Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung und Validierung fortgeschrittener Analysemethoden für abweichungs-behaftete Wälzlagersysteme

Aktuell gültige Toleranzschemata für Wälzlagersysteme sind zum Teil mehrere Jahrzehnte alt. Genaue Zusammenhänge zwischen geometrischen Abweichungen und funktionalen Eigenschaften eines Lagersystems sind weitestgehend unbekannt. Um die Funktionalität der Wälzlagersysteme trotzdem sicherzustellen, werden in der Praxis häufig sehr enge Toleranzen vergeben. Dies führt jedoch zu erhöhten Herstellkosten.

Die Absicht des Forschungsvorhabens ist es daher, den Konstrukteur bei der Tolerierung der Wälzlageranschlussbauteile zu unterstützen. Grundlage für dieses Folgevorhaben bilden die Ergebnisse aus FVA 736 I, in welchem die aktuell gültigen Wälzlagertoleranzschemata mittels Mehrkörpersimulationen und statistischer Toleranzanalyse im Hinblick auf Lebensdauer und Vibrationen untersucht wurden. Dabei hat sich gezeigt, dass die Tolerierung vorzugsweise fallspezifisch erfolgen muss. Insbesondere KMU haben häufig jedoch nicht die Möglichkeiten ein umfassendes Toleranzma-nagement zu leisten.

Ziel dieses Forschungsvorhaben ist die Erarbeitung der Grundlagen für ein Ausle-gungswerkzeug, mit dem insbesondere auch KMU in der Lage sind, eine gezielte Tolerierung ihrer Lagersysteme vorzunehmen. Hierfür wird die Vereinbarkeit der beiden Simulationsmethoden gezeigt, so dass die Vorteile beider Ansätze genutzt und zusätzliche Synergieeffekte geschaffen werden können. Für die Verknüpfung der beiden Simulationsmethoden wird die statistische Toleranzanalyse als Screening-Methode verwendet, wobei Lösungen mit besonders günstigem Verhalten identifiziert werden. Diese Designpunkte werden anschließend mittels MKS im Detail analysiert.

Ein weiteres Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erweiterung der bestehenden Si-mulationsmethoden, so dass auch Effekte aus axialen Geometrieabweichungen berücksichtigt werden können. Außerdem soll durch Prüfstandversuchen die Validität der beiden Methoden sichergestellt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die im Rahmen des Vorhabens entwickelten Methoden als Ziele des Vorhabens unterstützen den Anwender bei der Auslegung und ermöglichen eine Analyse der Auswirkungen geometrischer Abweichungen auf das Betriebsverhalten von Wälzlagerungen sowohl im Rahmen einer statistischen Toleranzanalyse als auch im Einzelfall mittels einer Mehrkörpersimulation (MKS). Die statistische Analyse erlaubt dabei die quasistatische Evaluation einer großen Zahl abweichungsbehafteter Lagerungen („Samples“) in Abhängigkeit der Randbedingungen, während die MKS eine detaillierte dynamische Einzelfallbetrachtung an relevanten Punkten innerhalb des Parameterraums ermöglicht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Abstimmung der Lagerluftklasse und die gezielte Optimierung der Tolerierung der Anschlusskonstruktion fallabhängig beträchtliches Potential für eine Verbesserung der relevanten Zielgrößen wie z. B. Lebensdauer, Reibmoment oder Schwingungsanregung bieten kann. Die experimentellen Untersuchungen haben den Einfluss von abweichungsbehafteten Lagersitzen aufgezeigt. Darüber hinaus erlaubt die entwickelte Methodik auch eine Berücksichtigung ökonomischer Aspekte durch Untersuchung der statistischen Auswirkungen bei Vornahme von Änderungen an der Tolerierung der Anschlusskonstruktion. Ebenso wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens die Voraussetzungen für eine zeitnahe Integration der Ergebnisse in die FVA Workbench und LAMBDA geschaffen.

Somit wurde das Ziel des Forschungsvorhabens erreicht.