| Titel | Berechnung der Reibungszustände an Kolbenringen |
| Autor | G. Knoll, S. Brandt, F. Schlerege, S. Umbach |
| Infos zum Autor | Universität Kassel Institut für Maschinenelemente und Konstruktionstechnik Mönchebergstraße 3 34125 Kassel Prof. Dr.-Ing. habil. Gunter Knoll Email: gunter.knoll@imk.uni-kassel.de Tel.: 0561/804-2829 Dipl.-Ing. Sven Brandt Email: sven.brandt@imk.uni-kassel.de Tel.: 0561/804-2769 Dipl.-Ing. Frank Schlerege Email: frank.schlerege@imk.uni-kassel.de Tel.: 0561/804-2775 Dipl.-Ing. Sascha Umbach Email: sascha.umbach@imk.uni-kassel.de Tel.: 0561/804-2837 |
| Inhalt | Zusammenfassung Bei der Entwicklung neuer Motoren spielt die Senkung des Verbrauchs eine wichtige Rolle. Eine Möglichkeit zur Senkung des Verbrauchs besteht in der Reduktion der Reibungsverluste. Ein Vergleich der anteiligen mechanischen Verluste unter den Tribosystemen des Verbrennungsmotors zeigt, dass der größte Teil auf die Kolbenringgruppe zurückzuführen ist. Neben dem Einsatz verbesserter Werkstoffpaarungen besteht die Möglichkeit die Zylinderoberfläche durch eine gezielte Strukturierung tribologisch günstiger zu gestalten. Dadurch entsteht die Notwendigkeit die Oberflächenstrukturen von Zylinderbuchsen durch geeignete Prüfstandsversuche und Simulationstechniken hinsichtlich der Reibungsverluste zu charakterisieren. Zu diesem Zweck wurde an der Forschungsstelle ein drucklos geschleppter Prüfstand zur Messung der Reibkräfte zwischen Kolbenring und Zylinderlaufwand aufgebaut, der die Vorteile einer einfach austauschbaren Zylinderbuchse und einer rein linearen Kolbenbewegung ohne Sekundärbewegung aufweist. Gleichzeitig wurde ein Simulationsmodell des Prüfstandes mit dem Programmsystem KORI3D aufgebaut, um die Reibkräfte rechnerisch zu ermitteln. Neben den geometrischen Randbedingungen bilden die vermessenen Laufflächenkonturen der im Prüfstand eingesetzten Kolbenringe und die ringspezifischen Kontaktreibwerte, ermittelt mit Hilfe eines Schwing-Reib-Verschleiß-Tribometers, die Grundlage der Simulationstechnik. Der Vergleich der Ergebnisse aus Messung und Simulation zeigt eine qualitativ gute Übereinstimmung für die einzelnen Ringe. Somit ist sichergestellt, dass zum Einen die verwendete tribologische Prüfkette für den Anwendungsfall geeignet ist und zum anderen der Prüfstand und das Simulationsmodell geeignet sind, um strukturierte Zylinderbuchsen hinsichtlich Reibungsverlusten zu charakterisieren. Abstract The reduction of fuel consumption is an important factor within the process of engine development. One possibility to drop fuel consumption is to reduce friction losses. The comparison of mechanical friction losses of the tribological system combustion engine reveals that the main part of losses is due to piston rings. In addition to the use of improved mating materials another possibility to reduce friction losses is to improve tribological performance is to texture the cylinder surface. Thus it becomes necessary to evaluate the textured surfaces concerning friction losses by means of rig testing or simulation techniques. For this reason an externally powered test rig was developed to detect friction forces between piston ring and cylinder without the influence of combustion forces. The main advantages of the test rig are a cylinder liner, which is easy to replace and the prevention of secondary piston motion. Simultaneously a simulation model of the test rig was established to calculate the friction forces. Therefore the inhouse developed software tool KORI3D was used. Besides geometry one of the main inputs is the measured pattern of the piston ring contact surfaces, which are used in the test rig. Another important input is the friction coefficient which is determined by means of a reciprocating friction and wear test rig. The comparison between measured and calculated results shows qualitatively good correlation for each piston ring. Hence it is assured that the adopted procedure is appropriate for this application and that the test rig as well as the simulation model is appropriate for the evaluation of textured cylinder surfaces concerning friction losses. |
| Datum | 2008 |
