Kolbenbolzenlagerung II

Die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. beauftragte die folgenden Forschungsstellen mit der Durchführung:

• Forschungsstelle 1 (Sprecher):    
  Institut für Antriebs- und Fahrzeugtechnik, Fachgebiet Maschinenelemente und Tribologie, Universität Kassel
  
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Adrian Rienäcker
   
• Forschungsstelle 2:    
  Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart Abt. Fahrzeugantriebe, Universität Stuttgart
  
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Michael Bargende 
   
• Forschungsstelle 3:    
  Fakultät Ingenieurwissenschaften und Gesundheit, Lehrgebiet Fluidtechnik, HAWK Göttingen

  Leiter: Prof. Dr.-Ing. Peter Reinke
   
• Forschungsstelle 4:    
  Institut für Analytische Messtechnik Hamburg e.V.
  
Leiter: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Matz
   
• Projektausschuss (Vorsitz):     
  Mahle International GmbH, Dr.-Ing. Rolf-Gerhard Fiedler 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden das Bewegungs- und Drehverhalten des Kolbenbolzens sowie die Ölversorgungsmechanismen der Kolbenbolzenlagerung untersucht, um Potentiale zur Steigerung der Betriebssicherheit von Kolbenbolzenlagerungen eines Verbrennungsmotors aufzuzeigen. Dabei sind die Öltransportverhältnisse und die Ölangebote durch experimentelle Versuche an einem Gleitlagerprüfstand (F1) und am gefeuerten Motor (F2) in Kombination mit numerischen 2D- und 3D-Simulationen untersucht worden.

Im Schwerpunkt der Aktivitäten der Lehrgebiets Fluidtechnik an der HAWK in Göttingen standen die 3-D-Simulationen. Im Projekt wurden neue experimentelle Methoden vorgestellt, die es erlauben, im Motorbetrieb Messdaten über die Kolbenbolzenlagerung aufzunehmen. So kamen erstmals (F2) zwei Messschwingen-Systeme parallel zum Einsatz, um elektrische und optische Messsignale vom Kolben aus dem gefeuerten Motor zu übertragen.

Darüber hinaus wurden Entwicklung und Applikation eines neuartigen Fluoreszenz-Messsystems (F4) mit einer Lichtleiter- sowie Kapillarenausführung zur Messung von Öltransport und Ölangebot am bewegten Kolben vorangetrieben. Mit diesen sehr aufwendigen Methoden konnten in Umfang und Qualität bisher nicht verfügbare Messergebnisse gewonnen werden, die es erlaubten, das an der HAWK entwickelte instationäre 2-Phasen 3D-CFD-Modell zu validieren und die Öltransportvorgänge der Kolbenbolzenlagerung zeitlich und räumlich hochaufgelöst zu berechnen. Die numerischen Ergebnisse der Göttinger Forschungsstelle umfassen u.a. das zeitaufgelöste, transiente und räumliche Ölangebot im Ölkragen, welches mittels einer neu entwickelten Schnittstelle an ein 2D-EHD-Modell (F1) übertragen wurde. Das wiederum steigerte die Aussagefähigkeit der bestehenden 2D-Simulationsmethodik (F1), indem die Beschreibung der Kolbenbolzenbewegung, der elastischen Deformation der Lagerkomponenten sowie des nichtlinearen Verhaltens des Schmierfilms im Kolbenbolzenlager verbessert wurde. Die vorgestellten Ergebnisse tragen zu einem tieferen tribologischen Systemverständnis bei und präzisieren die Vorhersagen über die Betriebssicherheit der Kolbenbolzenlagerung. 

1. Rabanizada, A., Branciforti, D., Schmidt, M., Reinke , P., Pryymak, K., & Preuß, A.-C. (2020). Piston Pin Bearing II. In FVV Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., Abschluss- und Zwischenberichte der Forschungsstellen Motoren/Turbomaschinen : Herbsttagung 2020 : Tagungsband (Vol. R 596, pp. 309–344). Frankfurt am Main: Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.
    
2. Rabanizada, A., Branciforti, D., Schmidt, M., Reinke, P., Pryymak, K., & Preuß, A.-C. (2020). Kolbenbolzenlagerung II (Vol. R596, pp. 1–232). Frankfurt am Main: Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.
    
3. Schmidt, M., Reinke, P., Rabanizada, A., Umbach, S., Rienäcker, A., Branciforti, D., Matz, G. (2019). Numerical Study of the Three-Dimensional Oil Flow Inside a Wrist Pin Journal. Tribology Transactions, (Tribology Transactions).
   
   https://doi.org/10.1080/10402004.2019.1701163

Das Forschungsvorhaben wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) e.V. aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.