Kontaktreibungssimulation an einer Nockenwelle

Die Simulation von Gleitlagern im Festkörper- und Mischreibungsbereich ist bis heute quantitativ nur begrenzt möglich, da in den meisten Simulationsprogrammen das Coulomb’sche Reibungsgesetz zur Reibungsberechnung hinterlegt ist. Dies bedeutet für die Berechnung, dass an jedem Punkt, an dem Mischreibung herrscht, der identische, vorher definierte Reibkoeffizient wirkt. An einem Fünfzylinder Ottomotor wurden Reibungsmessungen der Nockenwellenlagerung durchge-führt, um daran einen Messungs-/Rechnungsabgleich zu machen. Die Messungen entstanden an einem Komponentenprüfstand, welcher im Zylinderkopf folgende Komponenten verbaut hatte: die Nockenwellen, die Ventile, die Ventilfedern und den hydraulischen Ventilspielausgleich. Gemessen wurde demzufolge die Reibung all dieser Komponenten. Das Ergebnis der Messung war ein starker Anstieg des Reibmoments zu niedrigen Drehzahlen hin. Die Reibanteile aller verbauten Komponenten, außer den Nockenwellen, wurden mithilfe separat ab-gestimmter Simulationsmodelle quantifiziert. In keinem dieser Modelle konnte ein Anstieg der Reibung bei niedrigen Drehzahlen erkannt werden. Gleichermaßen wurde ein EHD-Simulationsmodell der Nockenwellenlagerungen inklusive der Ventil-kräfte auf die Nocken aufgebaut. In dieser Berechnung war ein leichter Reibmomentenanstieg bei Drehzahlen unter 1000 U/min zu sehen, jedoch konnte damit der steile Anstieg der Messung nicht abgebildet werden. Da dieses Modell das einzige war, welches überhaupt ein steigendes Reibmoment zu niedrigen Drehzahlen erzeugt, wurde versucht die Lücke zwischen Messung und Rechnung hierin zu schließen. Es wurden sukzessive alle Variablen, welche in die Berechnung des Reibmoments eingehen, näher betrachtet. Fest definierte Größen wie beispielsweise Lagerdurchmesser können nicht verändert wer-den, weshalb diese Größen konstant gehalten werden. Nach und nach konnten fast alle Variablen aufgrund physikalisch richtiger Simulationsmethoden ausgeschlossen werden. Schließlich blieb nur noch der Reibkoeffizient übrig. Nach der Definition des Coulomb’schen Reibungsgesetzes ist dieser konstant an jedem Punkt, an dem Kontaktdruck vorliegt. Ein möglicher Lösungsansatz ist, diesen Reibkoeffizienten abhängig von dem Kontaktdruck und weiteren tribologisch relevanten Größen für jeden Punkt auf der Lagerschale lokal zu definieren. Mithilfe dieses Ansatzes konnte der Reibanstieg aus der Messung sehr gut abgebildet werden. Eine Abweichung von maximal 10 Prozent wurde erreicht.     «

Die Simulation von Gleitlagern im Festkörper- und Mischreibungsbereich ist bis heute quantitativ nur begrenzt möglich, da in den meisten Simulationsprogrammen das Coulomb’sche Reibungsgesetz zur Reibungsberechnung hinterlegt ist. Dies bedeutet für die Berechnung, dass an jedem Punkt, an dem Mischreibung herrscht, der identische, vorher definierte Reibkoeffizient wirkt. An einem Fünfzylinder Ottomotor wurden Reibungsmessungen der Nockenwellenlagerung durchge-führt, um daran einen Messungs-/Rechn...     »