Methodenentwicklung zur thermo-elastohydrodynamischen Simulation am Stellkolben einer Axialkolbenmaschine

In Schrägscheiben-Axialkolbenmaschinen stellt der hydrodynamisch geschmierte Kontakt zwischen dem Stellkolben und der Stellkammer ein hoch belastetes tribologisches System dar. Aufgrund der sehr geringen Relativgeschwindigkeit und dem ständigen Wechsel der Bewegungsrichtung ist eine vollständig hydrodynamisch geschmierte Kolbenführung nicht realisierbar. Stattdessen treten Festkörpertraganteile auf, welche an der Bauteiloberfläche Reibung und gegebenenfalls Verschleiß verursachen können.
Die vorliegende Arbeit beschreibt eine tribologische Berechnungsmethode für den Kontakt zwischen dem Stellkolben und der Stellkammer und liefert damit einen wichtigen Beitrag für die konstruktive Auslegung der Kolben/Zylinder-Paarung. Die entwickelte Simulation beinhaltet eine thermo-elastohydrodynamische Berechnung des Schmierspalts und eine Mehrkörpersimulation des Stellsystems. Für den Druckaufbau im Schmierspalt wird die verallgemeinerte Reynolds’sche Differentialgleichung für kompressible und 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 thermo-elastohydrodynamischen Berechnung mit der Mehrkörpersimulation erfolgt durch ein Berechnungsverfahren mit beschleunigten Rechenzeiten.
Zur Validierung der Simulation wird ein neuartiger Komponentenprüfstand entwickelt. Dieser ermöglicht die Reibkraftmessung zwischen Stellkolben und Stellkammer und dient zur Erfassung der räumlichen Stellkolbenlage.