Schmierfilmbildung bei Hybridlagersystemen
- Degree programme: BSc in Maschinentechnik
- Author: Jakob Müller
- Thesis advisor: Prof. Dr. Axel Fuerst
- Expert: Dr. Armin Heger
- Industrial partner: FISCHER AG Präzisionsspindeln Herzogenbuchse
- Year: 2021
Heutige Spindelsysteme arbeiten mit höchster Präzision. Jedoch hat die Schmiermittelzufuhr der Lagerung eine gewisse Trägheit. Das Ziel dieser Arbeit ist, die aktuell vorhandene Verzögerung der Schmiermittelzufuhr der Hybridlager deutlich zu verringern, so dass zukünftig die Schmiermittelmenge adaptiv an die Drehzahlen angepasst werden kann. Somit kann jederzeit eine optimale Schmierung gewährleistet werden, was in einer längeren Lagerlebensdauer resultiert.
Einleitung
Moderne Spindelsysteme arbeiten mit Drehzahlen bis zu 160'000 min-1. Um dies erreichen zu können, ist ein hochpräzises Lagerungssystem nötig, welches entsprechend mit Schmiermittel versorgt werden muss. Die dafür benötigten Schmiermittelmenge ist gering, darf jedoch nicht zu stark fluktuieren, da es sonst zu Lagerschäden aufgrund Unter - und Überschmierung kommen kann. Jedoch dauert der Transport des Schmiermittels vom Versorgungstank bis zu den Lagerstellen sehr lange, da aktuell die Schmiermittelmenge in den Versorgungsleitungen in form von Schlieren über einen Luftstrom während des Transports dosiert wird, und das Schmiermittel somit - je nach Länge der Versorgungsleitungen - erst nach ca. eine Stunde nach dem Verlassen des Schmierblockes an der jeweiligen Schmierstelle ankommt. Dies heißt dass die Schmiermittelmenge nur begrenzt an die Drehzahl angepasst werden kann. Deshalb ist es erstrebenswert, die Schmiermittelversorgung so zu konzipieren, dass sie schneller auf Änderungen der Drehzahlen reagieren kann, und somit in allen Drehzahlbereichen eine optimale Schmierung zu ermöglichen, ohne die Vorteile des aktuellen Systems (Kühlung der Lager durch konstanten Luftstrom) einzubüssen.
Konzept
Das Konzept dieser Arbeit besteht darin, das Schmiermittel direkt am Eingang der Spindel zu dosieren, was ein Wegfallen eines großen Teiles der Versorgungsleitungen - und somit eine deutliche Verringerung des zurückzulegenden Weges - ermöglicht. Dafür werden verschiedene Möglichkeiten zur Feindosierung des Schmiermittels, sowie Möglichkeiten zur Einbindung in die Spindelsysteme gesucht. Um diese Möglichkeiten bewerten zu können, werden CFD-Simulationen durchgeführt, welche Aufschluss auf die wirkende Fluiddynamik des Luftstromes und des Schmiermittelflusses gibt.
Ziele
Die Ziele dieser Bachelorarbeit sind:
- Ermitteln der Fluiddynamik im Lagersystem
- Ermitteln von Möglichkeiten zur Feindosierung von Schmiermittel
- Integration der Feindosierung mit reproduzierter Fluiddynamik
Resultate
Das Endkonzept ist eine Düse, welche über eine kleine Bohrung das Schmiermittel direkt am Eingang der Spindelanlage kontinuierlich und in kleinster Menge abgibt. Das Schmiermittel wird nach austritt aus der Düse vom Luftstrom erfasst und zu den Lagerstellen transportiert. Dabei bleibt die kühlende Wirkung des Luftstromes erhalten, gleichzeitig wird aber der Weg, den das Schmiermittel zurücklegen muss, deutlich verringert.
