Gleitlagersystemtoleranzen
FVA 803 II | IGF-Nr. 20605 BR
Assistenzsystem zur Form- und Lagetolerierung radialer Gleitlagersysteme
Die Funktionalität von hydrodynamischen Gleitlagern wird maßgeblich von der Geometrie des Schmierspaltes bestimmt. Jedwede Abweichung von der idealen Geometrie führt damit zwangsläufig zu Änderungen der Betriebseigenschaften. Bestimmend für die Größenordnung der immer vorhandenen fertigungsbedingten Abweichungen der Geometrie ist u. a. die zu definierende Tolerierung der Form- und Lageabweichungen. Ein deutliches Indiz für Abweichungen in einem Gleitlagersystem sind ungleichförmige Tragbilder bzw. Oberflächenveränderungen auf den Laufflächen. In der Praxis wird auf diese unterschiedlich reagiert. Zum einen werden kürzere Wartungsintervalle eingeführt, um den erhöhten Verschleiß zu kompensieren – was zu höheren Wartungskosten und Ausfallzeiten führt. Zum anderen werden aufwändige konstruktive Maßnahmen für den Ausgleich der Abweichungen ergriffen, was zu höheren Entwicklungskosten und letztendlich auch zu höheren Herstellkosten führt. Könnten die aus der Dimensionierung der Form- und Lagetoleranzen resultierenden Abweichungen der Realgeometrie hinsichtlich der Betriebseigenschaften quantitativ identifiziert werden, wären eine Reduktion der Lebenszykluskosten und eine höhere Sicherheit der Funktionserfüllung gleitgelagerter Systeme möglich.
Demnach wurde eine Tolerierungsmethodik entwickelt, der eine umfangreiche Parametervariation zugrunde liegt. Variiert wurden mittels hydrodynamischer Simulation zylindrischer Gleitlager typische Betriebsparameter unter Änderung der Formabweichungen Rundheit, Geradheit und Parallelität sowie der Verkantung der Welle im Lager in und quer zur Lastrichtung. Um das Parameterfeld einzugrenzen, wurden die Formabweichungen herangezogen, die das Worst-Case-Szenario für die typischen Betriebsparameter des Gleitlagers bedeuten. Auch eine Validierung der Auswirkung der geometrischen Abweichung auf die Betriebsparameter konnte erfolgreich aufgezeigt werden.
Als Ergebnis ging ein Tolerierungsassistenzsystem auf MS-Excel-Basis hervor, dass die geometrische Tolerierung zylindrischer hydrodynamischer Gleitlagersysteme mit zwei Lagerstellen ermöglicht. Dabei wird neben der Durchbiegung der Welle, den reduzierten Lagersitzsteifigkeiten in Lastrichtung auch das Übertragen von Formabweichungen in die Lauffläche aus dem Lagersitz berücksichtigt.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20605 BR der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
