im Dauerbetrieb gemessenen Verschleißkennzahlen.
Tabelle 6.2: Reibleistung und Reibarbeit in den Belastungsphasen I-III nach Bild 6.2 und in den zwischengeschalteten Messreihen bei relativ kleiner Belastung und Raumtemperatur.
q [W /cm2] q [kJ/cm2] Q10 3[kWh]
Programm
nach Bild 6.2 Belastungsarten
A1 A2 B A1 A2 B A1 A2 B
Dauerbetrieb vR= 1,3 m/s;
ϑG=120°C
47,3 45,9 49,5 85,2 82,6 89,1 2271 2201 2376 Phase I
Dauerbremsung abwechselnd
mit rel. kleiner
Belastung
rel. kleine Belastung bei Raumtemperatur
0,067 0,071 0,076 0,67 0,71 0,76 8,96 9,41 10,1 Stoppbetrieb
vR= 10,4 m/s;
ϑG=120°C
244,6 250,4 221,3 1,14 2034
Phase II Stoppbremsung
abwechselnd mit rel. kleiner
Belastung
rel. kleine Belastung bei Raumtemperatur
0,072 0,074 0,072 0,72 0,74 0,72 6,42 6,57 6,42 Stoppbetrieb
vR= 15,7 m/s;
ϑG=190°C
351,7 316,5 334,1 2,61 5795
Phase III Stoppbremsung
abwechselnd mit rel. kleiner
Belastung
rel. kleine Belastung bei Raumtemperatur
0,074 0,081 0,076 0,74 0,81 0,76 8,21 8,96 8,40
Die Beobachtung bezüglich des unterschiedlichen Verschleißverhaltens im Dauerbetrieb und im Stoppbetrieb gilt sowohl für die beiden Beläge A1 und A2 als auch für den stark kautschukhaltigen Belag B, wie die entsprechenden Verschleißkurven in den Bildern 6.7 und 6.8 zeigen.
In beiden Fällen liegen die Verschleißwerte des Belages B zwar weit unterhalb der Verschleißkennwerte der beiden verwandten Beläge A1 und A2, aber für alle drei Beläge sind die Verschleißkennwerte bei der relativ kleinen Belastung auf dem Haft- /Gleit-reibungsprüfstand (Diagramme b) in den Bildern 6.7 und 6.8 ungefähr gleich den Ver-schleißwerten bei der relativ großen Belastung auf dem Teilbelagprüfstand (Diagramm a).
Um einen weiteren Unterschied zwischen den Belägen A1 und A2 sowie dem Belag B sichtbar zu machen, sind im Bild 6.9 für die Beläge A2 und B die auf dem Haft- /Gleit-reibungsprüfstand nach jeweils vorausgehender thermischen Belastung gemessenen mitt-leren Reibungszahlen gegenübergestellt, und zwar getrennt für die Belastungsphasen I, II und III. Jedes der Diagramme in Bild 6.9 zeigt jeweils zwei Messkurven. Die mit dem kleineren Index gehört zum ersten Messzyklus, die mit dem großen Index zu dem letzten Messzyklus einer Belastungsphase.
Für den Belag A2, der ähnliche Eigenschaften hat wie der Belag A1, liegen die Reibungs-zahlkurven in allen drei Belastungsphasen eng zusammen (Bild 6.9 a). Dies gilt auch für den Belag B (Bild 6.9 b), jedoch nur für die beiden leichteren Belastungsphasen I und II, nicht jedoch für die Phase III mit der stärksten Belastung. Hier wächst die bei Raumtempe-ratur auf dem Haft- /Gleitreibungsprüfstand gemessene Reibungszahl trotz jeweils gleicher Belastung mit zunehmender Zykluszahl an. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Reibeigen-schaften des Belages B in der Phase III nicht mehr stationär sind, auch wenn die Verschleiß-kennwerte in Tabelle 6.1 besonders klein sind. Ein Hinweis auf die Überlastung liefert auch das Bild 6.5 d, wo die mittlere Reibungszahl im Reibbetrieb nach Steigerung der thermischen Belastung von Phase II nach Phase III abgefallen ist und einen unruhigeren Verlauf zeigt.
Bild 6.9: Veränderung der Größe und des Verlaufs der mittleren Reibungszahl µm in Reib-paarungen mit unterschiedlich aufgebauten Reibbelägen bei relativ kleiner Belastung. Me-tallischer Reibwerkstoff St 52-3 (S 355 J2G3). pR= 56 N/cm2; vR= 0,005 m/s; AR= 16 cm2.