Experimentelle Untersuchung der instationären, dreidimensionalen Flüssigkeitskavitation in der Schmierspaltströmung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Reinke
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462581008

Die kompakte Bauform und der nahezu verschleißfreie Betrieb prädestinieren hydrodynamische Gleitlager für die Anwendung in einer Vielzahl von Verbrennungsmotoren. Jedoch kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen zur Schädigung des Lagers durch Kavitation kommen. Es kann gezeigt werden, dass die kavitationsgefährdeten Bereiche des Verbrennungszyklus durch hohe Exzentrizität und eine hohe Änderungsgeschwindigkeit der Schmierfilmdicke gekennzeichnet sind.Dazu hat der Antragsteller einen Ansatz entwickelt, der die Parameter Exzentrizität und Schmierfilmdickenänderung zusammengefasst, der die Kinematik der Wellenverlagerung im Hinblick auf Kavitationsgefahr beschreibt und der eine mechanisch-ähnliche Übertragung auf ein Modellexperiment ermöglicht.Zahlreiche Fachbeiträge beschreiben die von Kavitation verursachten Lagerschäden am Kurbeltrieb von Verbrennungsmotoren. Aus der Fülle der Anwendungen und des damit verbundenen möglichen Kavitationsrisikos fokussiert dieser Antrag auf Dieselmotoren, weil zum heutigen Zeitpunkt der Dieselmotor wegen seiner Effizienz und Zuverlässigkeit aus umweltpolitischer und wirtschaftlicher Sicht eine Brückentechnologie bei der Lösung der CO2-Problematik darstellt. Um die notwendige Abgasreinigung, die Verwendung alternativer Kraftstoffe und den Einsatz niedrig-viskoser Öle zu ermöglichen, müssen die Betriebsgrenzen verschoben werden, woraus höhere Bauteilbelastungen erwachsen, die im Falle der Motorlager in Form von Kavitation auftreten können. So erfordert die Umstellung auf alternative Kraftstoffe genaue Kenntnisse über das Betriebsverhalten nahe der Klopfgrenze, um den in der Regel geringeren Brennwert ggü. herkömmlichen Diesel zu kompensieren. Ein besseres Verständnis dieser Belastungsart kann den Entwicklern helfen, die Performanceziele zu erreichen.Ziel dieses Antrages ist es, durch detaillierte Versuche die Hypothese zu bestätigen, dass Saugkavitation in Radialgleitlagern durch Exzentrizität, Schmierfilmdickenänderung und die Kinematik der Wellenverlagerung im Parameterfeld von Lagerspiel und Reynoldszahl beschrieben wird. Damit soll ein tieferes Verständnis zum Vorgang der Saugkavitation in hydrodynamischen Gleitlagern gewonnen und ein Ansatz geliefert werden, um die Auslegung Motorlagern sicherer und effizienter zu gestalten. Ziel dieses Antrages ist es, die Dynamik der Blasenbildung in Abhängigkeit von der zeitlichen Veränderung des Minimalspalts zu untersuchen und erosionskritische Zonen zu identifizieren.Ziel dieses Antrages ist es, ein numerisches Modell mit experimentellen Daten zu validieren und damit ein Werkzeug zu entwickeln, um in einem Folgevorhaben Saugkavitation im Reallager zu simulieren.Ziel dieses Antrages ist es, mit den im Modellexperiment gewonnenen Ergebnissen die Voraussetzung zu schaffen, andere, für Gleitlager typische Kavitationsformen mit dieser Methode zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen