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Mit den zunehmenden Herausforderungen des Klimawandels und der Ressourcenknappheit wird die Entwicklung nachhaltiger und energieeffizienter technischer Systeme immer wichtiger. In vielen Anwendungen haben die in Kontakten auftretenden Reibungsverluste einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamteffizienz. An dieser Stelle kann die tribologische Kontaktoptimierung einen wichtigen Beitrag zur Steigerung der Effizienz technischer Systeme leisten. Allerdings sind Verbesserungen oft mit einem erheblichen experimentellen Aufwand verbunden. Um die Entwicklungszeit zu verkürzen, können zusätzlich Simulationsmodelle zur Vorhersage des tribologischen Verhaltens eingesetzt werden. Dies erfordert eine möglichst genaue Annäherung an den realen Kontakt in einem numerischen Modell. Im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms SPP 1551 „Ressourceneffiziente Maschinenelemente“ wurde vom Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD ein Simulationsansatz für die zeitabhängige Simulation eines Nocken-Stößel-Kontakts vorgestellt. Die Simulation verwendet realistische Betriebsbedingungen, wie sie im Ventiltrieb von Verbrennungsmotoren auftreten. Der Einfluss von Kanteneffekten auf das Reibungsverhalten wird durch ein skaliertes Berechnungsgebiet berücksichtigt und der Einfluss der Oberflächenrauheit wird mittels stochastischen Rauheitsmodellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das tribologische Verhalten im Kontakt stark von den Oberflächeneigenschaften und dem verwendeten Lastkollektiv abhängt. Darüber hinaus haben Randeffekte an den Seiten der Kontaktfläche einen deutlichen Einfluss auf die Druck- und Schichtdickenverteilung.

Den vollständigen Beitrag mit dem Titel „Understanding Friction in Cam–Tappet Contacts — An Application-Oriented Time-Dependent Simulation Approach Considering Surface Asperities and Edge Effects” unter Autorenschaft von Christian Orgeldinger und Stephan Tremmel finden Sie in der Tribologie-Zeitschrift „Lubricants“ frei verfügbar hier.