EHD Wälzkontakte unter höchsten Oberflächengeschwindigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578674743

In vielen Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie den Spindellagern in Werkzeugmaschinenhauptspindeln beschränkt die Schmierfilmbildung sowie die Reibung in den EHD-Wälzkontakten die zulässigen Prozessparameter. Die vorhandenen Berechnungsmodelle ermöglichen aufgrund mangelnder empirischer Daten sowie aufgrund des verstärkt nichtlinearen Verhaltens des Schmierfilms jedoch zum aktuellen Stand keine verlässliche Berechnung der Reibung unter den in diesen Anwendungen auftretenden sehr hohen Oberflächengeschwindigkeiten von 100 m/s und mehr. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Berechnungsmodell für Wälzkontakte im Spindellager unter höchsten Oberflächengeschwindigkeiten bereitzustellen, das sich auf experimentell ermittelte Reibwertdaten aus Tribometerversuchen stützt. Das Berechnungsmodell basiert auf einem bekannten Ansatz, der sich durch eine iskretisierte Betrachtung des Wälzkontaktes auszeichnet, der die lokalen Pressungen und Oberflächengeschwindigkeiten der Kontaktpartner in Beziehung zu empirisch ermittelten Reibwertdaten setzt. Die für die Modellierung benötigten Reibwertdaten werden an einem beim Antragsteller erprobten Tribometerprüfstand bei variierenden Pressungen und Geschwindigkeiten ermittelt. Hierbei werden verschiedene Kontaktgeometrien (Punkt- und Linienkontakt), Werkstoffpaarungen (Stahl-Stahl, Stahl-Keramik) und Schmierstoffviskositäten (ISO-VG 32, 46, 68, 220) getestet. Weiterhin werden auch Bohranteile abgebildet, die die ideale Abrollbewegung überlagern. In Vorversuchen an einem ersten Prototyp konnten bereits vielversprechende Reibwertmessungen durchgeführt werden, die ähnliche Reibwertverläufe zeigen wie die aus der Literatur bekannten Versuche. Zur Validierung des Modells sowie der Messmethodik werden die Mess- bzw. Versuchsergebnisse mit Versuchsdaten von anderen Autoren bei niedrigeren Geschwindigkeiten unter ansonsten ähnlichen Betriebsbedingungen verglichen. In einer angestrebten zweiten Förderperiode wird das entwickelte Modell in ein übergeordnetes Modell zur ganzheitlichen Berechnung der Gesamtlagerreibung integriert. Mit der beim Antragsteller verfügbaren Prüfstandstechnik für Spindellager kann dieses Gesamtmodell anschließend validiert werden. Die gemessenen Reibwerte werden der Forschungsgemeinde zur Verfügung gestellt, wodurch die Weiterentwicklung anderer existierender Modelle unterstützt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen