DE102021109854B3 - Procedure for the design and operational prediction of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with sliding function - Google Patents

Procedure for the design and operational prediction of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with sliding function Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung und Betriebsvorhersage von trockenlaufenden und mangelgeschmierten Maschinenelementen mit Gleitfunktion. Im Rahmen der Erfindung werden die folgenden Schritte durchgeführt:- Bestimmung von Prüfstandmessgrößen eines Tribometers mit mehreren geometrisch einfachen Probekörpern,- Übermittlung der Prüfstandmessgrößen im laufenden Betrieb des Tribometers an eine Datenverarbeitungseinheit,- Berechnung des aktuellen Betriebszustands eines virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion in der Datenverarbeitungseinheit anhand der bisher übermittelten Prüfstandmessgrößen,- Anpassung der Betriebsparameter des Tribometers anhand der Daten des berechneten Betriebszustandes des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion.Das Verfahren ermöglicht einen deutlich kürzeren und wirtschaftlicheren Gesamtprozess zur Auslegung eines Maschinenelementes mit Gleitfunktion.The present invention relates to a method for designing and predicting the operation of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with a sliding function. The following steps are carried out within the scope of the invention: - Determination of test bench parameters of a tribometer with several geometrically simple specimens, - Transmission of the test bench parameters to a data processing unit during operation of the tribometer, - Calculation of the current operating state of a virtual machine element with a sliding function in the data processing unit using the previously transmitted test bench parameters, - adjustment of the operating parameters of the tribometer based on the data of the calculated operating state of the virtual machine element with sliding function. The method enables a significantly shorter and more economical overall process for designing a machine element with sliding function.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung und Betriebsvorhersage von trockenlaufenden und mangelgeschmierten Maschinenelementen mit Gleitfunktion.The present invention relates to a method for designing and predicting the operation of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with a sliding function.

Bisher und aktuell werden die verschiedenen Teilaufgaben der Gleitlagerauslegung - insbesondere die Dimensionierung, die Wärmeentwicklung und Temperaturverteilung, die Berechnung von Kalt- und Warmlagerspiel, die Lebensdauervorhersage sowie die Risikoabschätzung des Wellenklemmens im Einlauf - mit vereinfachten und auf Erfahrungswerten basierenden Überschlagsformeln mit großen Sicherheitszuschlägen geschätzt. Beispiele für solche Verfahren, die nicht auf einem geeigneten und validierten physikalischen Modell, sondern auf empirischen Konstanten, Korrekturfaktoren und numerischen Anpassungen basieren, finden sich beispielsweise in „M. Mäurer: Tribologische Untersuchungen an Radiallagern aus Kunststoffen. Dissertation (2002), Technische Universität Chemnitz“, „G. Erhard, E. Strickle: Maschinenelemente aus thermoplastischen Kunststoffen: Lager und Antriebselemente, Düsseldorf: VDI-Verlag (1985)“, „S. Marx: Trockenlaufende Gleitlager aus hochtemperaturbeständigen Kunststoffen. Dissertation (1997), Technische Universität Chemnitz-Zwickau“, „G. Poll, L. Deters: Lagerung, Gleitlager, Wälzlager. In: W. Steinhilper, B. Sauer (Hrsg.): Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (2006)“ und „H. Detter: Berechnungshinweise für Gleitlager im Trockenlauf der Gleitpaarung Kunststoff-Stahl. Schmierungstechnik + Tribologie 22 (1975), S. 107-113“. Nachteilig an den Ergebnissen dieser Verfahren ist, dass sie mit Hilfe von aufwändigen Versuchen an Gleitlagerprototypen validiert werden müssen.So far and currently, the various subtasks of the plain bearing design - in particular the dimensioning, heat development and temperature distribution, the calculation of cold and warm bearing clearance, the service life prediction as well as the risk assessment of the shaft jamming in the inlet - are estimated with simplified and empirically based formulas with large safety margins. Examples of such methods, which are not based on a suitable and validated physical model but on empirical constants, correction factors and numerical adjustments, can be found in “M. Mäurer: Tribological investigations on radial bearings made of plastics. Dissertation (2002), Chemnitz University of Technology”, “G. Erhard, E. Strickle: Machine elements made of thermoplastics: bearings and drive elements, Düsseldorf: VDI-Verlag (1985)”, “S. Marx: Dry-running plain bearings made of high-temperature-resistant plastics. Dissertation (1997), Chemnitz-Zwickau University of Technology, “G. Poll, L. Deters: Storage, plain bearings, roller bearings. In: W. Steinhilper, B. Sauer (eds.): Design elements of mechanical engineering 2, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (2006)” and “H. Detter: Calculation notes for plain bearings in dry running of the plastic-steel sliding pair. Lubrication Technology + Tribology 22 (1975), pp. 107-113". The disadvantage of the results of these methods is that they have to be validated with the help of complex tests on plain bearing prototypes.

Die US 2008/0034837 A1 beschreibt ein Tribometer, das Folgendes umfasst:

  • eine erste Trägerbaugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie ein zentrales, kreiszylindrisches Prüfstück aufnimmt und es um seine Achse in Drehung versetzt; und eine zweite Trägerbaugruppe, die so konfiguriert ist, dass sie mehrere, vorzugsweise drei, periphere Prüfstücke aufnimmt und es dem zentralen Prüfstück ermöglicht, gleichzeitig mit den drei peripheren Prüfstücken in einer isostatischen Konfiguration in Kontakt zu treten, so dass das zentrale Prüfstück, während es in Drehung versetzt wird, an den peripheren Prüfstücken reiben kann.
the US 2008/0034837 A1 describes a tribometer that includes:
  • a first support assembly configured to receive a central circular-cylindrical specimen and rotate it about its axis; and a second support assembly configured to receive multiple, preferably three, peripheral specimens and allow the center specimen to simultaneously contact the three peripheral specimens in an isostatic configuration such that the center specimen while it is rotated may rub against the peripheral specimens.

Aus der US 2005/0066740 A1 ist ein Labor-Verschleiß- und Schleppkraftprüfsystem mit einem zentralen Steuergerät, das mit einer Vielzahl von Prüfstationen verbunden ist. Die Testterminals ermöglichen die Isolierung der Antriebsmechanismen von der Umgebung, um einen Bereich von Prüftemperaturen zu ermöglichen. Sowohl vertikale als auch horizontale Belastungen werden gemessen und aufgezeichnet, so dass die Prüfung bei Erreichen bestimmter Schwellenwerte unterbrochen oder beendet werden kann.From the US2005/0066740A1 is a laboratory wear and drag testing system with a central controller connected to a variety of test stations. The test terminals allow the drive mechanisms to be isolated from the environment to allow for a range of test temperatures. Both vertical and horizontal loads are measured and recorded, allowing the test to be paused or terminated when certain thresholds are reached.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auslegung und Betriebsvorhersage von trockenlaufenden und mangelgeschmierten Maschinenelementen mit Gleitfunktion zu verbessern.The object of the present invention is to improve the design and operational prediction of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with a sliding function.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorhersagegenauigkeit rechnerischer Auslegungswerkzeuge für die Dimensionierung, die Spielberechnung, die Lebensdauervorhersage, die Auswirkung von Nicht-Dauerbetriebszuständen sowie die maximale Temperaturbeanspruchung eines trockenlaufenden oder mangelgeschmierten Maschinenelementes mit Gleitfunktion zu verbessern.In particular, the invention is based on the object of improving the prediction accuracy of computational design tools for dimensioning, clearance calculation, service life prediction, the effect of non-continuous operating states and the maximum temperature stress of a dry-running or insufficiently lubricated machine element with a sliding function.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Auslegung und Betriebsvorhersage von trockenlaufenden und mangelgeschmierten Maschinenelementen mit Gleitfunktion dadurch gelöst, dass

  • • Prüfstandmessgrößen eines oder mehrerer geometrisch einfacher Probekörper in einem Tribometer bestimmt werden, wobei die Prüfstandmessgrößen den Gleitreibungskoeffizienten µ und ein Verschleißmaß einschließen und die Betriebsparameter des Tribometers (1) die Normalkraft FN und eine oder mehrere kontaktnahe Temperaturen einschließen,
  • • wobei die Prüfstandmessgrößen im laufenden Betrieb des Tribometers an eine Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden,
  • • wobei über die Prüfstandmessgrößen in der Datenverarbeitungseinheit der entsprechende aktuelle Betriebszustand eines virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion berechnet wird, indem aus dem Gleitreibungskoeffizienten µ und den eingegebenen geometrischen und materialspezifischen Randbedingungen des Maschinenelements die Temperatur eines virtuellen Maschinenelements mittels einer orts- und zeitaufgelösten physikalischen Simulation oder mittels eines thermischen Netzwerkmodells berechnet wird,
  • • wobei die Betriebsparameter des Tribometers anhand der Daten des berechneten Betriebszustandes des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion angepasst werden.
The task is solved in a method for the design and operational prediction of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with a sliding function in that
  • • Test bench parameters of one or more geometrically simple specimens are determined in a tribometer, with the test bench parameters including the coefficient of sliding friction µ and a measure of wear and the operating parameters of the tribometer (1) including the normal force F N and one or more temperatures close to the contact,
  • • whereby the test bench parameters are transmitted to a data processing unit while the tribometer is in operation,
  • • The corresponding current operating state of a virtual machine element with a sliding function is calculated using the test bench parameters in the data processing unit by using the sliding friction coefficient µ and the entered geometric and material-specific boundary conditions of the machine element to calculate the temperature of a virtual machine element using a spatially and time-resolved physical simulation or using a thermal network model is calculated,
  • • wherein the operating parameters of the tribometer are adjusted based on the data of the calculated operating state of the virtual machine element with sliding function.

Bei dem Tribometer handelt es sich beispielsweise um einen Ring-auf-Platte-, Stiftauf-Scheibe-, Scheibe-auf-Scheibe- oder Block-auf-Ring-Verschleißprüfstand. Bei den geometrisch einfachen Probekörpern handelt es sich dementsprechend z.B. um Quader („Blöcke“), Ringe, Stifte oder Scheiben. Die Gegenkörper sind entsprechend beispielsweise Platten, Scheiben oder Zylinder.The tribometer is, for example, a ring-on-plate, pin-on-disc, disc-on-disk or block-on- Ring wear test stand. Accordingly, the geometrically simple specimens are, for example, cuboids (“blocks”), rings, pins or discs. The counter-bodies are accordingly, for example, plates, discs or cylinders.

Bei dem Block-auf-Ring-Verschleißprüfstand wird ein in einer Statorhalterung, z.B. an einem Hebelarm oder einer Linearführung, befestigter Materialblock durch eine Normalkraft gegen einen rotierenden Zylinder („Ring“) als Gegenkörper gedrückt. Der Reibungskoeffizient kann dabei in situ anhand der in der Kontaktfläche auftretenden Reibungskraft, die wiederum z.B. aus dem Drehmoment des Hebelarms berechnet werden kann, berechnet werden. Der Verschleiß des Materialblocks (Masseverlust, Geometrieänderung) kann nach der Prüfung oder z.B. anhand der Blockhöhe in situ bestimmt werden. Das Verfahren wird im Folgenden anhand eines Block-auf-Ring-Verschleißprüfstands erläutert.In the block-on-ring wear test rig, a block of material fastened in a stator mount, e.g. on a lever arm or a linear guide, is pressed against a rotating cylinder ("ring") as a counter body by a normal force. The coefficient of friction can be calculated in situ using the frictional force occurring in the contact area, which in turn can be calculated from the torque of the lever arm, for example. The wear of the material block (loss of mass, change in geometry) can be determined after the test or, for example, based on the block height in situ. The procedure is explained below using a block-on-ring wear test bench.

Bei dem Maschinenelement mit Gleitfunktion kann es sich beispielsweise um ein Axiallager, ein Linearlager, ein Radiallager oder auch um ein kombiniertes Axial- und Radiallager (z.B. ein Radialgleitlager mit Bund) handeln. Bei diesen Maschinenelementen mit Gleitfunktion ist der mikroabrasive Verschleiß dominant.The machine element with a sliding function can be, for example, an axial bearing, a linear bearing, a radial bearing or a combined axial and radial bearing (e.g. a radial plain bearing with a collar). Micro-abrasive wear is dominant in these machine elements with a sliding function.

Die Materialien der geometrisch einfachen Probekörper entsprechen dabei den Materialien der zu simulierenden Gleitpaarung (Maschinenelement mit Gleitfunktion und Gegenkörper). Die Materialien können dabei beispielsweise Kunststoffe, Kunstkeramiken, Metalle oder Kunstgrafite sein.The materials of the geometrically simple specimens correspond to the materials of the sliding pair to be simulated (machine element with sliding function and counter-body). The materials can be plastics, artificial ceramics, metals or artificial graphite, for example.

Durch den Aufbau eines rechnergestützten Berechnungsmodells eines Maschinenelementes mit Gleitfunktion und dessen Kopplung mit einem Block-auf-Ring-Verschleißprüfstand entsteht ein Regelkreis, der das reale Verhalten eines Maschinenelementes mit Gleitfunktion simuliert. Der eingebaute Materialblock entspricht hierbei quasi einem Segment des Maschinenelementes mit Gleitfunktion. Durch die kontinuierliche Weitergabe der Prüfstandsmessgrößen berechnet die Datenverarbeitungseinheit in situ den aktuellen Betriebszustand eines virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion. Anhand der Prüfstandmessgrößen wird die verschleißbedingte Änderung des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion berechnet. Aus dieser Änderung wird wiederum die jeweils aktuelle Flächenpressungsverteilung des virtuellen Maschinenelements mit Gleitfunktion berechnet. Über die Flächenpressungsverteilung können die Betriebsparameter des Block-auf-Ring-Verschleißprüfstands entsprechend den virtuellen Maschinenelementen mit Gleitfunktion eingestellt werden.By building a computer-aided calculation model of a machine element with a sliding function and linking it to a block-on-ring wear test bench, a control loop is created that simulates the real behavior of a machine element with a sliding function. The built-in block of material corresponds to a segment of the machine element with a sliding function. The data processing unit calculates the current operating status of a virtual machine element with a sliding function in situ by continuously passing on the test bench measurement variables. The wear-related change in the virtual machine element with the sliding function is calculated using the test bench parameters. From this change, the respective current surface pressure distribution of the virtual machine element with sliding function is calculated. The operating parameters of the block-on-ring wear test bench can be set according to the virtual machine elements with sliding function via the surface pressure distribution.

Die wesentliche Neuerung der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der Verbesserung des Nutzwerts von Ergebnissen aus Tribometer-Versuchen, indem die „natürliche“ Entwicklung der wichtigsten Betriebsparameter, beispielsweise die Temperatur und Flächenpressung, durch die Ergebnisse einer versuchsbegleitend laufenden Simulation eines Maschinenelementes mit Gleitfunktion ersetzt werden. Beispielsweise entspricht das Antwortverhalten eines Blocks im Block-auf-Ring-Versuch dem eines Gleitlagers in einem Bauteilversuch sehr viel besser.The main innovation of the solution according to the invention lies in the improvement of the usefulness of results from tribometer tests by replacing the "natural" development of the most important operating parameters, such as temperature and surface pressure, with the results of a test-accompanying simulation of a machine element with a sliding function. For example, the response behavior of a block in a block-on-ring test corresponds much better to that of a plain bearing in a component test.

Vorteilhaft können über das erfindungsgemäße Verfahren verlässlichere Aussagen über die quantitative Eignung von Materialien für den Einsatz in trockenlaufenden bzw. mangelgeschmierten Maschinenelementen mit Gleitfunktion getroffen werden. Besonders vorteilhaft ermöglicht das Verfahren vereinfachte Arbeitsabläufe bei der Auslegung durch größtmögliche Reduktion von Bauteilversuchen. Qualifizierungsversuche an Bauteil-Prototypen werden weitestgehend vermieden. Das Verfahren ermöglicht eine sinnvolle Arbeitsteilung zwischen dem Werkstoffhersteller, der die benötigten Werkstoffdaten nach einem standardisierten Verfahren zentral und im Voraus erhebt, und dem Konstrukteur der Maschinenelemente mit Gleitfunktion, der mit Hilfe des Verfahrens völlig ohne weiteren experimentellen Aufwand auslegen kann. Insgesamt ermöglicht das einen deutlich kürzeren und wirtschaftlicheren Gesamtprozess zur Auslegung der Maschinenelemente mit Gleitfunktion.Advantageously, more reliable statements about the quantitative suitability of materials for use in dry-running or insufficiently lubricated machine elements with a sliding function can be made using the method according to the invention. In a particularly advantageous way, the process enables simplified work processes during design through the greatest possible reduction in component tests. Qualification tests on component prototypes are avoided as far as possible. The process enables a sensible division of labor between the material manufacturer, who collects the required material data centrally and in advance using a standardized process, and the designer of the machine elements with sliding function, who can use the process to design without any further experimental effort. Overall, this enables a significantly shorter and more economical overall process for designing the machine elements with a sliding function.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Maschinenelement mit Gleitfunktion ein Radialgleitlager ist.One embodiment of the invention is that the machine element with a sliding function is a radial plain bearing.

Vorteilhaft ermöglicht das Verfahren bei einem Radialgleitlager eine verbesserte Auslegung (Dimensionierung, Wärmeentwicklung und Temperaturverteilung, Kalt- und Warmlagerspiel, Lebensdauervorhersage, Risikoabschätzung des Wellenklemmens im Einlauf) und dadurch jeweils verringerte Sicherheitszuschläge. Wegen der zeitabhängig durchführbaren Berechnung des Lagerspiels sinkt das Risiko des Wellenklemmens aufgrund von Reibwertüberhöhungen im Einlauf und der damit verbundenen thermischen Ausdehnung von Welle und Lager erheblich. Dieser Effekt zählt zu den häufigsten Ausfallursachen.In the case of a radial plain bearing, the method advantageously enables an improved design (dimensioning, heat development and temperature distribution, cold and warm bearing clearance, service life prediction, risk assessment of shaft jamming in the run-in) and thus reduced safety margins in each case. Because the bearing clearance can be calculated as a function of time, the risk of shaft jamming due to excessive friction in the run-in and the associated thermal expansion of the shaft and bearing is significantly reduced. This effect is one of the most common causes of failure.

Ein Verschleißmaß kann dabei die Blockhöhe hblock eines Probekörpers sein. Eine reibflächennahe Temperatur kann dabei die Gegenkörpertemperatur oder im Fall eines Block-auf-Ring-Verschleißprüfstands die Ringtemperatur Tring sein.A measure of wear can be the block height h block of a test specimen. A temperature close to the friction surface can be the counter body temperature or, in the case of a block-on-ring wear test stand, the ring temperature T ring .

Die Ermittlung des Gleitreibungskoeffizienten µ und des Maßes für den Verschleiß erfolgt während des laufenden Versuchs. Daraus berechnet die Datenverarbeitungseinheit in situ den entsprechenden aktuellen Betriebszustand eines virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion. Anhand des kontinuierlich übermittelten Verschleißmaßes wird zunächst die verschleißbedingte Geometrieänderung des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion berechnet, um daraus wiederum die jeweils aktuelle Flächenpressungsverteilung im virtuellen Maschinenelement mit Gleitfunktion zu berechnen. Im Fall eines Radialgleitlagers kann aus dem Gleitreibungskoeffizienten µ und den geometrischen und materialspezifischen Randbedingungen des virtuellen Radialgleitlagers die Temperatur der virtuellen Welle berechnet werden. Diese beiden Berechnungsergebnisse - genauer gesagt die aus der Flächenpressung resultierende äquivalente Normalkraft FN und die Gegenkörpertemperatur Tring - werden an den Prüfstand übermittelt und entsprechend eingeregelt. Diese Prozedur wird iterativ und fortlaufend durchgeführt. Somit ergeben sich sowohl die im weiteren Verlauf des Versuchs herrschende Flächenpressung als auch die Temperatur des Ringprüfkörpers nicht mehr wie bisher nur aus der Reibleistung des Block/Ring-Prüfkörperpaars und der von der jeweiligen Prüfstandskonstruktion abhängigen Wärmeabfuhr, sondern sie werden entsprechend den Resultaten der versuchsbegleitend laufenden Simulation eines virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion eingestellt.The coefficient of sliding friction µ and the degree of wear are determined during the ongoing test. From this calculates the Data processing unit in situ the corresponding current operating state of a virtual machine element with sliding function. Based on the continuously transmitted measure of wear, the wear-related change in geometry of the virtual machine element with sliding function is first calculated in order to calculate the current surface pressure distribution in the virtual machine element with sliding function. In the case of a radial plain bearing, the temperature of the virtual shaft can be calculated from the coefficient of sliding friction µ and the geometric and material-specific boundary conditions of the virtual radial plain bearing. These two calculation results - to be more precise, the equivalent normal force F N resulting from the surface pressure and the counter body temperature T ring - are transmitted to the test bench and adjusted accordingly. This procedure is carried out iteratively and continuously. Thus, both the surface pressure prevailing in the further course of the test and the temperature of the ring test body no longer result from the friction power of the block/ring test body pair and the heat dissipation dependent on the respective test bench construction, but they are determined according to the results of the test-accompanying test Simulation of a virtual machine element with sliding function set.

Schließlich ist es zweckmäßig, dass die Betriebsparameter des Tribometers kontinuierlich anhand des berechneten Betriebszustandes des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion angepasst werden.Finally, it is expedient that the operating parameters of the tribometer are continuously adjusted based on the calculated operating state of the virtual machine element with a sliding function.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine Darstellung eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained in more detail below with reference to drawings. Show it
  • 1 a schematic representation of the method according to the invention,
  • 2 a representation of an example of the method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des iterativ durchlaufenen Workflows. 1 shows a schematic representation of the method according to the invention and the iteratively run through workflow.

Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens wird im Folgenden und anhand von 2 ein Anwendungsbeispiel eines Block-auf-Ring-Verschleißprüfstandes zur Simulation eines virtuellen Radialgleitlagers dargestellt. In einem Block-auf-Ring-Verschleißprüfstand 1 wird ein an einem Hebelarm befestigter Materialblock 2 durch eine Normalkraft FN gegen einen rotierenden Zylinder als Gegenkörper 3 gedrückt. Dabei wird der Gleitreibungskoeffizient µ in situ anhand der Reibungskraft über das Drehmoment des Hebelarms berechnet. Das Verschleißverhalten des Materialblocks 2 wird anhand der Blockhöhe hblock in situ bestimmt. Die Prüfstandmessgrößen, wie beispielsweise der Gleitreibungskoeffizient µ und die Blockhöhe hblock, werden im laufenden Betrieb des Block-auf-Ring-Verschleißprüfstands 1 an eine Datenverarbeitungseinheit 4 übermittelt.For further illustration of the method is in the following and based on 2 an application example of a block-on-ring wear test bench for simulating a virtual radial plain bearing is shown. In a block-on-ring wear test stand 1, a block of material 2 attached to a lever arm is pressed against a rotating cylinder as a counter-body 3 by a normal force F N . The coefficient of sliding friction µ is calculated in situ using the frictional force via the torque of the lever arm. The wear behavior of the material block 2 is determined based on the block height h block in situ. The test stand parameters, such as the coefficient of sliding friction μ and the block height h block , are transmitted to a data processing unit 4 while the block-on-ring wear test stand 1 is in operation.

Durch die kontinuierliche Weitergabe der Prüfstandmessgrößen berechnet die Datenverarbeitungseinheit 4 in situ den aktuellen Betriebszustand eines virtuellen Radialgleitlagers. Dazu dient ein rechnergestütztes Berechnungsmodell des Radialgleitlagers, das das reale Verhalten eines Radialgleitlagers im Hinblick auf Temperaturentwicklung und -Verteilung bzw. Verschleiß simuliert.The data processing unit 4 calculates the current operating state of a virtual radial plain bearing in situ through the continuous transmission of the test bench measurement variables. A computer-aided calculation model of the radial plain bearing is used for this purpose, which simulates the real behavior of a radial plain bearing with regard to temperature development and distribution and wear.

Anhand der verschleißbedingten Geometrieänderung Änderung des virtuellen Radialgleitlagers wird die jeweils aktuelle Flächenpressungsverteilung im virtuellen Radialgleitlager berechnet. Über die Flächenpressungsverteilung werden die Betriebsparameter des Block-auf-Ring-Verschleißprüfstands 1, wie beispielsweise die Normalkraft FN und die Gegenkörpertemperatur Tring, entsprechend dem berechneten Zustand des virtuellen Radialgleitlager eingestellt. Durch den Aufbau eines rechnergestützten Berechnungsmodells eines Gleitlagers und dessen Kopplung mit einem Block-auf-Ring-Verschleißprüfstand 1 entsteht ein Regelkreis, der das reale Verhalten eines Gleitlagers simuliert. Diese Rückkopplung kann dabei periodisch erfolgen.The current surface pressure distribution in the virtual radial plain bearing is calculated on the basis of the change in geometry caused by wear. The operating parameters of the block-on-ring wear test stand 1, such as the normal force F N and the counter-body temperature T ring , are set via the surface pressure distribution in accordance with the calculated state of the virtual radial plain bearing. By building a computer-aided calculation model of a plain bearing and coupling it with a block-on-ring wear test bench 1, a control loop is created that simulates the real behavior of a plain bearing. This feedback can take place periodically.

Claims (3)

Verfahren zur Auslegung und Betriebsvorhersage von trockenlaufenden und mangelgeschmierten Maschinenelementen mit Gleitfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass • Prüfstandmessgrößen eines oder mehrerer geometrisch einfacher Probekörper (2) in einem Tribometer (1) bestimmt werden, wobei die Prüfstandmessgrößen den Gleitreibungskoeffizienten µ und ein Verschleißmaß einschließen und die Betriebsparameter des Tribometers (1) die Normalkraft FN und eine oder mehrere kontaktnahe Temperaturen einschließen, • wobei die Prüfstandmessgrößen im laufenden Betrieb des Tribometers (1) an eine Datenverarbeitungseinheit (4) übermittelt werden, • wobei über die Prüfstandmessgrößen in der Datenverarbeitungseinheit (4) der entsprechende aktuelle Betriebszustand eines virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion berechnet wird, indem aus dem Gleitreibungskoeffizienten µ und den eingegebenen geometrischen und materialspezifischen Randbedingungen des Maschinenelements die Temperatur eines virtuellen Maschinenelements mittels einer orts- und zeitaufgelösten physikalischen Simulation oder mittels eines thermischen Netzwerkmodells berechnet wird, • wobei die Betriebsparameter des Tribometers (1) anhand der Daten des berechneten Betriebszustandes des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion angepasst werden.Method for the design and operational prediction of dry-running and insufficiently lubricated machine elements with a sliding function, characterized in that • test bench parameters of one or more geometrically simple specimens (2) are determined in a tribometer (1), the test bench parameters including the coefficient of sliding friction µ and a measure of wear and the operating parameters of the tribometer (1) include the normal force F N and one or more temperatures close to the contact, • the test bench parameters are transmitted to a data processing unit (4) while the tribometer (1) is in operation, • the test bench parameters in the data processing unit (4) corresponding current operating state of a virtual machine element with a sliding function is calculated by calculating the temperature of a virtual machine element from the coefficient of sliding friction μ and the entered geometric and material-specific boundary conditions of the machine element hinenelements is calculated using a spatially and time-resolved physical simulation or using a thermal network model, • wherein the operating parameters of the tribometer (1) are adjusted based on the data of the calculated operating state of the virtual machine element with a sliding function. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenelement mit Gleitfunktion ein Radialgleitlager ist.procedure after claim 1 , characterized in that the machine element with sliding function is a radial plain bearing. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter des Tribometers (1) kontinuierlich anhand des berechneten Betriebszustandes des virtuellen Maschinenelementes mit Gleitfunktion angepasst werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating parameters of the tribometer (1) are continuously adapted on the basis of the calculated operating state of the virtual machine element with a sliding function.
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Citations (4)

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