Methodenentwicklung zur thermoelastohydrodynamischen Simulation am Stellkolben einer Axialkolbenmaschine

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In Schrägscheiben-Axialkolbenmaschinen stellt der hydrodynamisch geschmierte Kontakt zwischen dem Stellkolben und der Stellkammer ein hoch belastetes tribologisches System dar. Aufgrund der geringen Relativgeschwindigkeit und des ständigen Wechsels der Bewegungsrichtung ist eine vollständig hydrodynamisch geschmierte Kolbenführung nicht realisierbar. Stattdessen treten Festkörpertraganteile auf, die Reibung und Verschleiß verursachen können. Diese Arbeit beschreibt eine tribologische Berechnungsmethode für den Kontakt zwischen Stellkolben und Stellkammer und leistet einen wichtigen Beitrag zur konstruktiven Auslegung der Kolben/Zylinder-Paarung. Die entwickelte Simulation umfasst eine thermo-elastohydrodynamische Berechnung des Schmierspalt und eine Mehrkörpersimulation des Stellsystems. Für den Druckaufbau im Schmierspalt wird die verallgemeinerte Reynolds’sche Differentialgleichung für kompressible, laminare Strömungen mit nicht-Newton’schen Fluidverhalten sowie variabler Dichte und dynamischer Viskosität verwendet. Die Berechnung der Mehrkörperdynamik basiert auf dem Newton-Euler-Verfahren und bildet die Starrkörperbewegung des Stellsystems ab. Die Kopplung der Berechnungen erfolgt durch ein Verfahren mit beschleunigten Rechenzeiten. Zur Validierung der Simulation wird ein neuartiger Komponentenprüfstand entwickelt, der die Reibkraft zwischen Stellkolben und Stellkammer misst und die räumliche Stellkolbenlage erfasst.