Kombilager
FVA 884 I | IGF-Nr. 20880 BG
Entwicklung experimentell validierter Berechnungsverfahren zur Modellierung der Interaktion kombinierter Radial-Axialgleitlager in mittelschnelllaufenden Maschinen
Während des Forschungsvorhabens wurden Berechnungsmodelle für kombinierte Radial-Axial-Gleitlager entwickelt, die durch den Abgleich simulativer und experimenteller Parameterstudien validiert wurden.
Im Rahmen der experimentellen Arbeiten wurde zu Beginn ein bestehender Gleitlagerprüfstand so modifiziert, dass es nun möglich ist, kombinierte Radial-Axialgleitlager experimentell zu untersuchen. Die Prüflager wurden für die experimentellen Untersuchungen angepasst und mit Sensorik ausgestattet, sodass umfangreiche Daten zum Betriebszustand erfasst werden konnten. Im Rahmen der simulativen Arbeiten wurde zuerst ein iteratives Berechnungsverfahren entwickelt. Dabei werden aus den Ergebnissen durchgeführter Einzellagerberechnungen die benötigten Schnittstellengrößen in Form von mittleren Wärme- und Volumenströmen ausgelesen.
Die Bilanzen an den Interfaces werden aufgestellt und mit ein- bzw. mehrdimensionalen Newtonverfahren die Koppelgrößen Druck und mittlere Temperatur berechnet. Zusätzlich wurde ein monolithischer Kopplungsansatz umgesetzt. Dabei werden die zu lösenden Gleichungssysteme der Einzellager über geeignete Kopplungsgleichungen fusioniert. So erfolgt die Interaktion über einzelne lokale Kontrollvolumina und nicht, wie im Falle des iterativen Berechnungsverfahrens, gemittelt über die gesamte Schnittstellenfläche. So können auch die Abhängigkeiten zwischen den lokalen Temperaturverteilungen im Radial- und Axialteil, wie sie in der Abbildung beispielhaft für das Axiallagersegment dargestellt sind, berücksichtigt werden. Außerdem führt die stark integrative Kopplung im Rahmen der monolithischen Modellierung zu einer höheren numerischen Stabilität und zu einer Rechenzeitersparnis von bis zu 90%.
Die Ergebnisse der für die Validierung experimentell und simulativ durchgeführten Parameterstudien zeigten gute Übereinstimmungen zwischen den gemessenen und berechneten lokalen Temperaturverteilungen. Auch die Drehzahlkennlinien ausgewählter Lagerkennwerte bei gleichen
Zuführbedingungen und unterschiedlichen axiale und radiale Lasten zeigten eine hohe Korrespondenz der experimentell und simulativ ermittelten Werte. Deutlichere Unterschiede ergaben sich aber für den Druck im Übergangsbereich für die Betriebspunkte, bei denen dieser nur teilgefüllt war. Hier wurden aufgrund des Kavitationsmodells im Axiallagermodell zu geringe Drücke berechnet. Dennoch konnte mit der durchgeführten Validierung nachgewiesen werden, dass die entwickelten Modelle für die Berechnung von kombinierten Radial-Axial-Gleitlagern geeignet sind und somit einen wichtigen Fortschritt in diesem Forschungsgebiet liefern.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20880 BG 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.
