Der Einfluss der Bauteilgestaltung auf die Hydrodynamik am kleinen Pleuelauge

Dynamisch belastete hydrodynamische Radialgleitlager unter oszillierender Bewegung stellen für den Tragdruckaufbau einen ungünstigen Fall dar, da nur geringe hydrodynamisch wirksame Geschwindigkeiten erreicht werden. Dennoch gibt es wenige rechnerische Betrachtungen zu diesem für den Verbrennungsmotorbau sehr kritischen Tribosystem. In der vorliegenden Arbeit wird ein Simulationsprogramm vorgestellt, das das Schmierungsverhalten am Beispiel des Systems kleines Pleuelauge – Kolbenbolzen beschreibt. Die Berechnung berücksichtigt neben den thermischen Deformationen und der η-p- Abhängigkeit des Schmiermittels auch Unstetigkeiten in der Lagergeometrie, wie z. B. Fasen, Bohrungen oder Nuten. Die Bauteilelastizität wird mit Hilfe einer FEM-Simulation in die Berechnung einbezogen. Die genaue Analyse der Druck- und Spaltverläufe führt zu dem Ergebnis, dass die kritischen Bereiche mit Mischreibungsanteilen am Lagerrand vorliegen, während in der Lagermitte der Schmierfilm noch ausreichend stark ist. Daraufhin wird gezeigt wie sich der Schmierspaltverlauf durch geringe konstruktive Änderungen beeinflussen lässt. Zunächst wird die Bohrungsgeometrie an den Lagerrändern durch eine 5 – 10 µm tiefe Fase verändert, um mögliche Mischreibung und Verschleiß konstruktiv zu kompensieren. Es wird gezeigt, dass die Bereiche sehr kleiner Spaltweiten durch eine 10 µm – Fase nicht mehr am Lagerrand, sondern in der Lagermitte auftreten. In einem zweiten Schritt wird die Lagersteifigkeit in der Hauptbelastungsrichtung durch konstruktive Maßnahmen gezielt herabgesetzt, ohne unzulässig hohe Bauteilbelastungen zu erzeugen. Diese neue hydrodynamikgerechte Konstruktion beeinflusst die Spaltweite positiv. Um die Aussagekraft der Berechnung zu stützen werden zwei Lagerungsvarianten in einem 100h Motortestlauf untersucht. Das Pleuellager mit zylindrischer Bohrung weist den durch die Berechnung vorhergesagten hohen Abtrag an den Lagerrändern voraus. Bei einem zweiten Testlauf kommt eine Pleuellagerung mit einer 10 µm – Formbohrung zum Einsatz. Diese zeigt das Hauptverschleißgebiet in der Lagermitte in Pleuelschaftrichtung. Ein Ergebnis, welches durch das Berechnungsmodell ebenfalls prognostiziert wurde.