Reibwertentwicklung in Bauteilfugen
FVA 922 I | IGF-Nr. 21564 BG
Simulation der Reibwertentwicklung in dynamisch beanspruchten Bauteilfugen
In dynamisch beanspruchten Bauteilkontakten führen Mikroschlupfbewegungen zu einer lokalen Änderung des Reibwerts (Reibwertentwicklung), dessen Kenntnis für die Auslegung von Bauteilkontakten benötigt wird. Nicht zuletzt wegen fehlender experimenteller Zugänglichkeit der Kontaktfläche muss der sich lokal einstellende Reibwert durch Simulation ermittelt werden.
Im Projekt wurde eine Methode zur Simulation der Reibwertentwicklung in dynamisch beanspruchten Bauteilkontakten in Abhängigkeit der dissipierten Reibarbeit entwickelt. In einem standardisierten Modellprüfverfahren mit einfachen Probekörpern wird durch eine definierte dynamischen Kontaktbeanspruchung (Flächenpressung und Schlupfamplitude) eine Reibwertentwicklung induziert und quantitativ erfasst. Die so ermittelte Reibwert-Reibarbeits-Kurve wird als Eingangsgröße für die Simulationsmethode verwendet.
Mit der entwickelten Simulationsmethode wird der Reibwert-Reibarbeits-Zusammenhang den Kontaktknoten des FE-Modells des Bauteils zugewiesen, sodass knotenweise die dissipierte Reibarbeit und schließlich der resultierende Reibwert in einer iterativen Berechnungsschleife ermittelt werden können.
In Versuchen an bauteilnahen Probekörpern konnte die Reibwertentwicklung an weiteren Geometrien experimentell nachvollzogen und mit den Simulationsergebnissen abgeglichen werden. Es wurden Empfehlungen für geeignete Simulationseinstellungen hinsichtlich Genauigkeit und Rechenzeit abgeleitet und dem Anwender in einem Leitfaden zur Verfügung gestellt.
Die entwickelte Simulationsmethode ermöglicht die Auslegung reibschlüssiger Bauteilkontakte unter Einbeziehung der Effekte von Mikroschlupfbewegungen, z.B. Reibwertentwicklung, Schwingungsverschleiß, Reibdauerermüdung, Wälzlagerwandern oder Steifigkeitsverhalten. Bislang musste mangels genauer Kenntnis der lokalen Kontaktbeanspruchungen auf konservativ angenommene Werte (v.a. Reibwert, Schlupf) bezüglich der genannten Effekte zurückgegriffen werden. Die Simulationsmethode schließt die Wissenslücke und ermöglicht die Ausschöpfung vorhandener Reserven in der Auslegung von Bauteilkontakten.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21564 BG der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit den Mitteln der IGF gefördert.
