TY - BOOK

T1 - Oberflächenmodifikationen in geschmierten Kontakten - ein Multiskalenansatz zur Verschleiß- und Reibungsbewertung

AU - Maier, Michael

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Ohne geschmierte Kontakte würden zahlreiche Maschinen aus dem täglichen Gebrauch nicht in gewünschter Art und Weise funktionieren. In Zeiten des globalen Klimawandels stellt die Effizienzsteigerung geschmierter Kontakte eine besondere Herausforderung dar. Einerseits besteht durch gezielte Maßnahmen, beispielsweise in Form von interimisitischen Stopps, oder niederviskosen Schmiermittel, die Möglichkeit der Effizienzsteigerung. Aufgrund der Systemeigenschaften des Kontaktes führt dies unter Umständen zu ungünstigen Betriebsbedingungen, welche in einem Betriebszustand im Mischreibungsbereich und in weiterer Folge in Verschleiß resultieren. Andererseits können durch gezielte Oberflächentexturierungen Reibungsverluste reduziert werden. Für die ganzheitliche Auslegung eines geschmierten Kontaktes sind dazu entsprechende Modelle erforderlich. Für physikalische Prozesse in geschmierten Kontakten, sind unterschiedlichen Größenskalen relevant. Um diese in einem Simulationsmodell zu beschreiben, sind mehrere Submethodiken obligatorisch. Die Charakterisierung der Oberflächentopografie erfolgt dabei in Mikromodellen. Die Mikrohydrodynamik und der Festkörperkontaktdruck sind die maßgeblichen Kennwerte aus dem Mikromodell, für welche entsprechende Simulationsmodelle erstellt wurden. Der Übergang der Oberflächentopografie vom Initialzustand zum eingelaufenen Zustand wurde mittels Simulationsmodelle der verschleißenden Oberfläche analysiert. Für die makroskopische Verschleißsimulation, am Beispiel eines hydrodynamischen Gleitlagers, wurde ein lokaler Ansatz herangezogen, wobei die verschleißabhängige Oberflächentopografie in Form eines variablen Mikromodells implementiert wurde. Parameter für die Quantifizierung des Verschleißes wurden dabei auf einem entkoppelten System ermittelt. Die Effekte von Oberflächentexturierungen auf die Hydrodynamik wurde mit Simulationsmodellen, basierend auf unterschiedlichen Gleichungssets erhoben. Die Validierung erfolgt auf einem neuartigen Prüfstand mit Pin on Disc Konfiguration zur Untersuchung von texturierten Schmierkeilen. Durch die Kombination der einzelnen Submethoden wird die Verschleißsimulation in texturierten Kontakten unter Berücksichtigung verschleißabhängiger Oberflächentopografien ermöglicht. Die Validierung der Verschleißsimulationen mit Experimenten zeigt die Signifikanz der verschleißabhängigen Oberflächentopografie auf die Verschleißentwicklung. Das Potenzial von künstlichen Oberflächentexturierungen zur Reibungsreduzierung konnte sowohl mit der Simulationsmethodik, als auch mit dem neuartigen Prüfstand aufgezeigt werden. Neben einem Auslegungswerkzeug ermöglicht die vorgestellte Methodik den Aufbau eines tieferen Verständnisses über die Verschleißprozesse und Wirkungsweise von Texturierungen in geschmierten Kontakten.

AB - Ohne geschmierte Kontakte würden zahlreiche Maschinen aus dem täglichen Gebrauch nicht in gewünschter Art und Weise funktionieren. In Zeiten des globalen Klimawandels stellt die Effizienzsteigerung geschmierter Kontakte eine besondere Herausforderung dar. Einerseits besteht durch gezielte Maßnahmen, beispielsweise in Form von interimisitischen Stopps, oder niederviskosen Schmiermittel, die Möglichkeit der Effizienzsteigerung. Aufgrund der Systemeigenschaften des Kontaktes führt dies unter Umständen zu ungünstigen Betriebsbedingungen, welche in einem Betriebszustand im Mischreibungsbereich und in weiterer Folge in Verschleiß resultieren. Andererseits können durch gezielte Oberflächentexturierungen Reibungsverluste reduziert werden. Für die ganzheitliche Auslegung eines geschmierten Kontaktes sind dazu entsprechende Modelle erforderlich. Für physikalische Prozesse in geschmierten Kontakten, sind unterschiedlichen Größenskalen relevant. Um diese in einem Simulationsmodell zu beschreiben, sind mehrere Submethodiken obligatorisch. Die Charakterisierung der Oberflächentopografie erfolgt dabei in Mikromodellen. Die Mikrohydrodynamik und der Festkörperkontaktdruck sind die maßgeblichen Kennwerte aus dem Mikromodell, für welche entsprechende Simulationsmodelle erstellt wurden. Der Übergang der Oberflächentopografie vom Initialzustand zum eingelaufenen Zustand wurde mittels Simulationsmodelle der verschleißenden Oberfläche analysiert. Für die makroskopische Verschleißsimulation, am Beispiel eines hydrodynamischen Gleitlagers, wurde ein lokaler Ansatz herangezogen, wobei die verschleißabhängige Oberflächentopografie in Form eines variablen Mikromodells implementiert wurde. Parameter für die Quantifizierung des Verschleißes wurden dabei auf einem entkoppelten System ermittelt. Die Effekte von Oberflächentexturierungen auf die Hydrodynamik wurde mit Simulationsmodellen, basierend auf unterschiedlichen Gleichungssets erhoben. Die Validierung erfolgt auf einem neuartigen Prüfstand mit Pin on Disc Konfiguration zur Untersuchung von texturierten Schmierkeilen. Durch die Kombination der einzelnen Submethoden wird die Verschleißsimulation in texturierten Kontakten unter Berücksichtigung verschleißabhängiger Oberflächentopografien ermöglicht. Die Validierung der Verschleißsimulationen mit Experimenten zeigt die Signifikanz der verschleißabhängigen Oberflächentopografie auf die Verschleißentwicklung. Das Potenzial von künstlichen Oberflächentexturierungen zur Reibungsreduzierung konnte sowohl mit der Simulationsmethodik, als auch mit dem neuartigen Prüfstand aufgezeigt werden. Neben einem Auslegungswerkzeug ermöglicht die vorgestellte Methodik den Aufbau eines tieferen Verständnisses über die Verschleißprozesse und Wirkungsweise von Texturierungen in geschmierten Kontakten.

KW - Contactsimulation

KW - Wear

KW - Surface textures

KW - Finite Elements

KW - Multiscalesimulation

KW - Tribokontaktsimulation

KW - Verschleiß

KW - Texturierungen

KW - Finite Elemente

KW - Multiskalensimulation

M3 - Dissertation

ER -