Reibungsreduzierte hydrodynamische Führung mit verminderter Kippneigung für hohe Gleitgeschwindigkeiten durch optimale Gestaltung der Führungsflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Dix, seit 4/2021
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285064832

Die hohen Traglasten verbunden mit hervorragenden Dämpfungseigenschaften sind Gründe, warum hydrodynamische Führungen (HDF) im Werkzeugmaschinenbau weiterhin eingesetzt werden. Durch die Dämpfung der Prozesskräfte wird eine sehr hohe Oberflächengüte der Werkstücke erreicht. Die HDF-Systeme sollten möglichst im Bereich der Flüssigkeitsreibung betrieben werden. Das Ziel des Fortsetzungsantrages ist die Verbesserung der Genauigkeit hydrodynamischer Führungen während des Betriebes, d. h. zeitlich und positionsunabhängiges konstantes Aufschwimmverhalten durch die gezielte Steuerung der Mechanismen des Anlaufvorgangs. Dafür muss als erster Aspekt der Mischreibungsbereich im Stribeck-Diagramm der Führung verkürzt werden, d. h., das Flüssigkeitsreibungsgebiet wird bei möglichst geringer Geschwindigkeit erreicht. Der zweite Aspekt des Genauigkeitsverhaltens ist die anzustrebende Konstanz des Schmierspaltes bei Flüssigkeitsreibung, d. h. die Vermeidung bzw. Minimierung der Kippung des Schlittens. Das dritte Kriterium ist die mit zunehmender Geschwindigkeit nur minimal steigende Aufschwimmhöhe, die durch die gezielte Steuerung verschiedener Mechanismen determinierbar sein muss. Die Zielstellung knüpft an das aktuell laufende DFG-Projekt an, in dem das Aufschwimmverhalten bei konstanter Geschwindigkeit jedoch nur mit definierter bzw. experimentell ermittelter Anfangsposition des Schlittens beschrieben wurde. Bei maschinentypischen reversierenden Bewegungen besteht das Geschwindigkeitsprofil dagegen aber immer aus 3 Phasen: Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit und Verzögerung, die sich in permanenter Wiederholung befinden. Der Anlauf aus der Ruhelage – d. h. ohne ausgeprägten Schmierspalt – ist dabei eher eine Ausnahme, da zwischen den einzelnen Hüben nicht ausreichend Zeit vorhanden ist, in der das Öl aus dem Schmierspalt herausgepresst werden kann. Aus der Zielstellung ergeben sich nachfolgend Herausforderungen, deren Lösung in ihrer Gesamtheit eine effektive Gestaltung und optimale Betriebsführung der hydrodynamischen Führung ermöglichen:- Verbesserung der Messung von hydrodynamischem Druck im Schmierspalt und Verdrängungsdruck an der Einlasskante- Modellierung und Beherrschung des Anlaufvorgangs- Modulierung der Schmierungsparameter- Einstellung der Konkavität der KontaktoberflächeLösungsansatz ist es, den Anlaufvorganges gezielt zu steuern und zu gestalten. Dafür muss die Ausprägung des Schmierkeils beim Anlauf aus der Ruhelage bzw. nach einer Richtungsumkehr beherrscht werden. Besonders komplex ist die gegenseitige Abhängigkeit der drei anpassbaren Einflüsse: definiertes Beschleunigungsprofil innerhalb des Bewegungszyklus, die Schmierung und die Geometrie der Kontaktoberfläche. Das Arbeitsprogramm widmet diesen Aspekten je einen AP. Ergänzt wird es mit Arbeiten zum besseren mathematisch-technisches Verständnis des Anlaufs und auch speziell zur Verbesserung des Druckmesssystem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Putz, von 8/2020 bis 4/2021; Dr.-Ing. Volker Wittstock, bis 8/2020