„Entwicklung einer robusten Dünnschichtsensorik zur Messung der Temperatur in mischreibungsbeanspruchten thermoelastohydrodynamischen Kontakten“

Die genaue Kenntnis der thermischen Bedingungen in einem geschmierten Wälzkontakt ermöglicht eine optimale Auslegung von wälzbeanspruchten Systemen. Mit modernen thermoelastohydrodynamischen (TEHD) Simulationsmodellen gelingt es, kostenintensive Bauteilversuche zu reduzieren und den Produktentwicklungsprozess zu verkürzen. Die Bedingung hierfür ist, dass die berechneten Temperaturen validiert sind. Dazu wurde eine verschleißfeste Dünnschichtsensorik zur langzeitstabilen Messung von Temperaturen in mischreibungsbeanspruchten Wälzkontakten entwickelt und damit ein leistungsfähiges 3D TEHD-Simulationsmodell validiert. Hierzu erfolgte ein Abgleich von Temperaturmessungen in einem Zwei-Scheiben-Kontakt mit TEHD-Berechnungsergebnissen bei Flüssigkeits- und Mischreibung.

Abbildung 1 zeigt eine Prüfscheibe mit der entwickelten Dünnschichtsensorik. Der Vergleich von Messung und Berechnung bei Mischreibung verdeutlicht zum einen die hohe Ortsauflösung des Sensors und zum anderen, dass das TEHD-Simulationsmodell, wie dieses in der Software Tribo-X realisiert ist, eine sehr gute Übereinstimmung zeigt. Dies ist nicht nur am qualitativen und quantitativen Verlauf der Temperaturverläufe ersichtlich, sondern wird auch beim Vergleich der gemessenen und berechneten Reibungszahl von μMess = μSim = 0,048 erkennbar. Weiterhin wurde die Funktionsfähigkeit des Sensors in ersten Zahnradversuchen nachgewiesen. In einem Folgevorhaben soll der Sensor auf die zusätzliche Messung von Druck und Schmierspalthöhe erweitert werden und bei Zahnrädern und Wälzlagern zum Einsatz kommen.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19330 BG 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.

Abbildung 1: Dünnschichtsensor zur Messung der reibbedingten Temperaturerhöhung in geschmierten Wälzkontakten inkl. Vergleich mit einer TEHD-Simulation (pmax 1500 MPa, S 40%, vsum 2 m/s, ISO VG 100 (FVA 3), Töl 60°C)