Mischreibung im Wälzkontakt bei Betriebsmedienschmierung

Berechnungswerkzeuge für hoch belastete Wälzkontakte spielen in der Gegenwart und Zukunft eine immer größere Rolle, um einerseits Versuchsaufwand für die betreffenden Bauteile einzusparen und andererseits im Schadensfall zusammen mit einer leistungsfähigen Werkstoffanalytik die Ursachen zu klären und Gegenmaßnahmen zu ergreifen. So wurden in der Vergangenheit bereits beachtliche Erkenntnisse bei der Berechnung der Festkörper- und EHD-Anteile der Reibung gewonnen.

Diese Berechnungsverfahren wurden hinsichtlich ihres Einsatzes für ein komplexeres tribologisches System, wie es ein Hubscheibe-Rolle-Kontakt in einer Verteilereinspritzpumpe darstellt angepasst, weiterentwickelt und in dem Berechnungsprogramm „Tool für die Mischreibungs-Simulation ToMSi“ zusammengefasst. Eine Grundlage bildet eine Methode zur Berechnung der Festkörperreibung, bei der die stochastisch in der Höhe und in ihrem Radius verteilten, diskreten Rauheitsradien beider Oberflächen einander angenähert und deformiert werden. Härtemessungen dienen dabei der Bestimmung der Materialeigenschaften im oberflächennahen Bereich. Für die Ermittlung des EHD-Anteils der Reibung wurde den bekannten Ansätzen ein eigener hinzugefügt, der die Berechnung der Viskosität von insbesondere Dieselkraftstoff in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Zeit erlaubt. Eine Validierung des Berechnungsprogramms erfolgte anhand von praktischen Versuchen auf einem Zwei-Rollen-Prüfstand.

In einem weiteren Schritt wurde das Programm für die Simulation von Reibung und Verschleiß in dem Mehrkörpersystem Hubscheibe-Rolle-Bolzen einer Verteilereinspritzpumpe angewendet. Hierbei konnten Unterschiede im Schädigungsverlauf in den Fällen von Überlast und Wasserstoffverschleiß bei freiem Wasser im Dieselkraftstoff rechnerisch herausgestellt werden, wie sie zuvor in praktischen Versuchen erzielt werden konnten. Als Ausfallkriterium wurde die z. T. erheblich von den Eigenspannungen beeinflusste Vergleichsspannung herausgearbeitet.