Einfluss der hydraulischen Verluste auf die Reibung von Wälzlagern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Sauer; Professor Dr.-Ing. Hubert Schwarze
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382285094

Eine maßgebende Größe für das Leistungsvermögen eines Wälzlagers ist das Reibmoment. Dieses ist das Ergebnis der inneren Reibung, welche die Wärmeentwicklung im Lager beeinflusst und demzufolge seine Verluste widerspiegelt. Die Wälzlagergesamtverluste setzen sich aus verschiedenen Anteilen zusammen. Einen Anteil der Verluste bildet die mechanische Reibung infolge der Kontaktkräfte, z. B. in den Wälzkontakten zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahn und in Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig. Des Weiteren lassen sich die rotationsbedingte Verdrängung des Schmierstoffes aus dem Lager sowie Planschen zu hydraulischen Verlusten zusammenfassen. Zur Bestimmung dieser Verluste stehen dem Anwender empirische Gleichungen der Wälzlagerhersteller zur Verfügung. Die hydraulischen Einflüsse werden darin durch verschiedene Faktoren nur näherungsweise berücksichtigt. Von den Antragstellern wurden zum Thema hydraulische Verluste im Rahmen eines DFG finanzierten Forschungsprojektes Grundlagenuntersuchungen an vertikal ausgerichteten Lagerungen mit Ölbadschmierung durchgeführt. Diese Untersuchungen berücksichtigen rotationssymmetrische Betriebsbedingungen hinsichtlich der Last und Schmierstoffverteilung im Lager und liefern wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Einflussgrößen und der auftretenden Effekte. Diese stellen die Basis für die Untersuchungen von hydraulischen Verlusten an horizontal ausgerichteten ölbadgeschmierten Lagerungen mit ungleichmäßiger Schmierstoffverteilung dar, die im Rahmen dieses Folgeprojektes geplant sind. Das Ziel des Folgeprojektes ist die Ausarbeitung von technisch-mathematischen Berechnungsmodellen, die dem Anwender eine Berechnung des Gesamtreibmomentes unter Berücksichtigung der hydraulischen Verluste bei rotationsunsymmetrischen Betriebsbedingung ermöglicht. Diese Berechnungsmodelle sollen eine ölbadgeschmierte Lagerung berücksichtigen und mit Hilfe einer gezielten Kombination aus experimentellen Untersuchungen sowie MKS-, und CFD-Simulationen erstellt und validiert werden. Für den Fachmann bieten die Projektergebnisse die Möglichkeit in analytische oder numerische Berechnungen für jede Wirkfläche eines Lagerbauteiles die strömungsbedingten Verlustgrößen mit einzubeziehen, was mit den heute verfügbaren Gleichungen bislang nicht möglich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen