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Allgemeines Forschungsberichte

Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern unter Schwenkbewegungen

FVA 824 I | IGF-Nr. 19915 - N

Ausbruch am Innenring eines Versuchslagers. Quelle: Universität Erlangen-Nürnberg KTmfk

In vielen Anwendungsfällen werden Wälzlager unter nicht-kontinuierlichen Drehbewegungen, sogenannten Schwenkbewegungen, betrieben. Im Unterschied zu Wälzlagern unter kontinuierlichen Drehbewegungen existieren bisher keine validierten Methoden für die Berechnung der Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern unter Schwenkbewegungen. Für die Berechnung der Lebensdauer von Wälzlagern unter Schwenkbewegungen wird auf Ansätze zurückgegriffen, bei denen die Schwenkbewegung auf eine kontinuierliche Bewegung umgerechnet wird. Mithilfe der Umrechnung erfolgt dann die Auslegung nach den bekannten Normen zur Berechnung der nominellen Lebensdauer. Obwohl Wälzlager unter Schwenkbewegungen in einer Vielzahl von Anwendungen vorkommen, wird auf die genannten Ansätze zurückgegriffen, wobei deren Anwendbarkeit und Zuverlässigkeit unklar ist.

Das ursprüngliche Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines validierten, statistisch abgesicherten Berechnungsverfahrens für die Ermüdungslebensdauer von Kugel- und Rollenlagern unter Schwenkbewegungen. Zusätzlich sollten die Anwendungsgrenzen eines solchen Verfahrens bestimmt werden. Während der Bearbeitung des Forschungsvorhabens zeigte sich, dass die isolierte Erzeugung von Ermüdungsschäden durch gleichzeitiges Auftreten von Verschleiß erschwert war. Dadurch verschob sich der Schwerpunkt auf das Auffinden der Grenzen der Ermüdung sowie die Möglichkeit gezielt Ermüdungsschäden bei Schwenkbewegungen erzeugen zu können. Hierfür war ein Abgleich der bestehenden Berechnungsansätze für die Ermüdungslebensdauer bei Schwenkbewegungen sowie die Durchführung experimenteller Versuche an einem speziellen am KTmfk entwickelten und während der Laufzeit des Vorhabens gebauten Prüfstand notwendig.

Bei diesen zeitintensiven Versuchen konnten erfolgreich Ausfälle durch Ermüdung erzeugt werden. Die Ausfälle durch Ermüdung zeigen, dass nicht nur Verschleiß der dominierende Schadensmechanismus bei kleinen Schwenkbewegungen ist, sondern dass auch Ermüdung möglich ist. Ferner kam es zu einer Abweichung zwischen theoretischer und experimentell ermittelter Lebensdauer. Aufgrund der geringen verbleibenden Projektlaufzeit und den langen Versuchszeiten konnten nicht genügend Versuche in statistisch ausreichender Zahl durchgeführt werden, um eine Validierung eines Berechnungsverfahrens zu ermöglichen. Die Validierung bestehender Berechnungs-ansätze bzw. die Entwicklung eines neuen Berechnungsverfahrens für die Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern unter Schwenkbewegungen muss daher in einem weiteren Forschungsvorhaben erfolgen.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19915 - N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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