Entwicklung von Vorhersagemodellen für abweichungsbehaftete, thermo-elastohydrodynamisch geschmierte Kontakte (DeviaTEHD)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sandro Wartzack
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461627688

Die Reduktion von Reibungsverlusten in geschmierten Kontakten von Maschinenelementen ist eine wichtige Strategie zur Entwicklung energieeffizienter und verschleißbeständiger technischer Produkte. Neben dem Schmierungszustand, der Bewegungsart oder der Geometrie liegt eine Ursache der Entstehung von Reibungsverlusten in Gestaltabweichungen der Oberflächentopographie von Bauteilen, die im Rahmen der Fertigung entstehen. Die Gestaltabweichungen der Oberfläche können abhängig von ihrer Welligkeit und deren Struktur in unterschiedlichem Maße zu den Reibungsverlusten beitragen. Um die Entwicklung von energieeffizienten Maschinenelementen mit geschmierten Kontakten zu ermöglichen, ist für die Auslegung eine genaue Berechnung der vorhandenen thermo-elastohydrodynamischen (TEHD) Kontakte unter Berücksichtigung der Abweichungen aus der Fertigung notwendig.Es existieren bereits umfangreiche, analytisch lösbare Näherungsgleichungen zur Berechnung von Schmierfilm- und Pressungsparametern für infinite Linien- und dreidimensionale Punktkontakte. Allerdings fehlt diesen eine ausreichende Berücksichtigung von Fertigungsabweichungen, welche in jedem Bauteil auftreten. Gleichzeitig existieren zuverlässige, jedoch zeitaufwendige Simulationswerkzeuge für die TEHD Kontaktberechnung. Im Rahmen des Produktentwicklungsprozesses und bei der Verwendung in Mehrkörper- oder Systemsimulationen ist jedoch eine einfache und zeiteffiziente Anwendung eine wesentliche Anforderung an das zu verwendende Berechnungsmodell.Aufgrund von fehlenden Näherungsgleichungen für die genaue Berechnung von abweichungsbehafteten Kontakten ist das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens die Entwicklung von Vorhersagemodellen zur Ermittlung der zentralen und minimalen Schmierfilmhöhe sowie der maximalen Pressung und der Temperatur in konzentrierten Kontakten unter Berücksichtigung von Oberflächenabweichungen. Hierzu werden wellenförmige Gestaltabweichungen der Oberfläche parametrisch in TEHD Simulationsmodelle für den infiniten zweidimensionalen Linienkontakt sowie den dreidimensionalen Punktkontakt eingebunden. Mit dem lehrstuhleigenen TEHD Simulationswerkzeug TriboFEM werden durch diese beiden Modelle die Auswirkungen auf die Schmierfilmausbildung und Pressungsverteilung im Kontakt untersucht und eine Datenbasis generiert. Anhand dieser Datenbasis werden Vorhersagemodelle für den infiniten Linien- und dreidimensionalen Punktkontakt durch die Einführung eines zusätzlichen Korrekturfaktors zu den Näherungsgleichungen von DOWSON/HIGGINSON oder BLOK/MOES, durch komplexere Methoden, wie mathematische Regressionsanalysen und moderne Methoden des maschinellen Lernens. Über die Bewertung der Vorhersagemodelle anhand von Kriterien wie Genauigkeit, Anwendungsfreundlichkeit und Zeiteffizienz wird für den Linien- sowie den Punktkontakt ein geeignetes Vorhersagemodell ausgewählt. Am Ende dieses Forschungsvorhabens wird an einem Anwendungsbeispiel die Verwendung in der Produktentwicklung aufgezeigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen