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Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie
 
Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie Forschung
Projektübersicht

Forschungsprojekte des Institutes für Maschinenkonstruktion und Tribologie

Dichtungen

  • FVA 706 II: Stochastische Strukturen III
    In diesem Projekt wurden in funktionierende und damit ausreichend drallfreie Gegenlaufflächen Strukturen eingebracht. Da selbst bei einem vorschriftengerechten Herstellprozess auf Gegenlaufflächen "Kratzer" im Mikrobereich entstehen, wurden die Auswirkungen solcher Strukturen auf die Funktion von Radialwellendichtringen (RWDR) und deren Detektierbarkeit gezielt untersucht. Hierzu wurden Erkenntnisse über kritische Fehlstellen in Gegenlaufflächen von RWDR aus den Forschungsvorhaben FKM 281 und FVA 706 I aufgegriffen und in diesem Projekt erweitert.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2019
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 07/2017-06/2019
  • FVA 895 Tieftemperaturverhalten von Radialwellendichtringen
    Dichtsysteme auf der Grundlage elastomerer Radial-Wellendichtringe (RWDR) müssen in zahlreichen Anwendungen zunehmend auch bei tiefen Temperaturen im Bereich von ca. 40 °C bis 0 °C funktionsfähig sein. Für das RWDR-Verhalten im steifen (wenig über der Glastemperatur Tg) und im eingefrorenen Zustand (unterhalb Tg) liegen wenig Informationen vor, so dass die Einsatzgrenzen für eine zuverlässige Funktion der Dichtsysteme bislang nicht bekannt sind.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2020
    Förderung: AiF

Fahrzeugantrieb

Mikro- Tribologie

  • Hartfräsen von Mikroschmiernäpfen zur Reibungs- und Verschleißreduktion in hochbelasteten Wälzkontakten
    Reibung und Verschleiß an tribologisch beanspruchten Flächen lassen sich in vielen Anwendungen mittels spanend in die Oberfläche eingebrachter Mikroschmiertaschen deutlich reduzieren. Bisherige Grundlagenforschung umfasst die Auslegung und Effektanalyse von Schmiertaschen in über-wiegend gleitend beanspruchten Flächen und die Entwicklung von Werkzeugen und Bearbeitungsstrategien zur Herstellung qualitativ hochwertiger Strukturen
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Josephine Kelley M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • Antriebsstrang 2025: Energieeffiziente Prozessketten zur Herstellung eines reibungs- gewichts- und lebensdaueroptimierten Antriebsstrangs
    Im Projekt Antriebsstrang 2025 werden innovative Prozessketten und hybride Werkzeugkonzepte entwickelt, welche die Herstellungs- und Nutzungsphase von Antriebskomponenten energie- und ressourceneffizienter gestalten. Anschließend erfolgt eine ökologische Bewertung und eventuelle Anpassung der entwickelten Prozessketten anhand von Online-Daten. Ziel ist es, die Energie- und Ressourceneffizienz in der Herstellung und Nutzung der Antriebskomponenten zu erhöhen und somit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Dr.-Ing. Florian Pape
    Jahr: 2019
    Förderung: BMWi
  • DFG-SPP2074: Trockenschmierung von Wälzkontakten durch selbstregenerative Molybdänoxidschichtsysteme
    Aufgrund des weltweiten ökonomischen und ökologischen Wandels wird zunehmend die Verwendung innovativer umwelt- und ressourcenschonender Technologien gefordert. Die aktuelle Verknappung von wertvollen Energie- und Rohstoffressourcen, wie z.B. fossilen Brennstoffen und seltenen Legierungselementen, u. a. durch aufstrebende Industrienationen wie China und Indien, erfordert eine optimale und nachhaltige Nutzung dieser Ressourcen. Dies kann durch eine Kombination von Gestaltungs- und Produktionsprozessen technischer Güter und Produkte des Maschinenbaus erzielt werden. In diesem Forschungsvorhaben soll eine Ressourcenschonung an wälzbeanspruchten Konstruktionselementen einerseits durch den Verzicht auf eine fluidbasierende Schmierung, eine Verlängerung der Lebensdauer, die Vermeidung von Frühausfällen und geringere Reibungsverlust erreicht werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Dennis Konopka M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • KExNuMe-KSS: Kopplung experimenteller und numerischer Methoden zur mehrskaligen Analyse der Wirkmechanismen von Kühlschmierstrategien in Zerspanprozessen
    Der effiziente Einsatz von Kühlschmierstoffen bedarf einem tiefergehenden Verständnis der zugrundeliegenden Wirkmechanismen hinsichtlich Spanabtransport, Kühlung und Beeinflussung der Reibbedingungen. Zur Prognose und zielgerichteten Nutzung dieser Effekte, ist eine Abbildung der Mechanismen in Prozesssimulationen erforderlich.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll, Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Dr.-Ing. Florian Pape
    Team: Dr.-Ing. Haichao Liu
    Jahr: 2020
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439904924
  • AWEARNESS: Anti-Wear-Effectiveness of Additives using a Rabinowicz and Eyring based Simulation Scheme
    Um Verschleiß in tribologischen Systemen zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, werden Schmierstoffe verwendet, die Additive wie Zinkdithiophosphate (ZDDP) enthalten. Während bei der Vollschmierung die Oberflächen der Kontaktpartner durch den Schmierfilm vollständig voneinander getrennt sind, so dass kein Verschleiß auftritt, kommt es bei der Mischreibung zum Kontakt zwischen den Rauhigkeitsspitzen dieser Oberflächen. In diesem Fall wird der Verschleiß des Grundmaterials dadurch vermieden, dass das Additiv eine Schutzschicht auf der Oberfläche des Grundmaterials bildet. Auf diese Weise wird nicht die Oberfläche des Grundmaterials, sondern die Schutzschicht durch den Verschleiß abgetragen. Das Gleichgewicht zwischen der Abtragsrate und der Bildung der Schicht bestimmt letztlich, ob ein wirksamer Verschleißschutz erreicht wird. In Zusammenarbeit mit zwei weiteren Institutspartnern wird ein Modell entwickelt, mit dem das Verschleißregime eines Systems bewertet werden kann.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll; Dr.-Ing. Florian Pape
    Team: Armand Fome M.Sc.
    Jahr: 2021
  • ISiG: Integrierte Sensorik für intelligente Großwälzlager
    Das Ziel des Vorhabens ist es, ein grundlegendes Verständnis über das Ineinandergreifen des Informationsflusses vom Maschinenelement Wälzlager bis zur Einbindung in ein Condition Monitoring System (CMS) zu schaffen. Eine Zustandsüberwachung von tribologisch beanspruchten Maschinenelementen und insbesondere deren Oberflächen gelingt in diesem Projekt durch die Applikation von bauteilintegrierten Sensoren. Dafür ist es notwendig, ein maßgeschneidertes Anwendungskonzept für Sensoren unterschiedlicher Bauart, vor allem Temperatur- und Dehnungssensoren, an relevanten Einsatzbereichen zu platzieren, um kritische Betriebsbedingungen zu erfassen, im Ausgangspunkt der Schädigung Messdaten aufzunehmen und somit frühzeitig Schäden zu erkennen.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll; Dr.-Ing. Florian Pape
    Team: Dennis Konopka M.Sc.
    Jahr: 2022
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466778958
    Laufzeit: 36 Monate
  • Funktionalisierte Randzone für belastungsorientiertes Ermüdungsverhalten gehärteter Bauteile
    Aufgrund des weltweiten ökonomischen und ökologischen Wandels ist der Einsatz von innovativer umwelt- und ressourcenschonender Technologien notwendig. Insbesondere in der Fertigungstechnologie bestehen Potentiale zur Bauteiloptimierung, welche noch nicht vollständig verstanden sowie auch nicht vollständig ausgenutzt werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll; Dr.-Ing. Florian Pape
    Team: Simon Dechant M.Sc.
    Jahr: 2022
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Rheologie/EHL

  • Tribologische Fluidmodelle für Nebenantriebsaggregate in Hybrid- und Elektrofahrzeugen
    Die Potenzialabschätzung und Auslegung von Pumpen in Antriebssträngen erfolgt im Fokus der Energieeffizienz sowie tribologischer Zuverlässigkeit. Der Einsatz der Pumpen in Antriebssträngen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen sowie veränderte Fahrstrategien führen zu bisher nicht untersuchten tribologischen Beanspruchungen in den Pumpenaggregaten. Im Zuge Zur Einhaltung verschärfter CO2-Grenzwerte leisten reibungsoptimiert ausgelegte Pumpen einen wesentlichen Beitrag. Das tribologische Verhalten dieser Pumpen wird in hohem Maße durch das eingesetzte Fluid beeinflusst. Forschungsziel ein validiertes Fluidmodell für hochbelastete Tribokontakte auf der Basis eines besseren Verständnisses der mikroskopischen Wechselwirkungen und Strukturen im Schmierstoff auf makroskopische Fließvorgänge im Schmierspalt unter Einbeziehung des Fließverhaltens im nicht-Newtonschen Bereich und unter glasartigen Fluidzuständen. Der Schwerpunkt des ITR ist die Entwicklung von Methoden zur Beschaffung der wichtigsten Modellparameter. Zur Validierung des Modells werden Untersuchungen am Zweischeiben-Prüfstand des IMKT mit dem Berechnungsprogramm des IMK abgeglichen. Die experimentelle Technik am IMKT wird so weiterentwickelt, dass die erforderlichen Belastungen des Fluids definiert eingestellt werden können. Im Fokus des Projekts die Bestimmung von Parametern zur Beschreibung des Fließverhaltens von Fluiden aus rheologischen Messungen unter Anwendung thermodynamischer Methoden. Die Parameter werden einschließlich ihrer Druck- und Temperaturabhängigkeit für Berechnungsprogramme zur Verfügung gestellt. Durch eine Validierung des Modells am Zweischeibenprüfstand über den Vergleich von gemessenen und berechneten Kraftschlusskurven nachgewiesen, dass das Fluidmodell für den Anwender allgemein in Berechnungsprogrammen einsetzbar ist. Das Projekt kann zum Verständnis des Fluidverhaltens beitragen und dadurch Impulse bei der Entwicklung innovativer Schmier- und Betriebsstoffe geben.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Dr.-Ing. Norbert Bader
    Jahr: 2017
  • Tribologische Fluidmodelle für Antriebsstrangkomponenten
    Um eine weitere Erhöhung der Energieeffizienz zu erreichen, spielt die Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrads durch Reibungsreduzierung in fluidgeschmierten Kontakten eine wesentliche Rolle. Ein maßgeblicher Baustein bei der Reibungsreduzierung ist das im Reibkontakt eingesetzte Fluid. Die Kenntnis der Wirkmechanismen der Fluidreibung unter tribologischer Beanspruchung ermöglicht eine direkte Einbindung in den Gestaltungs- und Konstruktionsprozess für die Antriebsstrangkomponenten, insbesondere in numerische Simulationsprogramme, die aufgrund des Fortschritts der Rechentechnik stark zunehmende Verbreitung finden. Derzeit existieren jedoch nur Ansätze, das Fluidverhalten unter realen Kontaktbedingungen im Labor zu untersuchen. Das Vorgängervorhaben lieferte einen wesentlichen Beitrag, das Verhalten besser zu verstehen und das Reibverhalten berechenbar zu machen. Das beantragte Vorhaben will auf diesen Erkenntnissen aufbauen und das rheologische Fluidverhalten bei instationärer Belastung erforschen, validieren und in Form von Fluidmodellen der numerischen Simulation im Produktentstehungsprozess zur Verfügung stellen, indem das Verhalten in weiterzuentwickelnden Laborrheometern untersucht, in praxisnahen Versuchen gemessen und mit Simulationswerkzeugen berechnet wird. Der Nutzen besteht insbesondere für KMU darin, dass ein besseres Verständnis für die Reibungsmechanismen in geschmierten Kontakten vorliegt. Zudem kann anhand eines im Rahmen des Vorhabens weiterentwickelten Workflows nachvollzogen werden, welche Schritte zur Datengewinnung und Implementierung der Fluidmodelle in Simulationssoftware, die im eigenen Hause zur Verfügung steht, erforderlich ist und somit die Erkenntnisse aus dem Vorhaben einfach nutzen zu können. Die Erforschung der hierzu erforderlichen Grundlagen ist für KMU aufgrund des Personal-, Kosten- und Zeitaufwands nicht leistbar.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Dr.-Ing. Norbert Bader
    Jahr: 2017
  • DGMK-Projekt Schmier­stoffe: Vorhersage der Eignung von Wälzlagerfetten in der Robotertechnik
    Die Reibung und damit auch die Betriebstemperatur fettgeschmierter Lager können heute nur mit teilempirischen Ansätzen berechnet werden. Gründe hierfür sind einerseits die Starvation im Wälzkontakt bei hohen Drehzahlen und andererseits die Verluste in der Fettstruktur außerhalb der eigentlichen Wälzkontakte insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und Anfahr-/Reversiervorgängen. Zur Beschreibung dieser Einflüsse auf das Reibmoment fehlen noch physikalisch begründete Modelle. Das Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die Vorgänge außerhalb der Wälzkontakte zu untersuchen, zu modellieren und berechenbar zu machen, die bei Fettschmierung zu erhöhten Verlusten führen und die Schmierfette damit für Anwendungen mit häufigen Start- und Reversiervorgängen disqualifizieren können. Somit soll langfristig eine Aussage über die Eignung und Performance der Schmierfette in der Anwendung Robotertechnik (häufige Anfahr- und Reversiervorgänge) ermöglicht werden. Die entsprechenden Modelle sollen in mehreren Stufen experimentell verifiziert werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Muyuan Liu M.Eng.
    Jahr: 2018
    Förderung: DGMK
  • Hartfräsen von Mikroschmiernäpfen zur Reibungs- und Verschleißreduktion in hochbelasteten Wälzkontakten
    Reibung und Verschleiß an tribologisch beanspruchten Flächen lassen sich in vielen Anwendungen mittels spanend in die Oberfläche eingebrachter Mikroschmiertaschen deutlich reduzieren. Bisherige Grundlagenforschung umfasst die Auslegung und Effektanalyse von Schmiertaschen in über-wiegend gleitend beanspruchten Flächen und die Entwicklung von Werkzeugen und Bearbeitungsstrategien zur Herstellung qualitativ hochwertiger Strukturen
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Josephine Kelley M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Wälzlager

  • SFB 1153 - C3 - Wälzfestigkeit
    Die lokalen Randzoneneigenschaften hybrider Werkstoffbereiche werden durch den Fertigungsprozess definiert. Diese Eigenschaften bestimmen gleichzeitig das Betriebs- und Einsatzverhalten der späteren Tailored Forming-Bauteile, welches im Teilprojekt C3 mittels numerischer und experimenteller Analysen erforscht wird. Es wurde ein modulares Lebensdauermodell für hybride Werkstoffbereiche entwickelt, welches mit Komponentenversuchen unter überlagerter Wälz-, Torsions- und Umlaufbiegebeanspruchung validiert wird.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll; Dr.-Ing. Florian Pape
    Team: Timm Coors M.Sc.
    Jahr: 2015
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • FVA 863 I - Stromdurchgang am Wälzlager
    In modernen Antriebssystemen werden in steigender Zahl Elektromotoren mit Frequenzumrichter eingesetzt. Durch die hohen Schaltgeschwindigkeiten entstehen elektrische Ströme im anliegenden Antriebsstrang, welche zu einer Schädigung der beteiligten Maschinenelemente führen können. Bei Wälzlagern treten als strombedingte Schäden vor allem Grey Frosting und Riffeln auf. Ebenso kann das eingesetzte Schmiermedium in seiner Wirkung beeinträchtigt werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2018
    Förderung: AiF
  • Hartfräsen von Mikroschmiernäpfen zur Reibungs- und Verschleißreduktion in hochbelasteten Wälzkontakten
    Reibung und Verschleiß an tribologisch beanspruchten Flächen lassen sich in vielen Anwendungen mittels spanend in die Oberfläche eingebrachter Mikroschmiertaschen deutlich reduzieren. Bisherige Grundlagenforschung umfasst die Auslegung und Effektanalyse von Schmiertaschen in über-wiegend gleitend beanspruchten Flächen und die Entwicklung von Werkzeugen und Bearbeitungsstrategien zur Herstellung qualitativ hochwertiger Strukturen
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Josephine Kelley M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • FVA 866 I - Kurzfristige Überlasten
    Bei großen Lagerbaureihen, wie sie z.B. in Windenergieanlagen eingesetzt werden, treten kurzzeitige Überlasten durch sich schnell ändernde Windverhältnisse häufig auf. Bei konventionellen Schadensakkumulationshypothesen, wie der von Palmgren-Miner, wirken diese sich kaum aus. Dadurch werden die tatsächlich erreichbaren Lebensdauern aufgrund der Berechnung möglicherweise überschätzt.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2019
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 36 Monate
  • SFB 1153 - T1 – Hybrides Großwälzer
    Das Transferprojekt T1 wird die im SFB 1153 realisierte Prozesskette zur Herstellung von belastungsangepassten hybriden Massivbauteilen skalieren, um die Übertragbarkeit der Forschungsergebnisse auf Bauteile mit großen geometrischen Abmessungen sicherzustellen. Zusammen mit industriellen Partnern werden so die material- und verfahrenstechnischen Vorteile dieser Technologie weiterentwickelt, um Leistungsdichte und Ressourceneinsatz von großen Bauteilen unter Wälzbelastung zu verbessern und Tailored Forming zielgerichtet in die industrielle Anwendung zu überführen.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Felix Saure M.Sc.
    Jahr: 2019
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
  • Randschichtfunktionalisierung durch verformungsinduzierten Martensit an Kugellagerringen
    Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die gezielte Nutzung der umformtechnisch induzierten Phasenumwandlung in der Randschicht komplexer massivumgeformter Bauteile aus metastabilen austenitischen Stählen am Beispiel eines Wälzlagerinnenrings. Durch die Umformung soll eine gezielte Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften im oberflächennahen Bereich und somit eine Optimierung der Bauteileigenschaften erfolgen. Diese Bauteileigenschaften in Form von Eigenspannungen haben positiven Einfluss auf die Ermüdungslebensdauer von Wälzkontakten. Insbesondere sind weitere Kenntnisse zur lokalen Kaltverfestigung und martensitischen Phasenumwandlung im Bereich der Randschicht, in der Herstellungs- sowie Nutzungsphase, notwendig.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll, Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
    Team: Alexander Bodewig M.Sc.
    Jahr: 2020
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423160066
    Laufzeit: 08/2020-07/2023
  • FVA 705: Radial vorgespannte Zylinderrollenlager
    In einem Lager mit positiven Betriebsspielen wird die von außen auf das Lager wirkende Radialkraft lediglich von einer geringen Anzahl an Wälzkörpern vom einen auf den anderen Lagerring übertragen. Mit Verkleinerung des Betriebsspiels bis hin zur Aufbringung negativer Betriebsspiele (Vorspannung) wird die äußere Kraft auf mehr Wälzkörper verteilt. Die Kraft am höchstbelasteten Wälzkörper sinkt im Rahmen definierter Vorspannungen woraus höhere Ermüdungslebensdauern resultieren. Unter Last ist beim Betriebsspiel maximaler Lebensdauer etwa 70% des Lagerumfangs belastet. Mit Erhöhung der Belastung verschiebt sich der Ort des lebensdaueroptimierten Betriebsspiels zu niedrigeren Betriebsspielen. Der Bereich in dem die Wälzkörper nahezu unbelastet im Lager umlaufen (unbelastete Zone) verkleinert sich bei Verringerung des Lagerspiels. Dadurch kann schädlicher Schlupf der Wälzkörper, der in der unbelasteten Zone auftritt, gesenkt oder sogar gänzlich vermieden werden. Der Betrieb von Wälzlagern mit radialer Vorspannung bietet somit Vorteile. Die Größe des Betriebsspiels bzw. der Vorspannung ist allerdings von verschiedenen Faktoren abhängig, u.a. auch von den Betriebsbedingungen. Dabei können Zustände einer schädlichen kontinuierlichen, selbstverstärkenden Spielabnahme eintreten, insbesondere unter dynamischen Betriebsbedingungen oder während des Hochlaufs der Lager. Dieser Zustand kann zu Kontakttemperaturen und radiale Vorspannungen mit Verschleiß und dem Ausfall des Lagers führen. In den Forschungsarbeiten zur radial Vorspannung von Zylinderrollenlagern werden optimierte Betriebsspiele bzw. Vorspannungen mit Berücksichtigung der Lagerumgebung berechnet. In experimentellen Untersuchungen werden die Auswirkung der radialen Vorspannung auf Temperaturentwicklung und Lagerkinemtaik erforscht. Hinsichtlich der praktischen Einsatzgrenzen konnte gezeigt werden, dass radial vorgespannte Zylinderrollenlager über einen weiten Betriebsspiel- und Drehzhalbereich sicher betrieben werden können.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2020
  • Sensitivität Lagerströme - Systemansätze zur Vermeidung von parasitären Strömen
    Erarbeiten einer Simulationsumgebung und Modellierung eines elektrischen Antriebsstranges, um die Entstehungsmechanismen von elektrischen Lagerspannungen und Lagerströmen systematisch zu untersuchen, sodass die beeinflussenden Parameter ermittelt werden können.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2021
    Förderung: AiF
  • FVA 914 I – Reibungsmodellierung Hochdrehzahl
    Erweiterung der Reibungsmodellierung für hochdrehende Wälzlager in Elektroantrieben“
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2021
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 01/2021-06/2023
  • Erweiterung und Validierung der Wälzlager Reibungsberechnung
    Optimierung und Erweiterung eines Wälzlager-Reibungsberechnungswerkzeugs
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Jahr: 2021
    Förderung: AiF
    Laufzeit: 09/2021-08/2022

Windenergie

  • HAPT Beschleunigte Dauerprüfung von Blattlagern für Multi-Megawatt-Turbinen; Teilvorhaben: Entwicklung einer Methode zur Lebensdauerberechnung von Blattlagern
    Ausgehend von den Bedingungen, unter denen Rotorblattlager betrieben werden, wird ein Berechnungsmodell entwickelt, das die Schadensmechanismen Wälzermüdung und Verschleiß enthält und dabei den dreidimensionalen Beanspruchungszustand unter Betriebslast berücksichtigt. Der Aufbau des Modells erfolgt gestützt durch experimentelle Untersuchungen an Modellkontakten bzw. skalierten Versuchsaufbauten und den Ergebnissen der Versuche an realen Blattlagern der 10MW-Windenergieanlagenklasse. Weiterhin erfolgt in diesem Teilvorhaben die Untersuchung des Betriebsverhaltens von Dichtungen, die in die Versuchsblattlager integriert sind, um weitere Einflüsse oder Anforderungen des Lagers im realen Betrieb identifizieren zu können. Außerdem steht das Institut den Projektpartnern des Gesamtvorhabens hinsichtlich der Prüfstandskonzeption und der Blattlagerprüfung beratend zur Seite.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Peter Schönemeier M.Sc.
    Jahr: 2016
    Förderung: BMWi
  • HBDV - Auslegung Hochbelasteter Drehverbindungen; Teilvorhaben: Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Betriebsverhalten hochbelasteter Drehverbindungen
    Der Fokus des Projektes liegt auf der Untersuchung des Betriebsverhaltens von oszillierenden Wälzlagern, wie sie z.B. als Drehverbindung zwischen Rotorblatt und Nabe in Windenergieanlagen vorkommen. Rotorblattlager werden oszillierend betrieben und unterliegen einer komplexen Lastsituation. Im Gegensatz zu kontinuierlich rotierend betriebenen Wälzlagern, stehen für den oszillierenden Betrieb bisher keine genormten Auslegungsvorschriften zur Verfügung. Das Ziel der Arbeiten in diesem Projekt besteht in der Entwicklung von Methoden und Modellen zur Vorhersage der Gebrauchsdauer oszillierend betriebener Drehverbindungen. Die Gebrauchsdauer kann dabei durch das Auftreten von Ermüdungsschäden, einem unzulässig hohen Verschleiß oder durch Fettalterung erreicht werden. Die experimentellen Untersuchungen werden durch die Entwicklung geeigneter Modelle begleitet. Dazu werden reale Betriebsbedingungen herunterskaliert und auf Bauteil- und Modellprüfständen abgebildet.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Jae-Il Hwang M.Sc., Peter Schönemeier M.Sc., Sebastian Wandel M.Sc.
    Jahr: 2018
    Förderung: BMWi
  • HAPT2 - Beschleunigte Prüfung von Blattlagern für Multi-Megawatt-Turbinen: Rollenlager als Rotorblattlager; Teilvorhaben: Untersuchungen zum Betriebsverhalten oszillierender Rollendrehverbindungen
    Rotorblattlager in Windenergieanlagen müssen für eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt werden. Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Blattlager kommen zunehmend Rollendrehverbindungen zum Einsatz. Da die Rotorblattlager ständiger oszillierender Bewegung unter hohen Lasten ausgesetzt sind, kann es im Wälzkörper-Laufbahn-Kontakt zu Verschleißerscheinungen sowie zu Materialermüdung kommen. Der frühzeitige Ausfall einer Windenergieanlage durch Versagen der Drehverbindung ist mit hohen Kosten verbunden und sollte vermieden werden. Um solche Ausfälle zu verhindern, werden experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Einfluss der Betriebsparameter auf Schadensentstehung und -entwicklung in oszillierend betriebenen Rollendrehverbindungen durchgeführt. Ziel ist es, kritische Betriebszustände zu identifizieren, um diese im Betrieb der Anlage vermeiden zu können.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Sebastian Wandel M.Sc., Peter Schönemeier M.Sc., Gernot Bayer M.Sc.
    Jahr: 2021
    Förderung: BMWi
  • LEDASHWEA – Lebensdauerschmierung für Hauptgetriebe WEA; Teilvorhaben: Funktionsfähigkeitsuntersuchungen von Schmierstoffen mit Schwerpunkt Additivierung
    Windenergieanlagen werden für eine Lebensdauer/Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Die Maschinenelemente in dem Antriebsstrang der Windenergieanlage werden dementsprechend auf diese Lebensdauer ausgelegt. Ein Nachweis dieser Lebensdauer erfolgt üblicherweise über standardisierte Normen und Richtlinien. Für den im Antriebsstrang 'vornehmlich im Getriebe- eingesetzten Schmierstoff wird jedoch eine wesentlich geringere Gebrauchsdauer aus einer konservativen Einschätzung der Ölhersteller angesetzt, die alle Einsatzverhältnisse abdecken soll. Dies führt dazu, dass ein mehrfacher Austausch des Getriebeöls auf der Turbine erfolgen muss. Hierbei fallen jeweils große Mengen Altöl an, die entsorgt werden müssen und es werden wertvolle Rohstoffe für die Neufüllung benötigt. Die Kosten für diese Instandhaltungsmaßnahmen sind erheblich und belasten die Gesamtlebensdauerkosten der Anlagen und damit die Kosten der erzeugten Energie (LCoE), wie intensive Diskussionen im Arbeitskreis Innovation des VDMA ergeben haben. Vereinzelte Projekte von Wind OEM's und Betreibern zeigen, dass an 'guten' Standorten deutlich längere Einsatzdauern ohne negative Auswirkungen erreicht werden können. Dieses 'GUT' ist aber nicht verallgemeinert festgelegt. Nimmt man hinzu, dass über eine qualifizierte Ölpflege die Eigenschaften des Schmierstoffs in der Gebrauchsdauer verbessert werden können, so stellt sich die Frage: Ist es möglich das Getriebe über die gesamte Lebensdauer der Windenergieanlage mit derselben Ölfüllung zu betrieben? Falls dies prinzipiell möglich ist, muss das Öl während des Betriebes in einer Weise behandelt werden, die einen fortgesetzten Einsatz ermöglicht und somit den Ölwechsel überflüssig macht?
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll
    Team: Dr.-Ing. Norbert Bader, Muyuan Liu M.Eng.
    Jahr: 2021
    Förderung: BMWi

Letzte Änderung: 07.12.21 Druckversion

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