Verkürzung von Entwicklungszeiten durch Korrelation, Modellierung und Simulation unterschiedlicher Versuchskategorien in der Qualifikation von Kunststoff/Metall-Tribosystemen

• Antragsteller: Dr. Peter Klein; Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279587428

Bei der Entwicklung von komplexen mechanischen Systemen mit tribologischen Komponenten wird heutzutage anhand von einfachen Prüfanordnungen, wie etwa Pin-on-Disc oder Block-on-Ring, eine Materialauswahl oder -vorauswahl getroffen. Im weiteren Verlauf der Entwicklung werden die Prüfanordnungen in sechs Kategorien bis zum Feld immer praxisnäher gestaltet. Diese Vorgehensweise sichert einerseits den zuverlässigen Betrieb des Aggregats in der Anwendung ab, ist aber andererseits mit einem enormen Versuchs- und Kostenaufwand verbunden. Hier setzt das beantragte Forschungsvorhaben an. Durch die Ermittlung von Korrelationen zwischen unterschiedlichen Prüfkategorien und letztendlich Modellierung und Simulation sollen die Zusammenhänge zwischen den Prüfkategorien aufgeklärt und beschrieben werden. Die Vorgehensweise im beantragten Vorhaben besteht darin, die Verhältnisse in der Standardprüfanordnung und in einer anwendungsnahen Zwischengeometrie experimentell und mittels Simulation genau zu untersuchen, die Materialeigenschaften mit Hilfe eines mikromechanischen Modells vorherzusagen und so die Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der unterschiedlichen Tribosysteme genau zu ermitteln. Letztendlich soll der Versuchsaufwand für zunächst eine Kategorie (V) vollständig entfallen und durch Simulationen ersetzt werden. Dies führt zu einer erheblichen Reduktion des Kosten- und Zeitaufwands in der Entwicklung tribologischer Komponenten. Im Einzelnen verfolgen wir dabei folgende Ziele:* Erstellung eines FE-Mikromodells zur Homogenisierung der thermischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften.* Erstellung eines thermomechanischen FE-Modelles zur Simulation der Temperaturverteilung der Verformungen und des Verschleißes.* Beschreibung des Wärmehaushaltes in Standardprüfanordnungen (Block-on-Ring).* Beschreibung der thermisch und mechanisch verursachten Verformungen in Standardprüfanordnungen.* Beschreibung des Wärmehaushaltes und der Verformungen in einer anwendungsnahen Prüfanordnung.* Beschreibung der Wechselwirkungen von Temperatur und tribologischen Eigenschaften.* Vergleich der tribologischen Eigenschaften der unterschiedlichen Systeme und Ermittlung des Zusammenhangs auf Basis des Wärmehaushaltes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen