Ressourceneffizienter Kugelgewindetrieb durch adaptive Schmierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 200409889

In Phase 1 des Teilprojekts des SPP 1551 konnte für statische Betriebsbedingungen gezeigt werden, dass Lebensdauersteigerungen von 50% und mehr realisierbar sind und somit die Ressourceneffizienz von Kugelgewindetrieben (KGT) durch eine adaptive Schmierung deutlich gesteigert werden kann. Der Betrieb von KGTs im industriellen Praxiseinsatz ist jedoch geprägt von veränderlichen Betriebsparametern. Diese führen ebenfalls zu einer Veränderung der in Phase 1 als Schmierindikatoren herangezogenen Führungsgrößen KGT-Reibmoment und -Temperatur. Aufgrund der Überlagerung dieser beiden Effekte ist die alleinige Überwachung von Veränderungen der Führungsgrößen nicht mehr ausreichend. Ziel der zweiten Projektphase ist es daher, die durch adaptive Schmierung für statische Betriebsparameter nachgewiesenen Lebensdauererhöhungen von KGT auch im Fall dynamisch veränderter Betriebsparameter zu ermöglichen. Den Ansatz hierzu bildet die Erweiterung des Schmieralgorithmus aus Phase 1. Das darin enthaltene KGT-Reibmodell wird dabei so erweitert, dass auch die mit dem dynamischen Betrieb verbundenen überlagerten Effekte auf das KGT-Reibmoment und die KGT-Temperatur berücksichtigt werden. Als Eingangsgröße dient diesem-Modell eine Datenbank, in der die aktuellen und alle weiteren über die bisherige Betriebsdauer in regelmäßigen Abständen erfassten Drehzahlen, Lasten und Temperaturen abgelegt sind. Die Ausgangsgrößen des Modells sind das SOLL-KGT-Reibmoment und die SOLL-KGT-Temperatur. Die Entscheidung über einen Schmiervorgang erfolgt dann in zwei Stufen. Zunächst erfolgt ein Abgleich zwischen den berechneten SOLL- und den gemessenen IST-Werten. Im Fall überhöhter IST-Werte erfolgt in der zweiten Stufe ein Abgleich mit der bisherigen KGT-Schmierhistorie. In der parallel geführten KGT-Schmierhistorie werden alle Schmiervorgänge in Form von Zeitpunkt und Menge dokumentiert. Ein Schmiervorgang wird nur dann ausgelöst, wenn der vorherige Schmiervorgang bereits so lange zurück liegt, dass die Erhöhung der IST-Werte sicher nicht mehr auf den zurückliegenden Schmiervorgang zurückzuführen ist. In AP 1 werden die Einflüsse dynamisch veränderter Betriebsbedingungen untersucht. Das AP 2 beinhaltet die Erweiterung des KGT-Reibmodells und des Schmieralgorithmus. Die Validierung des Algorithmus erfolgt auf dem 2-Achs-KGT-Prüfstand des wbk an Hand von sechs KGTs, die mit einem definierten Referenzzyklus verschlissen werden. Dabei werden drei KGTs nach Herstellerangaben und drei mit dem adaptiven Schmieralgorithmus aus AP 2 geschmiert und deren Lebensdauern verglichen. Ergebnis des Vorhabens ist ein erweiterter Schmieralgorithmus, der auch im Fall dynamisch veränderter Betriebsparameter eine adaptive Schmierung von KGTs erlaubt und damit die Ressourceneffizienz von KGTs in Form einer deutlich höheren Lebensdauer sowie einer Verringerung des durchschnittlichen Schmierstoffbedarfs und der bei reduzierter Reibung abgesenkten Leistungsaufnahme der elektrischen Antriebe ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1551: Ressourceneffiziente Konstruktionselemente