Nominell hydrodynamisch geschmierte Gleitlager werden vielseitig in Maschinen eingesetzt, um Reibung zu reduzieren und die Effizienz zu steigern. Unter bestimmten Bedingungen können jedoch kritische Schmierzustände auftreten, insbesondere bei niedriger Drehzahl und Minimalschmierung. Diese Zustände sind trotz ihrer technischen Relevanz oft schlecht verstanden und werden daher ineffizient behandelt. Die Herausforderung des Kontakts unter Minimalschmierung ist von Natur aus multiphysikalisch und umfasst die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI), die die Hydrodynamik des Schmiermittels (einschließlich Kavitationsblasen), elastische Verformungen fester Strukturen und die Reibungskontaktmechanik zwischen den festen Oberflächen betrifft. Im Rahmen von Vorgänger-Projekten zur Kontaktmechanik deuteten numerische und experimentelle Ergebnisse bereits darauf hin, dass bereits geringe Schmierstoffmengen genügen können, um einen signifikante Schmierwirkung zu erzielen.
Im Rahmen eines DFG-geförderten Projekts befasst sich die Arbeitsgruppe Reibung und Nichtlineare Dynamik in Kooperation mit dem Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen (ITR) an der TU-Clausthal mit einer Multiskalen-Betrachtung von Gleitlagern. Ziel ist es, ein konsistentes Gesamtberechnungsmodell zu entwickeln, das in der Lage ist, die Abnutzung von Gleitlagern unter Minimalschmierung zu beschreiben und so ein tieferes Verständnis vom Reib- Verschleißverhalten von Gleitlagern für diese Betriebszustände zu ermöglichen.
Hierfür werden experimentelle Untersuchungen auf verschiedenen Skalen durchgeführt, darunter makroskopische Versuche am ITR und mikroskopische Studien mit Stift-Scheibe-Tribometern am InAD, um den Verschleiß von Gleitlagern unter Minimalschmierung zu analysieren. Der kontinuierliche Austausch von Messdaten zwischen den Skalen ermöglicht die ganzheitliche Berücksichtigung globaler und lokaler Einflüsse. Basierend auf den experimentellen Daten werden Modelle für Mikro- und Makroebenen entwickelt, um die Reibprozesse präziser zu beschreiben und den Übergang von Misch- zur Grenzflächenreibung realistisch abzubilden. Die Erkenntnisse können zukünftig auch auf andere Tribosysteme unter Minimalschmierung angewendet werden.
Prölß, M., Schwarze, H., Hagemann, T., Zemella, P., & Winking, P. (2018) Theoretical and Experimental Investigations on Transient Run-Up Procedures of Journal Bearings Including Mixed Friction Conditions. Lubricants, 6, 105.
Müller, M., Stahl, L., & Ostermeyer, G.-P. (2018). Experimental Studies of Lubricant Flow and Friction in Partially Filled Gaps. Lubricants, 6, 110.
Tong, Y., Müller, M., & Ostermeyer, G. P. (2021). Investigations on the dynamic influence of the contact angle on frictional sliding processes between rough surfaces using NURBS and mortar-based augmented Lagrangian method. Tribology International, 158, 106889.
Tong, Y., Müller, M., & Ostermeyer, G. P. (2022). A mortar-based cavitation formulation using NURBS-based isogeometric analysis. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 398, 115263.
