Radiales Loslager für Hochdrehzahlanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 216285946

In Werkzeugmaschinenhauptspindeln ist zum Erreichen höchster Drehzahlen auf der werkzeugabgewandten Seite eine axial frei bewegliche und radial steife Lagerung notwendig. Die nach dem Stand der Technik verwendeten Loslager weisen spezifische Nachteile, wie das thermische Klemmen von Zylinderrollenlagern oder die aufwendige Konstruktion durch Zusatzkomponenten bei Verwendung von Spindellagern, auf, sodass keine optimale Lösung existiert. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein neuartiges radiales Loslager zu entwickeln und zu untersuchen, welches die oben genannten Kriterien zuverlässig erfüllt und einfach anzuwenden ist.Das Floating Roller Ball-Lager (FRB-Lager) kombiniert die Eigenschaften von Zylinderrollen- und angestellten Mehrpunktlagern in einer neuartigen Wälzkörpergeometrie. In der ersten Förderperiode wurden die Berechnungsgrundlagen zur Auslegung der FRB-Lager und zur Beschreibung deren Betriebsverhaltens erarbeitet, ein erster Prototyp ausgelegt und gefertigt, dieser in Prüfstandsversuchen untersucht und mit Referenzlagern verglichen sowie Optimierungsansätze für die Berechnungsmethoden entwickelt.Die rechnerische Analyse zeigt das hohe Potenzial, welches sich in einer im Vergleich zu Spindellagerpaketen und Zylinderrollenlagern hohen Steifigkeit bei geringer Abhängigkeit des Betriebsverhaltens von Last und Drehzahl äußert. Die experimentellen Untersuchungen bestätigen die Funktionsfähigkeit des FRB-Lagers, wobei die Grenzdrehzahl des Prototypen die von vergleichbaren Zylinderrollenlagern übersteigt. Am Prototypen wurden Schädigungen an den Laufbahnen und dem Käfig beobachtet, welche auf ein Verkippen und Schränken der Wälzkörper schließen lassen.Ziel der zweiten Forschungsperiode ist es, eine für höchste Drehzahlen optimierte Lagergeometrie zu finden. Die Herausforderung liegt darin, die in der ersten Förderperiode aufgetretenen Schwierigkeiten aufgrund ungünstiger Betriebszustände wie geringe Vorspannung, Verkippen der beweglichen Lagerringhälfte oder ungünstige Schmierbedingungen näher zu untersuchen und zu beschreiben, um sie durch konstruktive Maßnahmen und die Wahl geeigneter Betriebsbedingungen abzustellen.Das Vorhaben gliedert sich in vier Arbeitspakete: Ziel des ersten Arbeitspakets ist es, das Schränken zu modellieren. Das zweite Arbeitspaket hat das Ziel, verschiedene Lagergeometrien auszulegen. Während Arbeitspaket 3 zum Ziel hat, das Betriebsverhalten von Referenzlagern und der FRB-Lagervarianten besser zu verstehen, zielt Arbeitspaket 4 darauf ab, dass Ausfallverhalten bei kritischen Betriebszuständen zu charakterisieren.Die Erkenntnisse bezüglich Reibung, Schränken, Schadensmechanismen und Schmierung lassen sich auf andere Lagerarten übertragen und verbessern so das Grundlagenverständnis für das Betriebsverhalten von Hochgeschwindigkeitslagern. Durch abgeleitete Gestaltungsempfehlungen können die Erkenntnisse in die Praxis überführt werden. Diese bilden weiterhin die Grundlage für ein Transferprojekt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen