Algemeen
smeermiddelen simuleren
Het Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg maakt smeereigenschappen berekenbaar met simulaties op atomair niveau. (foto: PxHere)

Assen, lagers en tandwielen moeten op een perfecte smeerfilm glijden en zo min mogelijk wrijving, slijtage en energieverlies veroorzaken. Hiervoor moeten de ingenieurs het gedrag van de smeerfilm kennen in het zogenaamde tribocontact, dat met experimenten echter nauwelijks meetbaar is. Het Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg maakt smeereigenschappen berekenbaar met atomaire methoden. Het deed onder meer onderzoek naar een van de belangrijkste parameters, de drukafhankelijkheid van de viscositeit van smeermiddelen.

Om een nieuw smeermiddel te ontwikkelen of te verbeteren, is het belangrijk om het gedrag precies te kennen: druk, temperatuur, afschuifsnelheid en viscositeit zijn belangrijke factoren. Het experimenteel meten van de smeerfilm is erg moeilijk omdat de voorwaarden die daarvoor nodig zijn nauwelijks gecontroleerd kunnen worden ingesteld. In sommige bereiken is de druk bijvoorbeeld zo extreem dat er lokale druk is in het GPa-bereik.

Simulatie van smeermiddelen

Waar experimenten moeilijk zijn, kunnen simulaties helpen. Tot nu toe zijn voorspellingen voor het smeermiddelgedrag bij hoge druk meestal verkregen uit extrapolatie van de resultaten van experimenten in een normaal drukbereik. Helaas mislukt deze procedure bij de extreem hoge drukken die plaatselijk optreden in gesmeerde wrijvingscontacten.

simulatie van smeermiddelen
Alkaanmoleculen waarvan de viscositeit met behulp van moleculaire dynamische simulatie bij hoge druk en hoge temperaturen werden berekend (links) en de vereiste moleculaire structuureigenschappen. (foto: Fraunhofer IWM)

Met atomaire moleculaire dynamica simulaties kunnen natuurkundigen smeereigenschappen zoals viscositeit onder gecontroleerde, vrij instelbare druk- en temperatuuromstandigheden voorspellen. De onderzoekers in Freiburg hebben de viscositeit berekend voor verschillende modelsmeermiddelen bij drukken tot 700 MPa. De model smeermiddelen bestonden uit eenvoudige lineaire of vertakte alkanen. Alkanen of paraffines zijn stabiele ketens van koolstof en waterstof en vormen het basisbestanddeel van veel gangbare oliën en brandstoffen.

Moleculaire eigenschappen

Het echte doel van de onderzoekers was om een praktischer prognosemodel te krijgen dan voorheen. Het moet het mogelijk maken om viscositeitswaarden te berekenen voor bepaalde omstandigheden in het wrijvingsgebied zonder dat complexe moleculaire dynamica-simulaties moeten worden uitgevoerd. De onderzoekers hebben simulaties ontwikkeld die inzicht geven in de microscopische structuur en dynamiek van de smeermiddelmoleculen, bijna als een ‘virtuele superloep’.

Ze ontdekten welke drie moleculaire eigenschappen van een smeermiddel de viscositeit grotendeels bepalen: de dwarsdoorsnedeoppervlakken van het molecuul, de ketenflexibiliteit en de afstand tussen de afzonderlijke moleculen. Zodra deze eigenschappen zijn bepaald, kan de viscositeit van een smeermiddel onder verschillende omstandigheden eenvoudig en nauwkeurig worden berekend.

Bij omgekeerd gebruik is deze simulatiemethode ook te gebruiken om de juiste moleculen te vinden voor bepaalde tribologische spanningen. In combinatie met aanvullende kwantumchemische simulaties over de interactie van het smeermiddel met oppervlakten van componenten, kunnen de onderzoekers gebruikers het juiste smeermiddel voor hun toepassing voorstellen.

In de toekomst zullen de resultaten ook worden gebruikt om het smeermiddelgedrag bij hoge snelheden en dus hoge afschuifsnelheden te onderzoeken. Ook er wordt overwogen hoe een smeermiddel zich gedraagt in een zeer nauwe wrijvingsspleet die slechts enkele moleculaire diameters breed is. De onderzoekers kunnen ook nieuwe smeermiddelen karakteriseren, bijvoorbeeld smeermiddelen op waterbasis voor milieuvriendelijke toepassingen.

  • Nog sneller producten ontwikkelen met SolidWorks 2022

    SolidWorks 2022 bestaat uit een serie flexibel te gebruiken en aanpasbare oplossingen voor ontwerp, documentatie, informatiemanagement en validaties. (Foto: Dassault Systèmes) Dassault Systèmes introduceert SolidWorks 2022, een nieuwe versie van de applicaties voor 3D-ontwerp en engineering. Het bevat veel nieuwe en verbeterde functies voor het… Lees verder →

  • Miljoenen investeringen voor verdere ontwikkeling Lightyear One

    Momenteel onderzoekt Lightyear verschillende opties, zowel publiek als privaat, voor verdere fondsenwerving voor het massamarktmodel van Lightyear, die naar verwachting in 2024 in productie zal gaan. (Foto: Lightyear) Lightyear, het high-tech bedrijf dat ‘s werelds eerste lange-afstands zonneauto ontwikkelt, heeft tot op heden in 2021… Lees verder →

  • Schroefveerkoppelingen verhogen de levensduur van straatfrezen

    Schroefveerkoppeling van Torsion Control Products voor inzet bij asfaltfrezen (Foto: TCP) Door hun speciale torsieflexibiliteit zijn veerkoppelingen van Torsion Control Products (TCP) geschikt voor de toepassing in mobiele machines in de wegenbouw waarbij moderne dieselmotoren worden toegepast. Voor een fabrikant van straatfrezen ontwikkelde TCP een… Lees verder →

  • SPS 2021 Neurenberg gaat on-site en digitaal

    Van 23-25 november 2021 worden in Neurenberg ongeveer 750 exposanten verwacht op SPS 2021. Zelfs in tijden van COVID-19 staat SPS (Smart Production Solutions) op de kalender van de automatiseringsindustrie. Na een succesvol pilot event in München zijn sinds 1 augustus 2021 weer beurzen toegestaan… Lees verder →

  • Bosch Rexroth opent klanten- en innovatiecentrum in Ulm

    Bosch Rexroth demonstreert het potentieel van modulaire en sterk gedigitaliseerde productie op een oppervlakte van ongeveer 500 vierkante meter (Foto: Bosch Rexroth). Bosch Rexroth opent zijn klanten- en innovatiecentrum in het Science Park in Ulm. De in 2019 aangekondigde nieuwbouw is voltooid. Met het nieuwe… Lees verder →

  • Schneider Electric introduceert online selfserviceportaal voor machinebouwers

    Schneider Electric introduceert mySchneider voor machinebouwers. (Foto: Schneider Electric) Schneider Electric introduceert mySchneider voor machinebouwers: een online portaal voor zakelijke partners die actief zijn in de machinebouw en industriële automatisering. Met dit nieuwe platform biedt het bedrijf partners een vereenvoudigde en gepersonaliseerde digitale ervaring afgestemd… Lees verder →

  • Hoog presterende miniatuur NSK kogelomloopspindels

    De nieuwe kogelomloopspindels zijn onder meer geschikt in apparatuur voor de halfgeleiderindustrie, waar uitzonderlijk hoge eisen worden gesteld aan doorloopsnelheid en nauwkeurigheid bij de chipmontage. (Foto: NSK) NSK Linear Motion Control heeft een nieuwe serie hogesnelheid miniatuur kogelomloopspindels geïntroduceerd. De serie biedt een aantal voordelen… Lees verder →

  • Vitesco investeert in productie 800V elektromotoren

    De toevoeging van 800 V-motortechnologie voor het EMR4-platform maakt het portfolio verder compleet. (Foto: Vitesco) Vitesco Technology, leverancier van moderne aandrijftechnologieën en elektrificatieoplossingen zet een nieuwe stap met betrekking tot zijn 800V-technologieroadmap. Na de introductie van een 800V-omvormer een half jaar geleden, bereidt het technologiebedrijf… Lees verder →

  • Dana introduceert elektrische e-Powershift transmissie

    Dana versnelt elektrificatie van ondergrondse mijnbouwvoertuigen met een elektrische e-Powershift transmissie. (Foto: Dana) Dana introduceert de nieuwe Spicer Electrified e-Powershift-transmissie, een modulaire en flexibele oplossing met twee snelheden. Het zorgt voor power take-off voor geëlektrificeerde mijnbouwvoertuigen. De e-Powershift-transmissie vereenvoudigt de elektrificatie van de mijnbouwindustrie. De… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven