Schlupf- und Anschmieruntersuchungen zu vollrolligen, kleinen Zylinderrollenlagern unter radial exzentrischer und axialer Belastung

verfasst von

Patrick Stuhler

betreut von

Gerhard Poll

Abstract

In dieser Dissertation werden Anschmierungen sowie die hierzu führenden Bedingungen untersucht. Vereinfacht entstehen diese durch die Kombination aus hohen Gleitgeschwindigkeiten mit gleichzeitig vorliegenden Kontaktpressungen und unzureichender Schmierfilmbildung. Sie zählen zum adhäsiven, auf Rauheitsebene stattfindenden Verschleiß. Aufgrund der Beschädigung der Topographie, dem Abtrag des Profils als auch durch Gefügeänderungen führen sie zur frühzeitigen Ermüdung der Oberfläche. Für kombiniert belastete Zylinderrollenlager liegt zum derzeitigen Stand kein ausreichendes Grundlagenwissen vor, um das kinematische Verhalten (Schlupf) oder Anschmierungen vorherzusagen. Die theoretische Betrachtung sowie die ausführlichen Versuche in der vorliegenden Arbeit tragen dazu bei, diese Lücke zu schließen. Für die Erfassung des Schlupfs wird die Spannung gemessen, die durch einen mit einem Wälzkörper rotierenden Diametralmagneten in einer Spule induziert wird. Durch eine neu entwickelte Methode können Signale mit starkem Rauschen sowie hoher Dynamik der Kinematik ausgewertet werden. Mehr als 20.000 Messpunkte werden aufgezeichnet, von denen 3.192 in dieser Arbeit in Kennfeldern abgedruckt sind. Diese zeigen reproduzierbar den Einfluss der Axialkraft, einer exzentrischen Radialkraft, der Drehzahl, der Öltemperatur sowie des axialen und radialen Betriebsspiels. Hierdurch wird ersichtlich, dass ein hoher Schlupf nicht zwangsläufig Anschmierungen hervorruft, da dieser über weite Bereiche der Betriebsbedingungen vorliegt. Dennoch zeigt sich durch geeignete Wahl der Lagertoleranzen eine mögliche Reduzierung des Anschmierrisikos durch sinkenden Schlupf sowie darüber hinaus abnehmende Schiefstellungen der Wälzkörper. Durch statistisch ausgelegte Versuchsreihen lässt sich der Zeitpunkt des Anschmierens für den Großteil der Versuche auf die ersten 60 s nach Versuchsstart eingrenzen. Durch die fehlende thermische Betriebsspielreduzierung sowie den hohen Ölwiderstand zu Beginn liegen zu diesem Zeitpunkt für nahezu alle Versuchspunkte hoher Schlupf und starke Schiefstellungen der Wälzkörper vor. Zudem ergibt sich ein statistisch signifikantes Modell hinsichtlich der Haupteffekte und Wechselwirkungen aus Last- und Toleranzgrößen. Anhand der Ergebnisse können vor allem zu Beginn der Anwendung kritische Betriebsfenster zukünftig vermieden und das Anschmierrisiko gesenkt werden. Als kritischste Parameterkombination stellt sich eine niedrige Drehzahl mit hoher Axialkraft heraus. Maßgeblich verantwortlich für die beobachteten Anschmierungen sind zudem Schiefstellungen, welche zu einseitigem Verschleiß auf Rollen und Ringen führen. Darüber hinaus wird ein neu entwickelter Modellprüfstand vorgestellt und in Betrieb genommen, welcher die gezielte Untersuchung von Anschmierungen im Kontakt zwischen Wälzkörper und Lagerringen anhand der erforderlichen Einflussparameter ermöglicht. Durch das neuartige Konzept ist die direkte Messung der Schiefstellungen sowie eine sensorgestützte, schnelle Ausrichtung und Umrüstung des Prüfstands möglich.

Organisationseinheit(en)

Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

125

Publikationsdatum

2024

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/17341 (Zugang: Offen)