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Modellbasierte und experimentelle Grundsatzuntersuchungen zu tribologischen Kontakten mit teilgefüllten Spalten

DFG Teilgefüllte Spalte icon

Das Projekt widmet sich Grundsatzuntersuchungen von tribologischen Kontakten, bei denen im Spalt zwischen den zwei Festkörpern ein Fluid vorhanden ist, welches den Spalt aber nicht vollständig füllt. Diese Kontaktform tritt einerseits bei einer Mangelschmierung auf, andererseits aber auch bei sonst trockenen Kontakten, wenn ein Fluid initial die Oberflächen benetzt. Zu beiden Szenarien existieren im Maschinenbau zahlreiche Beispiele. Im Rahmen des Antrags wird dabei auf ein von den Antragsstellern entwickeltes neuartiges Modell Anwendung finden, welches aufgrund seiner (im Vergleich zu bestehenden Methoden zur Mangelschmierung) allgemeiner gehaltenen mathematischen Struktur eine hohe Flexibilität zur Identifizierung verschiedenartiger Einflussgrößen gewährleistet. Im Kern steht dabei die Beschreibung der Wechselwirkung zwischen dem explizit beschriebenen Fluidtransport durch rauhe Oberflächen hindurch und dem sich dabei dynamisch ändernden hydrodynamischen Druck. Ein besonderes Augenmerk liegt in der Ausprägung möglicher charakteristischer Fluidverteilungen und deren Auswirkungen, wie etwa die schon in bisherigen Studien festgestellte Bugwellenbildung. Die Studien widmen sich in erster Linie dem Einfluss des gesamten Fluidvolumens im Spalt in Relation zum Gesamtvolumen des Spaltes. Als Referenz dienen dazu jeweils aus der Literatur bekannte Benchmarktests für den vollständig gefüllten Spalt, der als Spezialfall des Modells gesehen werden kann. Eine statistische Analyse unterschiedlicher Szenarien soll im Rahmen dieser Untersuchungen in erster Linie Erklärungen für die bisher nur wenig verstandenen Phänomene im Übergang von Trockenreibung zu Mischreibung geben. In diesem Kontext werden neben unterschiedlichen Topographien, mittleren Spalthöhen und Belastungsgrößen auch verschiedenartige initiale Fluidverteilungen berücksichtigt. Dies bezieht sich auch auf erste Ansätze einer Interpretation der Ergebnisse in Bezug auf das Verhalten von makroskopischen Reibzahlen und Verschleißraten, wie sie für diesen Schmierungsbereich in der Neo-Stribeck-Kurve messtechnisch detektiert wurden. Weiterhin wird der grundlegende Einfluss des Teilfüllungsaspekts unter Berücksichtigung der zu untersuchenden Größenskala herausgestellt. Vor diesem Hintergrund werden auch makroskopische Systeme mit solchen Kontaktformen untersucht. Die Modellbildung wird parallel unterstützt von breit angelegten experimentellen Studien auf unterschiedlichen Tribometern, mit denen bereits entsprechende Vorstudien durchgeführt wurden. Auf der einen Seite werden Kontakte mit Rauheiten im Bereich von Mikrometern untersucht, andererseits dienen Studien mit Rauheiten im Millimeterbereich der Beobachtung des Flusses und der daraus resultierenden Prozessdynamik.

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