Validierung einer Simulationsmethodik zur Auslegung von additiv gefertigten Kunststoff-Gleitschuhen von ölhydraulischen Kolbenmaschinen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Katharina Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531424256

Kolbenmaschinen sind aufgrund ihrer Hochdruckfähigkeit und der Möglichkeit zu großen Volumenströmen sowie einer hohen Effizienz essentiell für stationäre und mobile ölhydraulische Anwendungen. In Axialkolbenmaschinen werden Gleitschuhe zur Abstützung der Kolben auf der Taumel- bzw. Schrägscheibe eingesetzt. Nach aktuellem Stand der Technik werden die Gleitschuhe in ölhydraulischen Kolbenmaschinen aus Bleibronze oder bleihaltigem Sondermessing gefertigt, um die notwendige hart/weich-Paarung im tribologischen Kontakt zu realisieren. Blei ist jedoch bereits seit 2018 als besonders besorgniserregender Stoff auf der Kandidatenliste zur Aufnahme als zulassungspflichtiger Stoff in der REACH Verordnung von der Europäischen Chemikalienagentur gelistet. Die Vermeidung von Blei ist deshalb von hoher Priorität für eine zukunftsfähige und nachhaltigere Hydraulik. Eine mögliche Alternative zu Gleitschuhen aus bleihaltigen Legierungen stellen additiv gefertigte Kunststoffgleitschuhe dar. Gleitschuhe aus Kunststoff werden in der Wasserhydraulik bereits erfolgreich eingesetzt. Am antragstellenden Institut wurde ein Simulationsmodell speziell für Gleitschuhe entwickelt. Dieses soll im Rahmen des hier beantragten Forschungsvorhabens erweitert werden. Dabei liegt der Fokus auf der Abbildung der nichtlinearen Deformation bei Kunststoffbauteilen. Gleichzeitig werden Gleitschuhe mit additiven Fertigungsverfahren hergestellt und analysiert, um die Eignung verschiedener Materialien, Verfahren und Geometrien zu evaluieren. Anschließend wird eine simulative Parameterstudie durchgeführt und ausgewertet. Mit der experimentellen Untersuchung der entwickelten Kunststoffgleitschuhe auf einem speziellen Einzelkontaktprüfstand sollen die Simulationsmethodik validiert und die Einsatzgrenzen der Bauteile eruiert werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist das Kombinieren der simulativen und experimentellen Möglichkeiten am antragstellenden Institut zum Erforschen der erforderlichen Grundlagen für die Auslegung von Gleitschuhen für ölhydraulische Kolbenmaschinen, die additiv aus Kunststoffen hergestellt sind. Die neu gewonnenen Erkenntnisse sind ein wichtiger Beitrag zur Substitution von bleihaltigen Legierungen und zur Ressourceneffizienz in ölhydraulischen Kolbenmaschinen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen