Forschung

MOTOREN | Planungsgruppe 4 »Gestaltfestigkeit & Tribologie«

Immer höhere Drücke und Temperaturen sorgen in modernen Motoren für eine immer effizientere Verbrennung, stellen aber auch immer höhere Anforderungen an die Gestaltfestigkeit, etwa von Ventilen, Kolben und Nockenwellen.

Wo immer sich mechanische Komponenten bewegen, da entsteht auch Reibung. In Verbrennungsmotoren soll die Reibung zumeist möglichst gering sein, denn sie erzeugt Wärme – also Energie, die an anderer Stelle verloren geht. Reibung führt darüber hinaus zu erhöhtem Verschleiß, was die Lebensdauer von Motoren und deren Bauteilen absenken kann. Darum forschen Konstrukteure und Materialentwickler unter anderem daran, die Reibleistung im Antriebsstrang soweit wie möglich zu reduzieren.


» Um künftige Antriebe so ressourceneffizient wie möglich auszulegen, müssen wir die Wechselwirkungen zwischen Betriebsstoffen, Materialien und Einsatzbedingungen genau kennen. «

Dr. Dieter Eppinger (SEG Automotive)

Da der richtige Einsatz von Betriebsstoffen ein wesentlicher Einflussfaktor im sogenannten „tribologischen System“ ist, stehen auch Schmierstoffe wie Fette, Öle und deren Viskosität auf der Agenda der Gemeinschaftsforscher. So kann die Reibleistung beispielsweise durch gezieltes Wärmemanagement des Motoröls abgesenkt werden – ein Themenfeld, dem sich die Planungsgruppe in konkreten Projekten widmet.

Die Planungsgruppe arbeitet in ihren Forschungsprojekten darüber hinaus an tribologischen Fragestellungen zu Hybrid- und Elektrofahrzeugen, beispielsweise an tribologischen Fluidmodellen für Nebenaggregate in elektrifizierten Antriebssträngen. Damit erweitern die FVV-Forscher ihren Blick auf zentrale Fragestellungen für die Mobilität von morgen.
 


Die Planungsgruppe 4 »Gestaltfestigkeit & Tribologie« widmet sich folgenden Themen:

  • Material- und Werkstoffforschung
  • Künstliche Intelligenz bei Berechnungsmodellen
  • Digitalisierung in der Datenbeschaffung und -verarbeitung
  • Wasserstoffkontakt und dessen Auswirkungen

Und bearbeitet folgende Forschungslinien/-schwerpunkte:

  • Neue Werkstoffe und Kühlmittel
  • Tribologie und Beschichtungen
  • Schädigungsverhalten verschiedener Beanspruchungen
  • Lebensdauerberechnungen
  • Festigkeitsberechnungen
Material und Werkstoffe
Betriebsstoffe
Wirkungsgrad und Effizienz
Entwicklungs- werkzeuge
Digitalisierung und KI

Menschen & Technologie

ATZ heavyduty 02/2020

Test zur Belagsbildungsneigung von Dieselkraftstoffen in Injektoren

Interne Ablagerungen in Dieselinjektoren können zu Motorbetriebsproblemen beziehungsweise einem veränderten dynamischen Verhalten von Injektoren führen. Hierbei stehen Common-Rail-Injektoren für Heavy-Duty-Motoren wegen ihren speziellen Anforderungen besonders im Fokus der Betrachtungen. Gerade diese Motoren sind gekennzeichnet durch Anwendungen mit höchsten Raildrücken, einem hohen Anteil an Hochlastbetrieb und Einsatzfelder in unterschiedlichsten Regionen und Märkten. Zur Vermeidung von Leistungsverlusten bei aktuellen und zukünftigen Einspritzsystemen wurde im Rahmen eines Forschungsvorhaben FVV am LKV Rostock eine Labortestmethode für das präventive Kraftstoffscreening bezüglich der Belagsbildungsneigung entwickelt und mit Prüfstandstests verifiziert.

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Entwicklungswerkzeuge | Mechanik Reibung und Geräusche

Öltransport im Kolbenringfeld

Um die Kolbengruppe eines Verbrennungsmotors auslegen zu können, sind Kenntnisse über den Öltransport in den Kolbenringen erforderlich. Da diese nur unzureichend verfügbar sind, wurde im Projekt ein Einzylinder-Forschungsmotor mit aufwendiger Messtechnik zur Untersuchung der tribologischen Zustände der Kolbengruppe entwickelt. Zu dieser Messtechnik zählen ein im Kurbelgehäuse integriertes Messschwingensystem sowie Verfahren zur Ermittlung der Schmierfilmdicke und der Kolbenringrotation. Ein neu entwickeltes Simulationsmodell bildet das Kolbenringpaket ab und bestimmt die Einflussgrößen auf den Ölhaushalt. So können z. B. der Blowby (das beim Kompressionsvorgang an den Kolbenringen vorbeistreifende Gas), die axiale Ringbewegung und die Zwischenringdrücke gut vorausberechnet werden. Da der entwickelte Strömungslöser zur Bestimmung des Öltransports für den industriellen Einsatz ausgelegt ist, können Anwender unmittelbar von den Projektergebnissen profitieren.

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Mechanik Reibung und Geräusche

Ressourceneffizienz durch optimierte Haftreibung

Bei der Auslegung reibschlüssiger Bauteilverbindungen, wie z.B. Flansch- und Schraubverbindungen, spielt die genaue Kenntnis der Reibwerte eine wichtige Rolle. Zudem lassen sich mithilfe höherer Haftreibwerte größere Kräfte übertragen und dadurch die Anzahl der Verbindungselemente und deren Abmessungen reduzieren. Im Projekt wurden Haftreibwerte an standardisierten Prüfständen ermittelt und geometrische Kenngrößen abgeleitet. Die Anteile der Reibungsmechanismen und der Reibcharakteristiken für reibschlüssige Oberflächenpaarungen konnten durch Simulationen erstmals getrennt dargestellt werden. Untersuchungen zu PVD (Physical Vapour Deposition)-Beschichtungen, thermischen Spritzschichten und Laserstrukturierungen zeigten, dass mit allen drei Verfahren signifikante Reibwerterhöhungen möglich sind. Dem Nutzer stehen damit verschiedene Varianten zur Verfügung, die nach anwendungsspezifischen Kriterien ausgewählt werden können. Der Nutzer wird mit den Projektergebnissen in die Lage versetzt, reibschlüssige Bauteilverbindungen zukünftig wesentlich ressourceneffizienter auszulegen.

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MTZ 12/2018

Betriebs- und Werkstoffe als Schlüsseltechnologien für effiziente Verbrennungsmotoren

Eine möglichst hohe Leistungsdichte zu erzielen, ist eine wichtige Voraussetzung für weitere Effizienzsteigerungen von Verbrennungsmotoren. Dafür müssen Betriebs- und Werkstoffe so aufeinander abgestimmt werden, dass eine hohe Zeit- oder Dauerfestigkeit mit optimierter Reibung einhergeht. Die von der FVV initiierten Vorhaben schließen dabei die Lücke zwischen wissenschaftlicher Grundlagenarbeit und der industriellen Anwendung.

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M1220

Additiv gefertigte Hochdruckbauteile

Betriebsfestigkeit additiv gefertigter Hochdruckbauteile aus höchstfesten Stählen

THEMIS
1396

Kraftstoff-/Öltrans-portmessung

Kraftstoff- und Öltransport in der Kolbengruppe von Verbrennungsmotoren mit Glasliner: neue optische Verfahren und Ölemission

THEMIS
M0420

Grundmotorkompo- nenten für H2-ICEs

Untersuchung der Einflüsse von verschiedenen ottomotorischen Brennverfahren auf der Basis von Wasserstoff auf Motorkomponentensysteme hinsichtlich ihrer Verschleiß- und Robustheitsanforderungen

THEMIS
M0520

Maschinelles Lernen - MLμσ

Maschinelles Lernen für reibkorrosive Zusammenhänge

THEMIS
PG4 »Gestaltfestigkeit & Tribologie«

Leitung:
Dr. Dieter Eppinger
SEG Automotive


Projektmanagement

Max Decker

FVV
+49 (0) 69 6603 1177
+49 (0) 69 6603 2177

Projektbetreuung / Teamassistenz

Daniela Abdalla

FVV
+49 (0) 69 6603 1345
+49 (0) 69 6603 2345


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