Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Tribologische Fluidmodelle für Antriebsstrangkomponenten

Um eine weitere Erhöhung der Energieeffizienz zu erreichen, spielt die Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrads durch Reibungsreduzierung in fluidgeschmierten Kontakten eine wesentliche Rolle. Ein maßgeblicher Baustein bei der Reibungsreduzierung ist das im Reibkontakt eingesetzte Fluid. Die Kenntnis der Wirkmechanismen der Fluidreibung unter tribologischer Beanspruchung ermöglicht eine direkte Einbindung in den Gestaltungs- und Konstruktionsprozess für die Antriebsstrangkomponenten, insbesondere in numerische Simulationsprogramme, die aufgrund des Fortschritts der Rechentechnik stark zunehmende Verbreitung finden.

Derzeit existieren jedoch nur Ansätze, das Fluidverhalten unter realen Kontaktbedingungen im Labor zu untersuchen. Das Vorgängervorhaben lieferte einen wesentlichen Beitrag, das Verhalten besser zu verstehen und das Reibverhalten berechenbar zu machen.

Das beantragte Vorhaben will auf diesen Erkenntnissen aufbauen und das rheologische Fluidverhalten bei instationärer Belastung erforschen, validieren und in Form von Fluidmodellen der numerischen Simulation im Produktentstehungsprozess zur Verfügung stellen, indem das Verhalten in weiterzuentwickelnden Laborrheometern untersucht, in praxisnahen Versuchen gemessen und mit Simulationswerkzeugen berechnet wird.

Der Nutzen besteht insbesondere für KMU darin, dass ein besseres Verständnis für die Reibungsmechanismen in geschmierten Kontakten vorliegt. Zudem kann anhand eines im Rahmen des Vorhabens weiterentwickelten Workflows nachvollzogen werden, welche Schritte zur Datengewinnung und Implementierung der Fluidmodelle in Simulationssoftware, die im eigenen Hause zur Verfügung steht, erforderlich ist und somit die Erkenntnisse aus dem Vorhaben einfach nutzen zu können. Die Erforschung der hierzu erforderlichen Grundlagen ist für KMU aufgrund des Personal-, Kosten- und Zeitaufwands nicht leistbar.

Ergebniszusammenfassung:

Zur Effizienzsteigerung geschmierter Maschinenbauteile werden seitens der Hersteller enorme Anstrengungen unternommen, die Reibungsverluste zu minimieren. Für einen erfolgreichen Produktentwicklungsprozess sind Simulationen des Kontakts und der Reibung ein wichtiges Werkzeug geworden. Neben vielen Aspekten spielt die Modellierung des Schmierstoffs (Öl), insbesondere dessen Viskosität, für korrekte Berechnungsergebnisse eine zentrale Rolle. Um das physikalische Verhalten von Schmierstoffen in geschmierten Kontakten, besser beschreiben zu können, wurden die Modelle, welche zur numerischen Berechnung solcher Kontakte verwendet werden, erweitert. Im Berichtszeitraum wurden diese neuen Modelle in ein bestehendes Berechnungsprogramm integriert und anhand von sechs Schmierstoffen auf ihre Validität überprüft, wobei gute Übereinstimmungen zwischen Versuchen und Berechnungen erzielt werden konnten.

Die neuartige Fluidmodellierung kann in der Praxis für die verbesserte Berechnung aller ölgeschmierten Systeme im Maschinen- und Fahrzeugbau angewendet werden. Hierdurch ist die Möglichkeit einer weiteren Optimierung und letztendlich einer Effizienzsteigerung der Systeme gegeben. Durch die hiermit verbundenen Energieeinsparungen leistet dies einen Beitrag zum Ressourcen- und Klimaschutz und steigert zudem die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen.