MCL – MATERIALS CENTER LEOBEN FORSCHUNG GMBH
FORSCHUNGSSCHWERPUNKT
COMET K2 MPPE
Strategisches
Forschungsprojekt
40
A 6.8
Die Kontaktmechanik ist in vielen Bereichen von Interesse: bei Gleit- und Wälz-
lagern, Kupplungen, Bremsen, Verbrennungsmotoren, Gelenken und Dichtungen
ebenso wie in der Umformung und Materialbearbeitung. Sie wird wesentlich von
den Materialeigenschaften beeinflusst und ist verantwortlich für Zuverlässigkeit,
Energieeinsparung und Standfestigkeit.
Maschinenbauliche Kontakte zwischen relativ zueinander bewegten Bauteilen mit
Kontaktpressung sind in der Regel geschmiert. Die bei hochbelasteten Hertzschen
Kontakten entstehenden Drücke bis zu 20.000 bar führen zu einer erheblichen An-
strengung im Werkstoff. Ziel des vorliegenden Projekts ist daher die Bewertung der
Schmierfilmbildung und der lokalen Werkstoffanstrengung von geschmierten Syste-
men. Durch Berücksichtigung eines heterogenen Werkstoffaufbaus geht dieser An-
satz entscheidend über konventionelle Simulationsmethoden hinaus. Zusätzlich wird
die tribologische Funktionsweise von heterogenen Gleitwerkstoffen für großflächige
Kontakte versuchs- und simulationstechnisch abgebildet.
Für die Bewertung der wahren Beanspruchung und der Schmierfilmbildung unter
Berücksichtigung der Heterogenität des Werkstoffs in Hertzschen Kontakten wurde
eine thermoelastohydrodynamische (TEHD) Simulation basierend auf COMSOL Mul-
tiphysics entwickelt. Damit kann die lokale Schmierfilmdicke, der Druckverlauf, die
Beanspruchung der Werkstoffe und die Temperaturverteilung ermittelt werden. Die
Berücksichtigung des Einflusses der Temperatur auf die Schmierfilmbildung ist bei-
spielsweise bei Zahnradkontakten besonders wichtig. Neben der Analyse von Bau-
teilen, wie Gleitlagern, Nockenwellen, Wälzlagern und Verzahnungen, ermöglicht die
Methodik ebenso die Bewertung von tribologischen Ersatzmodellen und führt damit
zu einer deutlichen Verbesserung in der Bewertung und Übertragung der gewonnen
Erkenntnisse.
Die Beschreibung der im thermoelastohydrodynamischen Kontakt auftretenden
Reibkräfte (Reibleistung, Reibverlust) erfolgt unter Berücksichtigung der Fluidei-
genschaften mittels bekannter Gleichungen. An ausgewählten Schmierölen wurden
Hochdruckmessungen durchgeführt, um die rheologischen Eigenschaften zu be-
stimmen. Die tribometrische Validierung erfolgte mittels einer eigens entwickelten
Gekoppelte Simulation der Belastungsfähigkeit von
Materialien mit heterogenem Gefüge bei geschmiertem
Kontakt
a) Hertzscher Kontakt, thermoelastohydrodynamische (TEHD) Betrachtung bei heterogenen Gleitwerkstoffen; b) großflächige Kontakte bei Gleitlagern, hydrodynamische (HD) Betrachtung
b)
a)