Influence of hydraulic losses on the friction of roller bearings
Final Report Abstract
Die Gesamtverluste ölgeschmierter Wälzlager setzen sich aus hydraulischen Verlusten und Kontaktverlusten zusammen. Die Kontaktverluste resultieren aus mechanischer Reibung infolge der Kontaktkräfte, z.B. zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahn sowie in Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig. Zur Berechnung der Kontaktverluste kann auf unterschiedliche Berechnungsansätze und -verfahren zurückgegriffen werden. Zur Bestimmung der lastunabhängigen hydraulischen Verluste, die sich in Schlepp- und Planschverluste zerlegen lassen und auf Schmierstoffscherung bzw. -verdrängung zurückzuführen sind, ist die Auswahl an verfügbaren Berechnungsansätzen dagegen begrenzt. Um den Einfluss der hydraulischen Verluste auf das Gesamtreibmoment besser vorhersagen zu können, wurden bereits im Rahmen eines früheren DFG- Forschungsprojektes am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT) der TU Kaiserslautern sowie am Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen (ITR) der TU Clausthal experimentelle bzw. numerische Untersuchungen durchgeführt. Der Fokus der damaligen Untersuchungen lag auf axial belasteten Wälzlager in vertikaler Anordnung mit rotationssymmetrischen Betriebsbedingungen hinsichtlich der Schmierstoff- und Lastverteilung im Lager. Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde ein technisch-mathematisches Berechnungsmodell (CoDaC - Calculation of Drag and Churning) vorgestellt, welches zur näherungsweisen Berechnung hydraulischer Verluste vertikal ausgerichteter und ölbadgeschmierter Kegelrollen- , Schräg- sowie Rillenkugellager zur Verfügung steht. Im Rahmen des aktuellen Forschungsprojektes wurden basierend auf den vorliegenden Erkenntnissen des vorangegangenen Projektes weitere experimentelle und simulative Untersuchungen an Wälzlagern in horizontaler Anordnung durchgeführt, mit dem Ziel auch für diese horizontal ausgerichteten Anordnungen ein technisch-mathematisches Modell zur Berechnung der hydraulischen Verluste zu entwickeln. Im Fokus der Untersuchungen standen Kegelrollen- sowie Rillenkugellager. Neben der Drehzahl, Ölmenge und Ölviskosität (bzw. Öltemperatur), wurde der Einfluss der lagernahen Umgebung als Einflussparameter auf hydraulische Verluste untersucht. Die hydraulischen Verluste im Experiment wurden durch Variation des Ölstands bestimmt. Dies bedeutet, dass hydraulische Verluste als Differenz zwischen den Messergebnissen mit Minimalmengenschmierung und dem zu untersuchenden Ölstand ermittelt wurden. Parallel zu den Experimenten wurden für die untersuchten Lager und Betriebszustände CFD-Strömungssimulationen durchgeführt, die als Grundlage für die weitere Modellbildung genutzt wurden. Der Vergleich der experimentellen und der simulativen Ergebnisse zeigt grundsätzliche Abweichungen zwischen den gemessenen und simulierten hydraulischen Verlustwerten, welche im Fall des Rillenkugellagers 6208 erkennbar geringer sind. Anhand der durchgeführten CFD- Simulationen wurden für die untersuchten Prüflager die einzelnen Anteile der hydraulischen Verluste identifiziert und quantifiziert. Mit Hilfe der Verwendung von dimensionslosen Variablen und der Ähnlichkeitstheorie der Strömungsmechanik wurden Modelle aus den CFD- Simulationen zur Berechnung der hydraulischen Verluste von den untersuchten Prüflagern abgeleitet. Als Ergebnis des Projektes stehen somit technisch-mathematische Modelle zur Verfügung, die es erlauben, die hydraulischen Verluste in ihren einzelnen Anteilen sowie im Gesamten für horizontal ausgerichtete und ölbadgeschmierte Kegelrollen- sowie Rillenkugellager zu berechnen.
Publications
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Experimentelle und numerische Untersuchungen der hydraulischen Verluste in Wälzlagern unter praxisrelevanten Bedingungen. In: Tagungsband - 59 Tribologie-Fachtagung (GfT), Göttingen, 2018, Band 1, S. 35/1-10
Gonda, A., Großberndt, D., Sauer, B., Schwarze, H.
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Experimentelle und numerische Untersuchungen der hydraulischen Verluste in Wälzlagern unter praxisrelevanten Bedingungen. In: Tribologie und Schmierungstechnik, 65. Jahrgang, 6 / 2018, S. 7 – 13
Gonda, A., Großberndt, D., Sauer, B., Schwarze, H.
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Experimental and numerical investigations of hydraulic losses in rolling bearings. 74th Annual Meeting & Exhibition of the Society of Tribologists and Lubrication Engineers, Nashville, Tennessee, USA, 2019
Gonda, A., Großberndt, D., Sauer, B., Schwarze, H.
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Experimentelle und numerische Untersuchungen der hydraulischen Verluste in voll- und teilgefluteten Kegelrollenlagern. 13 VDI-Fachtagung Gleit- und Wälzlagerungen 2019
Gonda, A., Großberndt, D., Sauer, B., Schwarze, H.
