Zugl.: Berlin, Techn. Universiẗat, Diss.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Die wesentlichen Ziele der vorliegenden Arbeit bestehen darin, das Verständnis für die Einsatzgrenzen und -möglichkeiten von thermoplastischen Massivgleitlagern radialer Ausführung unter den verschiedenartigen Betriebsbedingungen zu verbessern, die Kompliziertheit des tribologischen Systems Polymer-gleitlager / Welle zu verdeutlichen und ggf. Problemlösungen anzubieten. Es werden dafür die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen mit Mantel- und Buchsen-lagern im Langzeitbetrieb und im Aussetzbetrieb, jeweils mit und ohne Initialschmierung, vorgestellt und bewertet. Im Vordergrund stehen das Reibungs- und Verschleißverhalten jener Gleitlager. Die falsche Auslegung des Lagerspiels ist bei Trockenlaufgleitlagern wahrscheinlich die häufigste Ausfallursache. Die Ergebnisse eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Rechengangs für die Bestimmung des notwendigen Einbaulagerspiels von Buchsenlagern werden den experimentell ermittelten Ergebnissen gegenübergestellt. Die Berechnungen ergeben nach bisherigem Wissen im Vergleich zu den Lagerspielversuchen etwas größere notwendige Einbaulagerspiele.

Techn. Hochsch., Diss. 2005--Aachen.

Hydrodynamic plain bearings are important machine elements. They are used in many areas of mechanical engineering, such as turbomachines, crankshaft bearings and gears. The geometry of the lubrication gap elemen-tarily influences the function as shown in several examples of abrupt failures in turbochargers. Due to toleranc-ing, the manufacturing requirements are very high. However, the question remains how large these deviations can be. ISO 12129-2 gives recommendations on form deviations depending on the minimum of plain bear-ing clearance (hmin). Nevertheless, there is no direct reference on the size or the strain on bearing. In DIN 31652-3, the tolerance of the bearing clearance is divided into -1/3 and +2/3 of itself. However, this tolerance merely has an indirect correlation with the size of the bearing and strain on the bearing. If these tolerance recommenda-tions are applied, the function of the plain bearing will not be completely fulfilled. Nonetheless, tolerances pro-vided by standards are used in geometric specifications. If these tolerances are used for in-company manufacturing, this is unproblematic in most cases. But if technical drawings are sent to an external manufacturer, toler-ance limits may be exhausted and the function cannot be ensured. Within the framework of the research project presented here, a tolerance evaluation matrix has been developed. For this, the existing standards were analyzed. In this case, the ignorance of size (diameter and width) and signif-icant operating properties (speed, load, temperature, etc.) are insufficient. The project examined and simulated various possible deviations. Selected form deviations were manufactured. The validation of the simulation results were carried out on 30mm.

Increasing ecological and economic pressures, as well as increased technical requirements, have given rise to the need for research into alternative wear layers for hydrodynamic plain bearings. Previous investigations have tested and researched the bonded coating GL92. It has been possible to demonstrate that the bonded coating (plastic base) is a viable alternative to a conventional white metal alloy. However, this coating was not able to address all the issues experienced by industrial users, for example the behaviour of the system (changes to operating properties) during penetration of particles, or behaviour in a mixed friction area. The literature has not – or not sufficiently – answered the questions relating to damage patterns and damage tolerance. Therefore, regardless of the proven benefits, industrial use of this coating is currently not possible or is connected with significant risks. In the study, tests were carried out in the mixed friction area (start-stop testing, emergency testing without oil, insufficient lubrication tests) as well as in the hydrodynamic area. The comparative tests were performed on different wear layer materials. This paper demonstrates and discusses the results for both a conventional white metal alloy bearing and for the bearing with bonded coating (GL92). Depending on the operating point, the bearing systems exhibit significant differences at the maximum bearing load, lubricating film pressure distribution and maximum bearing temperature. The investigation has proven that GL92 is a technically useful alternative to conventional wear layers.

Die quantitative Abschätzung des Einflusses geometrischer Abweichungen auf die Betriebseigenschaften von Maschinenelementen stellt für die Produktentwicklung einen wesentlichen Bestandteil zur Sicherung der Funktionalität dar. An einem radialen zylindrischen Gleitlager wird gezeigt, wie der Einfluss der Rundheit in Form eines Gleichdickes die Betriebsparameter verändert. Durch die Simulation mit ALP3T und die Auswertung der Ergebnisse mit MATLAB kann eine mögliche Vorgehensweise für den Umgang mit Formabweichungen bei der Entwicklung und der Qualitätssicherung aufgezeigt werden. Ferner gilt es andere geometrische Abweichungen (Position, Richtung) zu untersuchen, um die Funktionalität des Gesamtsystems sicherzustellen.

Zur Realisierung des neuartigen und keramischen Gleitlagers unter den Einsatzbedingungen hoher und stoßartiger Belastungen wird auf die Finite-Elemente-Methode (FEM) zurückgegriffen, um ein keramikgerechtes Design abzuleiten. Unter Einbeziehung der umgebenden Strukturen, wie der Einbettung und dem Bolzen, werden mit Hilfe der FEM konstruktive und werkstoffliche Parameterstudien durchgeführt. Als Basis der Untersuchungen dienen typische Arm- und Koppelstangenverbindungen aus dem Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen. Oberstes Ziel der Studien ist die Minimierung der Zugbeanspruchungen im keramischen Werkstoff unter Last nach dem Kriterium des „Spannungsminimums“. Daneben werden optimierte Einbettungsbauformen untersucht, die eine geringe Zugbeanspruchung garantieren und gleichzeitig einen geringen Massebedarf aufweisen. Aufbauend auf den Ergebnissen der Parameterstudien ist eine analytische Berechnungsvorschrift abgeleitet sowie die statische und dynamische Tragfähigkeit des keramischen Gleitlagers experimentell nachgewiesen worden. Im Ergebnis der Forschungsarbeit steht die mechanische Einsatzfähigkeit des keramischen Gleitlagers auf Basis von Siliziumnitrid (Si3N4). Sowohl die statische als auch die dynamische Tragfähigkeit konnte bis zu einer Flächenpressung von mindestens 150 N/mm² und bei einer Lastfrequenz von 12,5 Hz nachgewiesen werden.

Die Betriebseigenschaften von Gleitlagern werden im Wesentlichen durch die Schmierspaltgeometrie bestimmt. Eine starre Geometrie kann von daher nur für einen Betriebspunkt optimal sein. Der Betrieb außerhalb dieses Punktes führt zu negativen Auswirkungen wie z.B. Verschleiß und Instabilitäten. Der mögliche Betriebsbereich kann durch eine geeignete Formänderung des Gleitlagers während des Betriebs erheblich vergrößert werden. Zu diesem Zweck ist das Gleitlager als Mechanismus mit selektiver Nachgiebigkeit ausgelegt, der es ermöglicht, die Form der Gleitflächen mit einer bestimmten Kinematik zu verändern.

Die wesentlichen Ziele der vorliegenden Arbeit bestehen darin, das Verständnis für die Einsatzgrenzen und -möglichkeiten von thermoplastischen Massivgleitlagern radialer Ausführung unter den verschiedenartigen Betriebsbedingungen zu verbessern, die Kompliziertheit des tribologischen Systems Polymer-gleitlager / Welle zu verdeutlichen und ggf. Problemlösungen anzubieten. Es werden dafür die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen mit Mantel- und Buchsen-lagern im Langzeitbetrieb und im Aussetzbetrieb, jeweils mit und ohne Initialschmierung, vorgestellt und bewertet. Im Vordergrund stehen das Reibungs- und Verschleißverhalten jener Gleitlager. Die falsche Auslegung des Lagerspiels ist bei Trockenlaufgleitlagern wahrscheinlich die häufigste Ausfallursache. Die Ergebnisse eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Rechengangs für die Bestimmung des notwendigen Einbaulagerspiels von Buchsenlagern werden den experimentell ermittelten Ergebnissen gegenübergestellt. Die Berechnungen ergeben nach bisherigem Wissen im Vergleich zu den Lagerspielversuchen etwas größere notwendige Einbaulagerspiele.