Forschung


Themen und Aktivitäten im Überblick

Organigramm der Themen und Aktivitäten im Überblick

Softwaretool First:

Teil eines Kurbelgehäuse mit Pleuel und Kolben im 3D nach der Berechnung mit FIRST

Flexible Mehrkörpersysteme mit TEHD Kopplung der Lager (iST GmbH, Aachen)

Ergebnisgrößen:
Spaltweiten und Druckverlauf im Lager, Biegung und Torsion der Bauteile, Oberflächenschnelle

(FIRST/Tower iST Aachen)

 

 

Softwaretool KORI3D:

Messergebnisse der einzelnen Kolbenringe über 720° Kurbelwinkel

Kolbenringdynamiksimulation

Ergebnisgrößen:
Ringdynamik, Reibkräfte, Blow-By

Optimierung:
Verschleiß, Ölverbrauich, Reibungsverluste

 

 

 

Softwaretool Cauchy

aufgeschnittener Kolben mit Temperaturverläufen

Inverse Temperaturfeldberechnung

elektrische Quellen aus EEG Messungen

Ergebnisgrößen:
Wärmeströme, Temperaturen, Quellen der Aktivität des ZNS

 

 

Softwaretool FLOSIM

  • Grundlager und Pleuel
  • Oberflächenrauheiten

Berechnung von Druck- und Scherflusskennfeldern

Ergebnisgrößen:
Rauheitswirkung auf Schmierung, Festkörperanteil bei Mischreibung

Optimierung:
Bewertung minimaler Spaltgrößen, Oberflächentopografie

 

 

 

 

 

 


Simulation: elastische Mehrkörpersysteme mit FIRST/Tower

  • Pleuelverformungen
  • Druckaufbau im Schmierspalt
  • Schmierungsgleichung

Instationäre Bewegung geschmierter elastischer Körper

  • Zeitintegration der Beschleunigung und Geschwindigkeiten (AWP)
  • Mehrkörperdynamik elastischer Körper (EMKS) auf Basis reduzierter Strukturen (Craig Bampton)
    • nichtlinieare Schwerpunktbewegung
    • linieare elastische Deformationen
  • Kopplung an die Schmiergungsgleichungen

(FIRST/Tower iST Aachen)

 

 

 

 

Gleitlagerberechnung - Effekte (FIRST)

Reynoldsgleichung
Reynoldsgleichung
Druckverteilung
Druckverteilung
Masseerhaltende Kavitation: Dichte Öl-Luft
Masseerhaltende Kavitation: Dichte Öl-Luft

Reynoldsgleichung: Nummerische Lösung mit FEM

instationäre Zapfenbewegung bei beliebigen Spaltfunktionen: Schiefstellung, Nuten, Balligkeiten, etc.

Masseerhaltende Kavitation

Hyperbolische Gleichung für die Dichte des Öl/Luftgemisches wird im divergenten Spalt mit „Upwinding“-Methoden gelöst.

Elastohydrodynamik (EHD)

Mechanische Deformationen (Doppel-EHD, MKS)

Oberflächenrauheit

Paitr/ChengFlusstensorenfür beliebige Rauheit,
Welligkeit oder auch Strukturierung der Oberflächen.

Energiegleichung/Wärmeleitung (TEHD)

Lösung der Energiegleichung im Schmierfilm
Kopplung an die Wärmeleitung, therm. Deformationen

Verschleißberechnung

Veränderung der Rauheiten und der Kontur

 (FIRST iST Aachen)

 

 

Gleitlagerberechnung - Teilfüllung

Diagramme zur Berechnung und Messung

Teilfüllung Kumar/Booker

Teilfüllung und Öldurchsätze lassen sich mit bestehenden 2D-Algorithmen sehr gut vorhersagen

Kavitationsschäden

Aussage zu Kavitationsschäden bedürfen in einigen Fällen der 3D Betrachtung (FVV CFD Gleitlager)

  • Schichtung der Blasen zur Welle
  • tiefe Nuten

 

 

Fusstensoren / Oberflächenrauheit

Ziele:

  • Wirkung der Rauheit auf die Schmierung quantitativ erfassen
  • Festkörperkontaktanteil in der Mischreibung quantitativ erfassen
  • Bewertung berechneter minimaler Spaltweiten ermöglichen

Herausforderung:

Lösung eines Mehrskalenproblems

  • Oberflächenrauheit – kurze Skala (~0.1 mm Korrelationslänge)
  • Lagerdimensionen – lange Skala (~20 mm Lagerbreite)

Lösungsansatz (Patir/Cheng, 1978):

Die durchschnittliche rauheitsbedingte Änderung des Flusses wird über Flusstensoren Φij in eine Reynoldsgleichung für die lange Skala eingeführt. Die Flusstensoren werden auf rauen Oberflächen auf der kurzen Skala ermittelt und in Kennfeldern Φ=f(h) abgelegt

 

 

 

Mischreibung / Oberflächenrauheit


Versuchstechnik: Gleitlagerprüfstand (GLP 160/6000H)

Schematische Darstellung des Gleitlagerprüfstandes

Regler:

ZYKLO-Regelung (patentiert) erfolgt phasenexakt!

 

Messgrößen:

  • Reibmoment MR
  • Lagertemperaturen ϑL
  • Lagerkraft F
  • Drehzahl n
  • Öldruck p
  • Ölvolumenstrom
  • Kontaktspannung UK

Kurbelgehäuse:

Mercedes Benz OM646 (220 CDI)

Gleitlagerversagenskriterien FVV 743

Diagramme zur Kontaktspannung und Messprinzip

Verschleiß: Simulation und Messung

Thermische Gleitlagerberechnung

AIF-ZIM - Umsetzung Energiegleichung in bestehende MKS/EHD-Software FIRST

(iST Aachen, Prof. Knoll)

Ziel: EHD Funktionalität von FIRST wird um alle relevanten thermischen Effekte erweitert.

  • 2D Formulierung der Energiegleichung im Schmierfilm (Parabelansatz Temperatur in Spalthöhenrichtung)
  • SUPG Verfahren für FEM Formulierung des konvektiven Wärmetransports
  • Dowson-Integrale in Reynoldsgleichung
  • Wärmeleitung im Festkörper wird effizient berechnet (thermische Moden)


Versuchstechnik

Gleitlagerprüfstand

Kompaktlager-Prüfstand

Wälzlagerprüfstand - FE8

Tribometer

Freilaufprüfstand