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DGMK-Projekt Schmier­stoffe

Methodik zur Untersuchung und Übertragbarkeit der Hochdrehzahleignung fettgeschmierter Wälzlager für Automotive- und Industrieanwendungen

Laufzeit
2019 - 2021 (30 Monate, geplant)
Forschungsstelle
Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen
Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen
Anlass und Ziel

Fettgeschmierte Wälzlager werden im Großteil der technischen Anwendungen aufgrund ihrer geringen Umsetzungskosten der Schmierung, Konstruktionskomplexität und Wartungsarmut eingesetzt. Im Zuge der fortschreitenden Verbreitung der Elektromobilität, werden fettgeschmierte Hochdrehzahllager vermehrt im Fahrzeugbau eingesetzt. Die Reduzierung der Elektromotormasse zur Verringerung des Fahrzeuggewichtes bedarf einer Erhöhung der Motordrehzahl, um die benötigte Leistung bereitzustellen, und ebenso des Antriebsstranges. Dies führt dazu, dass die benötigte Drehzahleignung, der in der Automobilindustrie verwendeten fettgeschmierten Lager, ansteigen muss.
Die maximale Drehzahleignung fettgeschmierter Wälzlager ist von vielen Faktoren abhängig. Neben der Innenkonstruktion des Lagers beeinflussen unteranderem das verwendete Fett, die Belastung und die Betriebstemperatur die Drehzahleignung. Die Bestimmung der Drehzahleignung kann nach der DIN 51819 und der Verwendung des Wälzlagerprüfstands FE8 für geringe Drehzahlen bestimmt werden. Die bestimmten Werte besitzen allerdings nur eine Aussagekraft für das verwendete Prüflager bei der verwendeten Belastung und Drehzahl. Für die Drehzahleignung von Lagern mit einer abgeänderten Innenkonstruktion oder bei anderen Belastungen oder Temperaturen bieten diese Ergebnisse nur einen Anhaltspunkt. Eine einheitliche Prüfung bei höheren Drehzahlen ist momentan nicht verfügbar.
Des Weiteren ist eine experimentelle Untersuchung von neuen oder veränderten Schmierfetten mit einem erhöhten zeitlichen und finanziellen Aufwand verbunden.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methode zur Definition und Bestimmung der Hochdrehzahleignung fettgeschmierter Lager.
Auf Grundlage experimenteller Untersuchungen soll ein simulationsgestütztes Vorgehen zur Übertragbarkeit der Hochdrehzahleignung auf andere Betriebsbedingungen und Lagerkonstruktionen gebildet werden.

Kurzbeschreibung

Zum Erreichen des Forschungsziels soll in einem ersten Schritt die Drehzahleignung von zwei Fett-Lager-Kombinationen experimentell ermittelt werden. Ebenso dienen diese Untersuchungen dazu Kennzahlen aus den Messgrößen abzuleiten, um eine nicht mehr gegebene Drehzahleignung zu registrieren. Eine Variation der axialen Belastung soll den Einfluss der Last auf die erreichbare Drehzahl aufzeigen. Zur Beurteilung der Drehzahleignung wird, neben der Außenringtemperatur des Lagers und Beschleunigungssignalen, der Strom des Antriebs als Kennwert für die Lagerreibung herangezogen.  Im nächsten Schritt wird die ermittelte erreichbare Maximaldrehzahl als Drehzahl für einen Dauerlauf herangezogen. Der Dauerlauf wird mit verschiedenen Axiallasten und erzwungenen Temperaturen am Außenring durchgeführt. Auf diese Weise wird der Einfluss der verschiedenen Variationsparameter auf das Langzeitverhalten der Drehzahleignung ersichtlich. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen wird eine simulationsgestützte Methode entwickelt, die charakteristische Wälzkörperkontaktparameter auf äußere Lagerbelastungen zurückführt. Dies dient dazu die Drehzahleignung nicht in Abhängigkeit der außen anliegenden Lasten, sondern in Abhängigkeit der Größen im Wälzkontakt zu beschreiben. Dadurch soll es ermöglicht werden, die Drehzahleignung anderer Lagerkonstruktionen vorherzusagen, indem die Wälzkontaktgrößen der veränderten Lagerkonstruktion auf neue äußere Lasten zurückgeführt werden. Diese Methodik wird in einer stichprobenartigen Untersuchung validiert. Dazu werden jeweils zwei Betriebspunkte aus den vorherigen Untersuchungen ausgewählt, bei denen eine Drehzahleignung gegeben ist, und zwei Betriebspunkte, die keine Drehzahleignung aufweisen. Mit der entwickelten Methode wird die maximale erreichbare Drehzahl und die benötigte Axiallast auf andere Lagerkonstruktionen überführt. Mit einem Dauerlaufversuch wird die Vorhersage der Drehzahleignung stichprobenartig validiert.

Bearbeitungsstand

Der IGF-Antrag ist in Vorbereitung

Projektstatus

Projekt­koordination

Jan Ludzay

Leiter der Abteilung Verarbeitung und Anwendung

Nadine Ludzay

Koordination