Abschluss des Projektes EdgePresSi – Simulationsunterstützte Methode zur Beurteilung von Kantenpressungen auf Basis elasto-plastischer Kontaktberechnungen im August 2022 (Auftragsforschung für Schaeffler Technologies AG & Co. KG)
Die heute übliche Berechnung der Lebensdauer von Wälzlagern erfasst einzig das Ausfallkriterium Werkstoffermüdung im Wälzkontakt. Eine Situation, die sich bislang rechnerisch nicht erfassen lässt, liegt vor, wenn in den Kontakten zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen die Kontaktellipsen abgeschnitten sind. Das Ziel des Forschungsprojektes war deshalb einen Beitrag zur Entwicklung einer Methodik zur physikalisch fundierten und objektiven Beurteilung von abgeschnittenen Kontaktellipsen, insbesondere Kantenpressungen, im Hinblick auf die Gebrauchsdauer von Wälzlagern zu erarbeiten.
Die Simulation von Überrollungen erfolgt herkömmlich mittels transienten Simulationen. Da eine solche Simulation aufgrund vieler notwendiger Rechenschritte sehr langsam ist, wurde im ersten Teil des Projektes basierend auf der herkömmlichen transienten Simulation eine schnelle Näherungsmethode zur Simulation von Mehrfachüberrollungen unter Berücksichtigung elasto-plastischen Materialverhaltens entwickelt und validiert.
Bei Kontakten in Wälzlagern oder bei Zahnrädern kann es zu abgeschnittenen Kontaktellipsen kommen, wenn z. B. ein Freistich in den Kontaktbereich hineinragt. Durch die in der Geometrie enthaltenen Diskontinuität wird die Kontaktberechnungen recht anspruchsvoll und zeigt teilweise unerwartete Ergebnisse. Im zweiten Teil des Projektes wurde deshalb eingehend der Kontakt einer starren Kugel mit einer elasto-plastischen Ebene mit Freistich betrachtet. So wurde im Rahmen einer numerischen Studie der Einfluss des Freistichwinkels auf die Pressungsverteilung und die elastische und plastische Verformung an der Kante untersucht. Vergleichend wurden dabei Ergebnisse gegenübergestellt und diskutiert, die mittels FEM und semi-analytischen Methoden (SAM) berechnet wurden. Die abgeleiteten Erkenntnisse bieten eine wertvolle Grundlage für die weitere Arbeit zur Entwicklung der Methode zur objektiven Bewertung von Kantenpressungen.
Unser besonderer Dank gilt der Firma Schaeffler Technologies AG & Co. KG, die dieses Projekt als Auftragsforschung finanziert und einen maßgeblichen Beitrag zum wissenschaftlichen Diskurs beigetragen hat.