Multiskalensimulation zur Prognose der Reaktionsschichtbildung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556252784

Die Bildung von Reaktionsschichten in Wälzlagern ist abhängig von den Kontaktparametern (u.a. Roll-/Gleitgeschwindigkeit, Druck, Temperatur) und insbesondere vom eingesetzten Schmierstoff (Grundöl, Additiv). Die Forschung an Wälzlagern zeigt einen erheblichen Einfluss eines vorgeschalteten Einlaufes, der die Schichtbildung bei moderaterer Mischreibung forciert und den Verschleißwiderstand eines Wälzlagers unter kritischen Betriebsbedingungen signifikant verbessert. Bei den bisherigen Untersuchungen zur Bildung von verschleißschützenden Reaktionsschichten in Einlaufprozessen handelt es sich um Einzelergebnisse aus FE8-Wälzlagerprüfgeräten, bei denen die treibenden Kontaktparameter für die Schichtbildung nicht unabhängig einstellbar sind. Eine systematische Aufarbeitung der Schichtbildung in einem zu definierenden Parameterfeld fehlt bis heute. Zudem erfolgte die Betrachtung nur mit globalen Kontaktparametern eines Wälzkontaktes. Zur Berechnung der lokalen Kontaktparameter sind μTEHD-Kontaktsimulationen Stand der Technik, die auch Mischreibungszustände abbilden können. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Oberflächen werden dabei durch gekoppelte FEM-Modelle abgebildet. Allerdings werden die Reaktionsschichten bei dieser Betrachtung nicht berücksichtigt, sodass die lokalen Drücke, Scherspannungen und Temperaturen nicht genau ermittelt werden können. Daher ist es mit den bisherigen µTEHD-Modellen nicht möglich, die Reaktionsschichtbildung hinreichend genau zu prognostizieren. Ziel dieses Vorhabens ist daher ein gekoppeltes μTEHD-MD/DFT-Multiskalenmodell zur Berechnung der lokalen Drücke, Scherung und Temperaturen und zur Prognose der Reaktionsschichtbildung in tribologischen Kontakten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5962: Multiskalenmodellierung der Reaktionsschichtbildung