Oszillierendes kippbewegliches Axialgleitlager bei Grenzreibung und Kraftstoffschmierung

Wird ein Tribosystem unter Verwendung von niedrigviskosen Schmierstoffen, wie z. B. Diesel- oder Ottokraftstoff, betrieben und führt es zudem eine oszillierende Gleitbewegung aus, dann ist der Aufbau eines vollständig tragenden hydrodynamischen Schmierfilms über dem gesamten Arbeitszyklus meist nicht mehr gewährleistet. Vor allem an den Umkehrpunkten, an denen die hydrodynamisch wirksame Geschwindigkeit zu Null wird und bei hohen Belastungen treten Mischreibungszustände auf, die durch Festkörperkontakte zwischen den beteiligten Reibpartnern charakterisiert sind. Während des Betriebes solcher Systeme kann es zur Ausbildung von stabilen Grenzschichten auf den Oberflächen der Reibkörper kommen, die einen vollständigen Ausfall der Bauteile aufgrund von Verschleiß verhindern. In der vorliegenden Arbeit wird der tribologische Kontakt eines oszillierenden Axialgleitlagers unter Misch- und Grenzreibungsbedingungen untersucht und ein Berechnungsmodell zur Simulation der Kontaktverhältnisse vorgestellt. In der Berechnung werden unter anderem die Mikrogeometrie der rauen Oberflächen in Form von Flussfaktoren und Festkörperkontaktdruckkurven sowie die makroskopischen Verformungen der Körper, die Druckabhängigkeit der Schmierstoffeigenschaften und das Auftreten von Kavitation berücksichtigt. Zudem werden ein Reibungs- und ein Verschleißmodell in die Berechnung integriert. Zur Untersuchung des Kontaktes und zur Validierung des Simulationsmodells wurden Axialgleitlagerversuche mit verschiedenen Werkstoffpaarungen, Versuchsparametern und unterschiedlichen Kraftstoffen durchgeführt. Für die Versuche wurde ein Prüfstand für oszillierende Gleitbewegungen neu konstruiert und gebaut. Die mit den Versuchen erzielten Ergebnisse werden in der vorliegenden Arbeit ausführlich dargestellt. Im Anschluss daran wird anhand repräsentativer Beispielversuche die Validierung des Simulationsmodells durchgeführt. Zudem werden Vergleiche zwischen gemessener und berechneter Reibung sowie Verschleiß dargestellt. Anschließend zeigen Berechnungen mit variierten Eingangsgrößen die Möglichkeiten des Simulationsprogramms. Analysen der Prüfkörperoberflächen, der oberflächennahen Gefüge, der Werkstoffeigenschaften der Prüfkörper und Kraftstoffanalysen komplettieren die Untersuchungen.