Wälzlagertoleranzen

Entwicklung und Validierung fortgeschrittener Analysemethoden für abweichungsbehaftete Wälzlagersysteme

Wälzlager sind für den gesamten Maschinenbau unverzichtbar, da Sie bei geringen Kosten eine präzise und reibungsarme Führung rotierender Bauteile ermöglichen. Bei der Auslegung von Wälzlagerungen müssen konstruktionsseitig regelmäßig Durchmesser- sowie Form- und Lagetoleranzen festgelegt werden. In den Katalogen der Wälzlagerhersteller finden sich hierzu je nach Hersteller unterschiedliche Vorgaben, ein einheitlicher Standard existiert jedoch nicht. Auch fehlen aktuell Werkzeuge, die es dem Anwender erlauben, die Auswirkungen der vergebenen Toleranzen auf Lagerlebensdauer und Betriebsverhalten zu analysieren.

Im Rahmen des Vorhabens FVA 736 II wurde daher eine Methodik entwickelt, die eine Berücksichtigung des Einflusses statistisch verteilter Abweichungen der Anschlusskonstruktion bei der Gestaltung von Wälzlagerungen ermöglicht. Diese basiert auf einer Kombination statistischer Toleranzanalysen mit Mehrkörpersimulationen. Mittels statistischer Analysen kann zunächst ein Screening durchgeführt werden, um verschiedene Kombinationen und Größen von Abweichungen zu untersuchen und so kritische Bereiche des Parameterraums (z. B. mit besonders hoher oder niedriger Lebensdauer) zu identifizieren. Dieses Wissen kann anschließend dazu genutzt werden, die Tolerierung von Wellen- und Gehäuselagersitz zu optimieren, um z. B. eine Körpersimulation bietet zusätzlich die Möglichkeit, detaillierte dynamische Analysen durchzuführen.

Im Rahmen der durchgeführten statistischen Untersuchungen an Zylinderrollenlagern der Typen NU206 und NU216 zeigte sich, dass geometrische Abweichungen der Anschlussbauteile, welche sich infolge elastischer Deformation auf die Lagerlaufbahnen übertragen, deutliche Auswirkungen auf Funktionsgrößen wie die Lagerlebensdauer haben. Dies ist auf Veränderungen der lagerinternen Lastverteilung auf die Wälzkörper zurückzuführen. Je nach Art und Größe der vorliegenden Abweichungen kommt es zu einer Reduzierung oder auch einer Steigerung der Lagerlebensdauer. Beispielsweise kann eine Ovalisierung der Lagerlaufbahn zu einer gleichmäßigeren lagerinternen Lastverteilung führen und so die Lebensdauer erhöhen, während kurzwellige Deformationen eine Ausbildung lokaler Lastspitzen auf die Wälzkörper hervorrufen und daher die Lebensdauer mindern.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21052 N 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.