TU Chemnitz: Fakultät für Maschinenbau: IKAT: Professur Konstruktionslehre: Forschungsprojekte

Prüfstandsuntersuchungen zu Wellenverlagerung,
Öldurchsatz und Reibungsleistung von Verbrennungsmotoren - Gleitlagern

Durchgeführt in Kooperation mit der HTW Zwickau

1. Ausgangssituation

In der Motorenentwicklung dominieren zwei Ziele: Senkung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und Verringerung der Abgasemission. Weil ein bedeutender Teil der erzeugten Leistung eines Verbrennungsmotors in Form von Reibung verloren geht, stehen die daran beteiligten Komponenten im Fokus von Optimierungsmaßnahmen. Insbesondere der Kurbelbetrieb und dessen Gleitlager bieten bedeutende Möglichkeiten zur Verringerung der Reibung bzw. der Verlustleistung. Neben dem unmittelbaren Anteil der Lagerreibung beeinflussen die Lager über ihren Öldurchsatz auch den Leistungsbedarf der Ölpumpe und des so genannten Ölschmierkreislaufes. Trotz langjähriger erfolgreicher praktischer Anwendung ist die Berechnung dynamisch beanspruchter Gleitlager mit den im Entwurfsstadium bevorzugten einfachen Programmen bisher nicht vollständig abgesichert. Insbesondere zwischen berechnetem und gemessenem Öldurchsatz wurden bei vorangegangenen Untersuchungen größere Unterschiede festgestellt. Die Reibungsleistung einzelner dynamisch belasteter Gleitlager wurde bisher kaum untersucht. Ziel der Forschungsarbeit war es deshalb, durch experimentelle und theoretische Untersuchungen einzelner dynamisch belasteter Gleitlager nähere Erkenntnisse über die wichtigsten Lagerkenngrößen zu gewinnen und damit die Genauigkeit bei der Auslegung von Verbrennungsmotoren - Gleitlagern weiter zu erhöhen bzw. die noch vorhandenen Leistungsreserven ausnutzen zu können.

2. Forschungsziel

Ausgehen von den durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen, wurde die Berechnung des Öldurchsatzes sowohl durch eine neue, aus theoretischen Untersuchungen abgeleitete Gleichung als auch durch experimentell ermittelte Näherungsbeziehungen verbessert. Die bisherige Berechnungsmethode des Öldurchsatzes, wonach sich dieser aus den Anteilen infolge Drehnung, Verdrängung und Ölzuführungsdruck zusammensetzt, wird für den Entwurf beibehalten. Die Verbesserungen der Berechnungsgrundlagen fließen in die Weiterentwicklung der Programme "Lager95" und "Virtual ENGINE" ein. Weiterhin trägt die genauere Vorausberechnung des Öldurchsatzes der Gleitlager dazu bei, mit Hilfe von Simulationsprogrammen den gesamten Schmierölkreislauf besser an den Ölbedarf der einzelnen Verbraucher anzupassen. Mit den Untersuchungsergebnissen wurde bestätigt, dass die Treffsicherheit der "einfachen" Berechnungsprogramme für die Auslegung von Verbrennungsmotoren - Gleitlagern ausreichend ist. Dem Motorkonstrukteur steht damit für den Lagerentwurf weiterhin ein schnelles Rechenprogramm zur Verfügung, mit dem bereits langjährige erfolgreiche Erfahrungen gesammelt wurden. Die bei den Untersuchungen ermittelten rechnerischen Übergangsschmierspaltweiten von Flüssigkeitsreibung zu Mischreibung tragen dazu bei, die berechneten Wellenverlagerungsbahnen und engsten Schmierspaltweiten genauer und sicherer bzgl. auftretender Mischreibung und daraus resultierender Gefährdung der Betriebssicherheit interpretieren zu können.