Kombinierte Wälz- und Gleitlagerungen für Linearführungen und rotatorische Lager
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche, Dominik Kraus M.Sc., Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der Technischen Universität Darmstadt
72 Seiten - 59,00 EUR (sw, 45 teils farbige Abb., 2 Tab.)
ISBN 978-3-86776-442-1
Zusammenfassung
Das Projekt hatte das Ziel, kombinierte Wälz-Gleitlagerungen zu entwickeln und unter Last zu charakterisieren. Für die experimentellen Untersuchungen war ein geeigneter Prüfstand zu gestalten.
Ausgehend von einem konstruktiven Entwurf wurden ein kombiniertes Wälz-Gleitlager sowie kombinierte Wälz-Gleitführungen weiterentwickelt und gefertigt.
Zur Untersuchung der kombinierten Lagerungen erfolgte zunächst die Erweiterung eines Linearführungsprüfstandes des PtU. Durch Integration eines Pleuelsystems konnte die Linearbewegung einer Spindel in eine oszillierende Schwenkbewegung gewandelt werden. Die Aufbringung definierter Prüfkräfte gelang mithilfe eines vorgespannten Federpakets und eines Stanzwerkzeugs. Als Messtechnik kamen Kraftmessringe, Weggeber und zwei Wirbelstromsensoren zum Einsatz. Hiermit konnten die Prüfkraft, die Vertikalbewegung der Führungen sowie die Wellenbewegung der Lagerwelle des kombinierten Wälz-Gleitlagers bzw. die Einfederung des Führungswagens aufgenommen werden. Die Auswertung dieser Messgrößen ermöglichte die Bestimmung der Gesamtsteifigkeiten der kombinierten Lager und Führungen und damit die Charakterisierung deren Verhaltens unter Last.
Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen der kombinierten Lager bestätigten, dass das Prinzip der Kombination von Wälz- und Gleitlagerkomponenten umsetzbar ist. Die Lager wurden unter Variation des Schmierspalts, der Prüfkraft, der Relativgeschwindigkeit und des Schmiermediums untersucht. Dabei zeigte sich eine signifikante Abhängigkeit sowohl der Lager- als auch der Führungssteifigkeit von der Prüfkraft. Dies ist auf den bei höheren Prüfkräften kleiner werdenden Schmierspalt in der Gleitkomponente zurückzuführen, wodurch sich der Traganteil der Gleitkomponente bei der Lastaufnahme erhöht. Infolgedessen nimmt die Gesamtlagersteifigkeit des kombinierten Lagers zu. Ein eindeutiger Einfluss der Relativgeschwindigkeit und der Ölviskosität auf die Gesamtlagersteifigkeit konnte bei den Rotationslagern nicht festgestellt werden. Die Untersuchungen der Führungen hingegen zeigten einen signifikanten Einfluss der Relativgeschwindigkeit auf deren Gesamtsteifigkeit.
Aufgrund der Austauschbarkeit des Federpakets durch ein Stanzwerkzeug konnten die Untersuchungen der Lager unter Realbedingungen ebenfalls am Prüfstand durchgeführt werden. Es war zu beobachten, dass die Welle zwischen den Kraftspitzen mehrerer aufeinander folgender Stanzvorgänge nicht in ihre zentrische Ausgangslage zurückkehrt, es aber auch nicht zu einem Kontakt der Welle mit der Lagerbuchse kommt. Die Ergebnisse belegen damit, dass die kombinierten Lager auch unter Realbedingungen funktionsfähig sind.
Das Ziel des Vorhabens wurde weitestgehend erreicht. Die Dämpfungseigenschaften und das Stick-Slipverhalten der kombinierten Führungen wurden nach Rücksprache mit dem PbA nicht untersucht.
Das IGF-Vorhaben „Kombinierte Wälz- und Gleitlagerungen für Linearführungen und rotatorische Lager“ wurde unter der Fördernummer AiF 16894N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 398 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The aim of the project was to develop and to characterize combined roller and plain bear-ings under load. For the experimental study, a test bench had to be designed.
Starting from a structural design, a combined roller and plain bearing as well as a combined roller and plain guide had been developed and manufactured.
To study the combined bearings, first the extension of the test bench for linear guides of the PtU was realized. By integration of a connecting rod, the linear movement of the spindle could be converted into an oscillating pivoting movement. The application-defined test forces could be realized using a preloaded spring assembly and a cutting tool system. A load sensor, position sensors and two eddy current sensors were used for measuring relevant parameters. These parameters were the test load, the vertical movement of the guides and the motion of the bearing shaft of the combined roller and plain bearing as well as the deflection of the guide carriage.
The results of the experimental investigations of the combined roller and plain bearing showed that the principle of the combination of rolling and plain bearing components is feasible. The bearings were tested with variation of the lubricating gap, the test load, the relative speed and of the lubricating medium. Here, a significant dependence of the stiffness of both the bearing and the guide was shown. This is due to the higher load values that lead to a decreasing lubrication gap in the sliding component. This causes a higher force of the sliding component, and consequently, increases the bearing stiffness. An influence of the relative velocity and the oil viscosity on the stiffness of the combined bearings could not be detected. The investigations of the guides, however, showed a significant influence of the relative velocity on its stiffness.
Due to the interchangeability of the spring assembly by a punching tool, the investigations of bearings under real conditions were also carried out on the test bench. It was found that between the force peaks of several successive punching operations the shaft will not return to its central starting position, but it does not come to a contact of the shaft with the bearing bush. The results therefore demonstrate that the combined bearings are functional even under real conditions.
The goal of the project was achieved as far as possible. As agreed with the PbA the damp-ing properties and the stick-slip-effect of the combined guides were not examined.
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung
2 Ausgangssituation und Anlass für das Forschungsprojekt
3 Stand der Technik
3.1 Servopressen
3.2 Rotationslagertechnik in Pressen
3.2.1 Wälzlager
3.2.2 Gleitlager
3.2.3 Kombinierte Wälz-Gleitlager
4 Motivation und Zielsetzung
5 Vorgehensweise
5.1 Angestrebte Forschungsergebnisse
5.2 Arbeitspakete
5.3 Beschreibung der verwendeten Anlage
6 Ergebnisdarstellung
6.1 Bestimmung der Lastgrößen und der Versuchsmatrix
6.2 Prüfstanderweiterung
6.3 Kombiniertes Wälz-Gleitlager
6.4 Kombinierte Wälz-Gleitführung
6.5 Experimentelle Untersuchungen
6.5.1 Messmethoden und Messmittel
6.5.2 Untersuchung der kombinierten Rotationslager
6.5.3 Untersuchung unter Realbedingungen
6.6 Untersuchung der kombinierten Führungen
7 Nutzen der Ergebnisse für KMU
8 Literaturverzeichnis
9 Abbildungsverzeichnis
10 Tabellenverzeichnis
