Vorhersage Wälzlager-Verschleiß

Vorhersage von adhäsivem Verschleiß mit Multiskalen- und Multiphysikansätzen

In nahezu allen Maschinen spielt Verschleiß eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Gebrauchsdauer des Produkts. Die Forderungen nach immer weiter steigender Effizienz und Leistungsdichte sowie strengere Gesetzgebungen führen dazu, dass z.B. vermehrt niedrigviskose Schmierstoffe eingesetzt oder die spezifischen Bauteilbelastungen erhöht werden. Damit einhergehend kommt es in Maschinenelementen wie Wälzlagern oder Zahnrädern zu geringeren Schmierspalten im Kontakt und damit zu höheren Laufzeitanteilen unter Mischreibungsbedingungen. Um die Bauteilhaltbarkeit dennoch sicherstellen zu können, muss der mischreibungsbedingte Verschleiß zuverlässig vorhergesagt werden.

Mit gängigen Verschleißmodellen wird der Verschleiß in Abhängigkeit von Reibkontaktgrößen berechnet. Die Anpassung an das untersuchte System erfolgt meist über einen experimentell zu ermittelnden Verschleißfaktor. Da dieser Faktor eine Vielzahl von Einflüssen wie die Schmierstoffzusammensetzung, den Grenzschichtaufbau oder die resultierende Schichtzusammensetzung der Kontaktpartner zusammenfasst, ist die Verschleißbestimmung für eine konkrete Anwendung möglich, ein Transfer auf andere Systeme jedoch schwierig.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll daher mit Hilfe von Multiskalen- und Multiphysikansätzen eine Berechnungsmethode entwickelt werden, mit der besonders der kontinuierliche Abtragverschleiß in konzentrierten Kontakten zuverlässig vorhergesagt werden kann. Dabei soll sich die Beschreibung der Reibungs- und Verschleißvorgänge nicht auf die makroskopische Ebene beschränken, sondern neben verschiedenen Skalen (vom Tribokontakt bis zur atomaren Ebene) auch verschiedene Disziplinen (Physik auf makroskopischer Ebene, Physik auf atomarer Ebene, Schmierstoff- und Grenzflächenchemie) berücksichtigen.