Reibungsreduzierte hydrodynamische Führung mit verminderter Kippneigung für hohe Gleitgeschwindigkeiten durch optimale Gestaltung der Führungsflächen
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Modellierung des hydrodynamischen Effekts von Gleitlagern mittels Reynolds- Differenzialgleichung ist Stand der Technik. Jedoch stoßen die darauf basierenden etablierten numerischen Methoden bei der Berechnung des systemimmanenten instationären Aufschwimmens der Linearführungen von Werkzeugmaschinen mit ihren typischen reversierenden und inkonstanten Bewegungen hinsichtlich der Abbildungsgüte an Grenzen. Im Lösungsansatz der Förderperiode 1 wurden verschiedene Berechnungsansätze zur Erfassung der realen Randbedingungen kombiniert. Jedoch erst mit der Etablierung von zwei Korrekturfaktoren, die mit Hilfe experimenteller Parameteridentifikation bestimmt wurden, gelang eine relative genaue Vorausberechnung des Aufschwimmens. Aber bereits kleine Veränderungen der sonst konstanten Versuchsbedingungen und -zyklen erforderten eine erneute Identifikation der o. g. Faktoren. Insbesondere die Änderung des Schmierzustandes zu Hubbeginn verändern das Verhalten. Folglich lag das Ziel der Förderperiode 2 in der Entwicklung eines Druckmesssystems, um den ständigen Parameterabgleich zu umgehen. Es besteht aus kleinen auf einer Linie quer zur Vorschubrichtung liegenden Bohrungen in der Führungsbahn, die zu einem Ölreservoir innerhalb der Schiene führen, an dem wiederum ein Drucksensor platziert ist, mit dem der sehr geringe hydrodynamische Druck im Schmierspalt gemessen werden kann. Insbesondere das Strömungsverhalten des Öls in den sehr kleinen Bohrungen wurde dafür simuliert und deren Durchmesser optimiert. Für experimentellen Untersuchungen wurde der vorhandene Versuchsstand einseitig mit einer Gleitleiste und einer mit Druckmessstellen versehenen Führungsschiene jeweils aus Plexiglas ausgestattet. Nach erfolgreicher statischer und dynamischen Verifizierung, wurde die Vorzugsvariante an sieben Stellen eine Führungsschiene aus Stahl umgesetzt und wiederum getestet. Jede Messstelle besteht aus neun Bohrungen, mit der ein durchschnittlicher Druckwert messbar ist. Die Messungen zeigen eine gute qualitative Übereinstimmung der sieben Messverläufe, die sehr sensitiv auf Schmierspaltänderungen reagieren. So könnte zukünftig anhand der Druckmessung auf die realen Schmierverhältnisse geschlossen werden. Bezüglich der Gleitflächengestaltung wurde in der ersten Periode ein Paar quer zur Vorschubrichtung konkaver Gleitleisten hergestellt. Diese nur sehr geringe Konkavität führte ab einer bestimmten (belastungsabhängigen) Geschwindigkeit zu einer deutlichen Senkung des Reibwertes und des Aufschwimmens. Zur Ableitung des Druckberges quer zur Vorschubrichtung wurde die neue Druckmesstechnik erweitert, in dem an den Druckmessstellen jeweils nur eine der neun Bohrungen offengelassen wird. Folglich kann daraus der Druckberg auch in Querrichtung zusammengesetzt werden. Das ist besonders für die weitere Verhaltensanalyse der konkaven Gleitleisten von Bedeutung, um zu ergründen, warum die in Längsrichtung konkave Schmierspaltform ein relativ günstiges Reibverhalten hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Geometrische Gestaltung hydrodynamischer Gleitflächen für Geschwindigkeiten bis 100 m/min – Berechnung und Experiment. Gleit- und Wälzlagerungen 2017, 367-372. VDI Verlag.
Zhang, Y.; Gläser, M.; Wittstock, V. & Putz, M.
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Anwendung der Reynolds’schen Differentialgleichung zur Simulation des instabilen Aufschwimmverhaltens der hydrodynamischen Linearführungen bei hohen Geschwindigkeiten. 59. Tribologie- Fachtagung, 24.-26. September 2018, Göttingen.
Zhang, Y., Wittstock, V., Regel, J. & Putz, M.
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Real Time Simulation Using Reynold’s Equation for Instable Floating of Hydrodynamic Guides at High Speed. Advances in Production Research, 500-509. Springer International Publishing.
Zhang, Yingying; Wittstock, Volker; Regel, Joachim & Putz, Matthias
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SIMULATION FOR INSTABLE FLOATING OF HYDRODYNAMIC GUIDES DURING ACCELERATION AND AT CONSTANT VELOCITY. Journal of Machine Engineering, 18(3), 5–15.
ZHANG, Yingying; WITTSTOCK, Volker & PUTZ, Matthias
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Modellierung des Aufschwimmverhaltens hydrodynamischer Linearführungen bei konstanter Geschwindigkeit. Forschung im Ingenieurwesen, 83(2), 267-272.
Zhang, Yingying; Wittstock, Volker & Putz, Matthias
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Development of Pressure Sensors Integration Method to Measure Oil Film Pressure for Hydrodynamic Linear Guides. Lecture Notes in Production Engineering, 276-287. Springer International Publishing.
Ibrar, B.; Wittstock, V.; Regel, J. & Dix, M.
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Experimentelle Verifizierung des hydrodynamischen Drucks in Gleitführungen zur Kontrolle der Schmierung bei hohen Geschwindigkeiten. Gleit- und Wälzlagerungen 2023, 211-220. VDI Verlag.
Wittstock, V.; Ibrar, B. & Dix, M.
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Integration and Verification of Miniature Fluid Film Pressure Sensors in Hydrodynamic Linear Guides. Journal of Machine Engineering.
Ibrar, Burhan; Wittstock, Volker; Regel, Joachim & Dix, Martin
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Influence of Lubrication Cycle Parameters on Hydrodynamic Linear Guides through Simultaneous Monitoring of Oil Film Pressure and Floating Heights. Lubricants, 12(8), 287.
Ibrar, Burhan; Wittstock, Volker; Regel, Joachim & Dix, Martin
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Beitrag zur Modellierung des Aufschwimmverhaltens hydrodynamischer Gleitführungen. Ph.D. Thesis, TU Chemnitz, Verlag Wissenschaftliche Scripten, Auerbach, Germany, 2025.
Zhang, Yinying
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Highly Sensitive Measuring System for Rail Width and Point-Related Hydrodynamic Pressure in Linear Sliding Guideways of Machine Tools. Machines 2026, 14, 609.
Wittstock, Volker; Ibrar, Burhan & Dix, Martin
