Dünne Schmierfilme II - Einfluss der Schmierfettzusammensetzung auf den Schmierfilmaufbau im EHD-Kontakt
FVA 580 II, IGF-Nr. 19027 N
Reibung und Verschleiß von Wälzlagern werden maßgeblich durch den verwendeten Schmierstoff und die resultierende Schmierfilmausbildung im Wälzkontakt beeinflusst. Bei fettgeschmierten Kontakten kann es, abhängig von der Fettzusammensetzung und Betriebsparametern, zu einer unerwünschten Schmierfilmabnahme aufgrund eines Schmierstoffmangels im Kontakt kommen. Dieser Effekt wird als Starvation bezeichnet und tritt nach Definition in der Literatur bei der Rollgeschwindigkeit auf, bei der die Schmierfilmdicke unter die des Grundöls absinkt. Da diese Abnahme bisher nicht prognostiziert werden kann und es somit zu Unsicherheiten bei der Auslegung von Wälzlagern führen kann, war es Ziel in dem Vorhaben, die Einflüsse auf die Schmierfilmausbildung fettgeschmierter EHD-Kontakte zu identifizieren. Dafür wurden an einem Kugel/Scheibe-Tribometer Schmierfilmdickenmessungen an unterschiedlichen Schmierfetten durchgeführt.
Mit der erarbeiteten Messprozedur können Schmierfette nun reproduzierbar hinsichtlich ihrer Schmierwirkung verglichen werden und das Auftreten von Starvation identifiziert werden. Dabei zeigte sich, dass die Schmierfette mit PAO-Grundöl und Lithium-/Komplex- bzw. Polyurea-Verdicker ein spätes Auftreten von Starvation im Vergleich zu den anderen Schmierfetten aufweisen. Im Allgemeinen zeigen die Ergebnisse, dass Verdicker und Grundöl zusammen den Schmierfilm bilden und die Gewichtung dieser Anteile von der Fettzusammensetzung sowie den Betriebsparametern abhängig ist. Der Verdicker trägt zum einen durch eine Verdickerschicht, die sich auf den Oberflächen der Kontaktpartner absetzt, und zum anderen durch freie Verdickerpartikel, die den Kontakt passieren können, zum Schmierfilmaufbau bei. Der Grundölanteil bildet sich aus der Menge an ausgeblutetem Öl, welches im Betrieb aus dem Fett austritt, und bewirkt einen hydrodynamischen Schmierfilmaufbau. Die zur Verfügung stehende Menge an ausgeblutetem Öl wird durch das Ausblutverhalten des Fettes bestimmt, welches teilweise mit der Schmierfilmausbildung korreliert werden konnte. Des Weiteren wird die zur Verfügung stehende Menge an ausgeblutetem Öl durch dessen Strömungsverhalten um den Kontakt beeinflusst. Verdrängung und Rückströmung von Öl werden als Replenishment bezeichnet, welches das Schmierstoffangebot zwischen zwei Überrollungen bestimmt.
Der Einfluss des Replenishments auf das Schmierstoffangebt wurde mit CFD-Simulationen untersucht, und es wurde gezeigt, dass das Strömungsverhalten des Öls maßgeblich durch Oberflächen- bzw. Kapillarkräfte in Kontaktnähe getrieben wird. Außerdem spielt das Benetzungsverhalten bzw. der Kontaktwinkel zwischen Fluid und Oberfläche eine wesentliche Rolle. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Verdrängung auf die Schmierfilmausbildung mit einer Erweiterung des Kugel/Scheibe-Tribometers um einen Verdrängerkontakt genauer untersucht. Damit konnte gezeigt werden, dass die Schmierfilmdicke durch gezielte Verdrängung von Schmierstoff reduziert werden kann und somit Schmierfilmausbildung und das Auftreten von Starvation von der Überrollfrequenz der aufeinander folgenden Kontakte abhängen.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19027 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
