An approach to investigate surface roughness influence on the running-in behaviour of mixed-lubricated sliding contacts using the finite element method = Ein Ansatz zur Untersuchung des Einflusses der Oberflächenrauheit auf das Einlaufverhalten von mischreibungsbehafteten Gleitkontakten unter Verwendung der Finite Elemente Methode

Um den Einfluss der Oberflachenrauheit auf das Reibungs- und Verschleisverhalten zu untersuchen, stehen nur begrenzte experimentelle Moglichkeiten zur Verfugung. Bedingt durch die spanende Endbearbeitung von Lagerschalen und Wellen bewirkt eine Veranderung der Werkstucktopographie, resultierend aus der Variation der Schnittparameter im Herstellprozess, immer auch eine Veranderung der Welligkeit und der Grenzschicht einer Oberflache. Daher ist es mit experimentellen Methoden aktuell nicht moglich, die Rauheit isoliert zu betrachten. Hierzu wird in der vorliegenden Forschungsarbeit eine Methode zur Untersuchung des Einflusses der Oberflachentopographie auf das Reibungs- und Verschleisverhalten von geschmierten Kontakten vorgestellt, die Entwickler bei der ressourcenschonenden Auslegung von technischen Oberflachen unterstutzt. Die Methode basiert auf numerischen Modellen auf der Mikroskala, die sowohl fur trockenlaufende als auch fur geschmierte Systeme einen genaueren Einblick in den tribologischen Kontakt ermoglicht. Die Untersuchungen wurden mit der Finite-Elemente-Software ABAQUS auf der Mikroskala durchgefuhrt. Ein bestehendes Mischreibungsmodell wurde hierzu um eine Verschleisroutine erweitert, die die Berechnung von lokalen Verschleistiefen an beiden tribologischen Partnern erlaubt. Die numerischen Modelle von trockenlaufenden Kontakten wurden experimentell anhand von Nanoindenterversuchen validiert. Die Modelle von geschmierten Kontakten wurden mit numerischen Methoden verifiziert. Um das initiale Zielsystem fur die Berechnungsmethode zu entwickeln, wurde mit Hilfe des Contact, Channel and Connector Approach (C&C²-A) ein tribologisches System methodisch analysiert und unter Verwendung der PGE- Produktgenerationsentwicklung eine Validierungsumgebung fur die Untersuchung des Einflusses der Oberflachenrauheit auf Reibung und Verschleis geschaffen. Auf dieser Grundlage wird ein Untersuchungsansatz mit dem Schwerpunkt auf der Modellbildung des mikroskopischen Mischreibungskontaktes und den zutreffenden Annahmen und verwendeten Randbedingungen entwickelt. Das trockenlaufende Kontaktmodell wurde anschliesend anhand von experimentellen Nanoindenterversuchen validiert, wobei nur sehr geringe Abweichungen in der gemessen und berechneten Reibkraft auftraten. Das geschmierte Kontaktmodell wurde anhand von Konvergenzuntersuchungen und Vergleichen mit anerkannten Berechnungsverfahren in der Stromungsmechanik verifiziert. Anschliesend wurde eine Parameterstudie durchgefuhrt, wobei Einflusse von Materialeigenschaften der Festkorper und des Fluides und Randbedingungen wie Fluiddruck im Schmierspalt und Anpresskraft auf das Reibungs- und Verschleisverhalten untersucht wurden. Es konnte dabei gezeigt werden, dass besonders die Anpresskraft in der Einlaufphase einen grosen Einfluss auf die Verschleistiefe in der stationaren Phase des tribologischen Systems hat. Weiterhin wurden unterschiedlich gefertigte Oberflachen untersucht und auch hier konnten grose Unterschiede in Reibung und Verschleis aufgezeigt werden. Abschliesend wurde die zeitliche Entwicklung der Oberflachentopographie betrachtet und mit experimentell ermittelten Werten verglichen. Auch hier konnten identische Veranderungen ausgewahlter statistischer Rauheitsparameter beobachtet werden.