Kombinierte Wälz-Gleitlagerungen für Linearführungen und Rotationslager (EFB 10/108)

Kombinierte Wälz-Gleitlagerungen für Linearführungen und Rotationslager (EFB 10/108)

 

Motivation

Der Einsatz von Gleitlagern in Servopressen ist in zweierlei Hinsicht als kritisch zu betrachten. Servopressen sind charakterisiert durch die Regelbarkeit von Position und Geschwindigkeit des Stößels. In der Regelstrecke der Presse wirken Gleitlager jedoch als Totzeitglied und führen aufgrund der nicht definierten Position der Lagerwelle in der Lagerbuchse zu Unsicherheiten in der Regelung. Zudem sind die Betriebsbedingungen für Gleitlager als Schwenklager beispielsweise im Pendelhubbetrieb denkbar ungünstig. Häufige Richtungswechsel führen zum ständigen Zusammenbrechen des tragenden Schmierfilms und damit zu erhöhtem Verschleiß. Wälzlager sind zwar mit diesen Problemen nicht behaftet, verfügen aber nicht über die benötigte Tragfähigkeit und die guten Dämpfungseigenschaften von Gleitlagern. Ein möglicher Ansatz zur Lösung dieses Problems bietet die Kombination von Wälz- und Gleitlagern. Im Kleinlastbereich tragen zunächst die Wälzlager und verhindern einen Kontakt der Lagerwelle mit der Gleitlagerbuchse. Bei steigender Last verformen sich die Wälzkörper elastisch, wodurch eine Exzentrizität der Lagerwelle entsteht und das Gleitlager beginnt die höheren Kräfte aufzunehmen. Dieses neuartige Lagerelement vereint somit die positiven Eigenschaften von Gleit- und Wälzlagern.

Vergleich der Kraftverläufe
Abbildung 1: Vergleich der Kraftverläufe | Quelle: Darstellung übersetzt aus Scheitza, Matthias ; Schmitt, Sebastian O. ; Emde, Stefan : Potential and challenges of combined roller and plain bearings for servo presses. In: Advanced Materials Research, 769 pp. 285-292.
Schnitt durch Wälz-Gleitlager
Abbildung 2: Schnitt durch Wälz-Gleitlager

Zielsetzung

Ziel dieses Projektes ist die Gewinnung erster Erkenntnisse bezüglich der Eigenschaften der neuen Lagerelemente. Eine wichtige Eigenschaft zur Auslegung für den Einsatz in Pressen ist die Lagersteifigkeit. Es ist daher ein geeigneter Prüfstand zu entwickeln um eine definierte Prüfkraft auf das Lager aufzubringen und relevante Messgrößen aufzunehmen.

Lösungsweg

Auf Basis eines bereits vorhandenen Prüfstands erfolgt die konstruktive Erweiterung zur Einleitung einer oszillierenden Schwenkbewegung in das kombinierte Wälz-Gleitlager mit definiertem Schwenkwinkel und geregelter Umfangsgeschwindigkeit. Das Lager wird im Prüfstand mit einer veränderbaren Prüfkraft belastet. Wirbelstromsensoren, die in die Gleitlagerkomponente eingebracht sind nehmen die Wellenverschiebung im μm-Bereich auf. Aus der Lagerverschiebung und der wirkenden Prüfkraft lässt sich schließlich die Lagersteifigkeit ermitteln.

Erweiterter Prüfstand
Abbildung 3: Erweiterter Prüfstand

Danksagung

Das Forschungsprojekt wird gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF).