Vorgespannte Zylinderrollenlager
FVA 705 II | IGF-Nr. 20114-N/1
Vorgespannte Zylinderrollenlager – Extremwerte und Grenzen
Durch die bewusste Aufbringung einer Vorspannung kann ohne umfassende Änderung an Lagerart oder Lagergröße deren Ermüdungslebensdauer bzw. Tragzahl erhöht werden. Eine Verkleinerung des Betriebsspiels bis hin zu negativen Werten (Vorspannung) bewirkt bei radial belasteten Wälzlagern eine günstigere Lastverteilung mit geringeren maximalen Kontaktpressungen im Inneren des Lagers, indem die äußere Last auf eine größere Anzahl von Wälzkörpern verteilt wird. Gleichzeitig verringert sich die Größe der unbelasteten Zone, wodurch Umfangsschlupf der Wälzkörper bzw. des gesamten Wälzkörpersatzes verringert oder vermieden wird. Dadurch können wiederum die Gefahr von Schlupfschäden oder durch Schlupf begünstigte Mechanismen positiv beeinflusst werden.
Das Forschungsprojekt beschäftigte sich mit unterschiedlichen äußeren und inneren Einflüssen auf das Betriebsverhalten radial vorgespannter Zylinderrollenlager. Hierzu wurde ein Prüfaufbau entwickelt, der es ermöglicht, mithilfe einer Vielzahl von Sensoren die Temperaturverteilung sowie das Reibmoment zu erfassen und das Betriebsverhalten von Zylinderrollenlagern mit unterschiedlichen Vorspannungen unter Variation verschiedener Versuchsparameter zu charakterisieren. Neben einem breiten Parameterfeld, in dem das Versuchslager sicher betrieben werden kann, wurden auch Betriebsbedingungen detektiert, unter denen selbstverstärkende Effekte und kritische Zustände auftreten. Anhand der experimentellen Untersuchungsergebnisse konnte ein im Rahmen des Projekts aufgebautes thermisch-mechanisches Berechnungsmodell validiert werden. Das Modell erlaubt die Berechnung transienter Temperaturentwicklungen aus definierten Anfangsbedingungen. Dabei werden auf Grundlage des temperaturabhängigen Betriebsspiels und unter Berücksichtigung einer nachgiebigen Lagerumgebung für jeden Zeitschritt die Lastverteilung sowie die Reibleistung (Wärmeeintrag) neu bestimmt. Mit den Betrachtungen aus diesem Projekt konnte ein starker Umgebungseinfluss auf das Betriebsverhalten vorgespannter Zylinderrollenlager nachgewiesen werden.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 20114-N/1 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.
