Experimentelle und numerische Untersuchung von Gleitlagern unter Minimalschmierung

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Thomas Hagemann; Professor Dr.-Ing. Michael Müller; Professor Dr.-Ing. Hubert Schwarze
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527815977

Nominell hydrodynamisch geschmierte Gleitlager werden unter verschiedensten Randbedingungen in Maschinen beispielsweise für die Energiewandlung oder in der Mobilität eingesetzt. Dabei ist eine Reduzierung der in Ihnen auftretenden Reibung ein übergeordnetes Ziel, um die Effizienz und Robustheit der Lagerung zu steigern. Das geplante Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der experimentellen Identifikation und der theoretischen Beschreibung von Radialgleitlagern unter Minimalmengenschmierung, die abseits des nominal Betriebs z. B. bei Anfahr-, Notlauf- oder Leerlaufvorgängen vorliegt. Oftmals stellen diese Betriebszustände kritische und schädigende Anteile des a priori bekannten Betriebsspektrums von Maschinen dar. Aufgrund des fehlenden Systemverständnis‘ und nicht vorliegender theoretischer Beschreibungen können diese in der industriellen Praxis wichtigen Betriebszustände jedoch nur unzureichend beurteilt werden. Somit werden zu ihrer Vermeidung oftmals ressourcenintensive Maßnahmen, wie z.B. die Applikation hydrostatischer Hilfsaggregate umgesetzt, obwohl die Notwendigkeit dieser Modifikationen unklar ist. Auf der anderen Seite zeigen experimentelle Arbeiten auf unterschiedlichen Kontakt-Größenskalen auf, dass für eine Minimierung der Reibung geringe Schmiermittelmengen ausreichen und auch Verschleiß eher moderat auftritt. Für eine verbesserte quantitative Einschätzung zum Reib- und Verschleißverhalten von Gleitlagern unter Minimalmengenschmierungszuständen verfolgt das beantragte Forschungsvorhaben daher das Ziel, eine grundlegende theoretische Beschreibung dieser Problematik auf der Lager-Größenskala in Verbindung mit der Rauheits-Größenskala zu entwickeln und diese durch experimentelle Untersuchungen zu validieren. Auf einem speziellen Mischreibungsgleitlagerprüfstand werden Reibwerte und Oberflächenänderungen über der Zeit bei unterschiedlichen Graden der Minimalmengenschmierung und verschiedenen Last-Drehzahl-Kombinationen erfasst. Die experimentelle Mikrokontakt-Untersuchung mit Hilfe eines Stift-Scheibe-Tribometers identifiziert die veränderlichen Kontaktarten und -intensitäten, die in Abhängigkeit von der im Spalt vorhandenen Schmiermittelmenge vorliegen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen fließen in spezifische Modelle für den Mikrokontakt ein, um durch geeignete Modellerweiterungen u. a. auch zur Materialumlagerung eine Vorhersagbarkeit der tribologischen Kontaktparameter zu ermöglichen. Die Erkenntnisse der zuvor genannten Schritte stellen wiederum den Input in ein erweitertes Berechnungsverfahren für die Makroebene des Gleitlagerkontaktes dar, dessen iterative Algorithmen auf die zu untersuchenden Fragestellungen optimiert werden. Die in diesem Projekt angestrebten Forschungsergebnisse lassen einen signifikanten Fortschritt auf dem Gebiet minimalmengengeschmierter Kontakte erwarten und sind aufgrund der Wahl allgemeiner Modellbeschreibungen auch auf andere tribologische Systeme übertragbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen