Numerische Verschleißmodellierung von trocken-, misch- und grenzreibungsbehafteten Wälzkontakten

Abstract

Etwa 20 % des weltweiten Energieverbrauchs lassen sich auf die Überwindung von Reibung zurückführen. Zur Reduzierung von Reibungsverlusten werden im Maschinenbau daher verstärkt niedrigviskose Schmierstoffe eingesetzt, welche jedoch zu geringeren Schmierfilmdicken und damit zu einem vermehrten Betrieb von hochbelasteten Maschinenelementen im Misch- oder Grenzreibungsgebiet führen. Daraus resultiert wiederum eine mögliche Zunahme des Verschleißes. Da Verschleiß zu katastrophalen Ausfällen und Betriebsstörungen führen kann, bietet die zuverlässige Vorhersage und Berechnung von Verschleiß Vorteile hinsichtlich der ressourcenschonenden Auslegung von Maschinenelementen und der Berechnung von Lebensdauern. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine numerische auf der Finite-Elemente-Methode basierende umfassende Verschleißsimulation für geschmierte und trockenlaufende sowie beschichtete Wälzkontakte erarbeitet. Weiterhin wurde ein Vorgehensmodell zur experimentellen Ermittlung eines Verschleißkoeffizienten auf Modellebene für die Anwendung eines Verschleißmodells mithilfe eines 2-Scheiben-Tribometers aufgestellt. Zuletzt wurde ein Vergleich zwischen Ergebnissen der numerischen Verschleißsimulation und experimentellen Versuchen aufgestellt, um darauf aufbauend zukünftige Forschungspotenziale abzuleiten. Die Implementierung der Verschleißsimulation in kommerzieller Software sowie die Ableitung eines Vorgehensmodells zur experimentellen Ermittlung von Verschleißkoeffizienten auf Modellebene als Eingangsgröße für die Verschleißsimulation ermöglichen zukünftig eine breite Nutzbarkeit durch Forschende sowie Entwicklungsingenieurinnen und -ingenieure für verschiedenste technische Anwendungen.