Leistungssteigerung von ölhydraulischen Kunststoff-Gleitschuhen durch eine physikalisch basierte transiente Auslegungsmethode

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

Ölhydraulische Antriebe sind in der Industrie, in mobilen Maschinen und in der Luftfahrt zentral, da sie hohe Kräfte und Momente bei herausragender Leistungsdichte und Dynamik wandeln, was von elektromechanischen Antrieben derzeit unerreicht bleibt. Eine Kernkomponente hydraulischer Antriebe sind Verdrängermaschinen, die als Pumpe und Motor dienen. Die Leistungsfähigkeit, Effizienz und Lebensdauer des am häufigsten verwendeten Typs, der Kolbenmaschine, wird maßgeblich durch den tribologischen Gleitschuh-Schrägscheibe-Kontakt bestimmt. Typischerweise werden Gleitschuhe aus bleihaltigen Buntmetallen hergestellt. Zusätzlich zur beschleunigten Ölalterung durch das im Buntmetall enthaltene Kupfer, droht ein Verbot dieser Legierungen durch die EU-REACH Verordnung aufgrund der Toxizität des Bleis. Ziel des Projektes ist es daher das Potential von Hochleistungskunststoffen als alternativen Werkstoff für den Einsatz in Kolbenpumpen-Gleitschuhen zu evaluieren. Zudem werden die notwendigen Grundlagen zur Auslegung und Prüfung von Kunststoff-Gleitschuhen erarbeitet und bewertet. Damit soll zur Verbesserung der Nachhaltigkeit sowie zum Umwelt- und Gesundheitsschutz in der Hydraulik beigetragen werden. Im vorangegangenen Projekt (Proj.-Nr.: 531424256) wurde mit Modellversuchen gezeigt, dass Kunststoffe die Reibung von Gleitschuhen signifikant senken. Ein erhöhter Verschleiß macht allerdings geometrische Anpassungen erforderlich. Zur Auslegung von Kunststoff-Gleitschuhen wurde daher die Grundfunktionalität einer quasi-statischen elasto-hydrodynamischen Auslegungsmethode erarbeitet. Diese wurde an einem Bauteilprüfstand-quasi-statisch validiert. In der Projektfortsetzung sollen die Methode und der Bauteilprüfstand transient dynamisch erweitert werden, um die Betriebsbedingungen von Gleitschuhen vollständig abzubilden. Durch eine Leistungssteigerung der Methode zur Abstimmung von Gleitschuhen, soll deren Lebensdauer erhöht werden. Zur Bewertung des Potentials von Kunststoffgleitschuhen und der Validierung der vollständigen Funktionalität der Auslegungsmethode werden zudem Kunststoff-Gleitschuh Funktionsmuster in einer Pumpe geprüft. Darauf aufbauend erfolgt abschließend eine Einflussanalyse und Bewertung der Modelle der Auslegungsmethode und der untersuchten tribologischen Prüfkette.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen