Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatzpotentiale von intelligenten und adaptiven Gleitlagern in mechanischen Pressenantrieben

Neue Technologien in der Umformtechnik, wie z.B. das Pendeln oder das Halten der Presskraft, erfordern dynamischere und leistungsfähigere Antriebslösungen für mechanische Pressenantriebe. Gleichzeitig führt diese Entwicklung zu steigenden Belastungen im gesamten Antriebsstrang. Wohingegen moderne Torquemotoren diese Technologien erst ermöglichen, sind klassische Bestandteile des Antriebsstrangs, wie z.B. Gleitlager, dabei erhöhtem Verschleiß ausgesetzt.

Ein Gleitlager bildet einen tragfähigen hydrodynamischen Schmierfilm aus, sobald eine ausreichende Relativgeschwindigkeit zwischen den Gleitpartnern vorliegt. Sinkt diese Relativgeschwindigkeit, fällt die Tragfähigkeit des Schmierfilms ebenfalls oder er bricht gänzlich zusammen. Dies hat eine Verschleißsituation zur Folge, die bis zum Fressen, also zum Totalschaden, der Lagerstelle führen kann. Eingangs genannte oszillierende Bewegungen, wie z.B. Pendeln, oder auch das Halten der Presskraft provozieren mit ihrer diskontinuierlichen Charakteristik derartige Verschleißsituationen. Gleitlagerausfälle an Umformmaschinen und die damit verbundenen Reparaturen sowie Produktionsausfälle sind dabei nicht planbar sowie sehr zeit- und kostenintensiv.

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung robuster intelligenter Gleitlager, welche zu einer Technologieerweiterung von mechanischen Pressenantrieben sowie der weiteren Qualifizierung von Condition-Monitoring-Systemen hinsichtlich der Gleitlagerüberwachung führen können, damit derartige Antriebsstrukturen auch bei diskontinuierlichen Betriebsarten eine funktionssichere Anwendung bieten. Durch die lagerintegrierte Verlagerungsmessung der Gleitpartner zueinander können kritische Betriebszustände während des Betriebs detektiert werden. Sollte einer dieser Zustände vorliegen, kann durch Hydrostatik eine Beschädigung der Gleitlagerflächen aktiv verhindert werden. Sollten normale Betriebsparameter vorliegen, arbeitet das Gleitlager im energieoptimalen hydrodynamischen Bereich.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb des Projektes konnte simulativ und experimentell (auf einem Laborversuchsstand) der Funktionsnachweis für eine lastgerechte Unterstützung hydrodynamischer Radialgleitlager mit geregelter Hydrostatik (intelligentes Hybridgleitlager) erbracht werden. Dabei wurden neben generisch erstellten Prüflastfällen auch realtypische Lastfälle aus unterschiedlichen Umformtechnischen Anwendungsbereichen erfolgreich getestet. Neben dem Gesamtergebnis konnten die Teilziele (weitere wissenschaftliche Erschließung der Wirkzusammenhänge in hydrodynamischen Großgleitlagern, Sensorkonzept zur Erfassung des Lagerbetriebszustandes und Aktorkonzept zur geregelten Hydrostatikunterstützung) erreicht werden.

Die Anwendungsmöglichkeiten des beschriebenen Hybridbetriebes sind vielfältig. Wie durch die Industiervertreter im Projektbegleitenden Ausschuss bestätigt, kann eine Nutzung dessen zu einer deutlichen Erweiterung des Einsatzpotentials mechanischer Servopressen führen. Insbesondere für komplexe Umformabläufe (etwa Presshärten, Gegenzugoperationen) oder für die Herstellung von Composite-Werkstücken (Matrixinjektion bei geschlossenem Werkzeug) ist der Hybridbetrieb als Enabler für mechanische Pressen zu betrachten. Darüber hinaus können die Teilziele auch für einen gesteuerten Betrieb der hydrostatischen Unterstützung entsprechender Gleitlager eingesetzt werden um eine Schädigung dieser in herausfordernden Betriebssituationen zu vermeiden. Das realisierte Sensorkonzept und die neu entwickelten Konzeptansätze für eine Sensorintegration in die Gleitlagerbuchse können künftig in weiterentwickelter Form für eine Betriebszustandsüberwachung hydrodynamischer und hydrostatischer Gleitlager genutzt werden. Die Projektergebnisse können außerhalb der Branche der Umformtechnik im Bereich Schifffahrtstechnik oder bei Windkraftanlagen eingesetzt werden, um Lagerschäden zu vermeiden und die Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.