Wälzlagertechnik

Wälzlagertechnik am KTmfk

Das Maschinenelement Wälzlager stellt eine Basiserfindung dar, ohne die unser gesamter, technisch geprägter Alltag nicht vorstellbar wäre. Die Bedeutung des Wälzlagers in der Mechanik ist vergleichbar mit der des Transistors in der Elektronik. Wälzlager übernehmen Trag- und Führungsfunktionen in Maschinen, Geräten und Fahrzeugen aller Art. Meist unerkannt, erfüllen sie ihre Funktion zuverlässig und energieeffizient.

Seit Gründung des Lehrstuhls und damit seit fast 40 Jahren trägt der KTmfk zum technisch-wissenschaftlichen Fortschritt in der Wälzlagertechnik bei. Hierbei werden sowohl das Maschinenelement an sich als auch dessen Wechselwirkungen mit der Umgebung untersucht. Die Forschungsarbeiten sind durch eine enge Verzahnung von Gestaltung, Simulation und Versuch gekennzeichnet.

Kooperation Forschung und Industrie

In unmittelbarer Nähe der weltweit erfolgreichen Wälzlagerindustrie gelegen, gelingt dem KTmfk durch die enge Zusammenarbeit mit Unternehmen aus dem industriellen Umfeld sowie Forschungsvereinigungen die Verknüpfung von Wissenschaft und Praxis. So ist neben einem stetigen Erkenntniszuwachs und Austausch im Bereich der längerfristigen Grundlagenforschung auch die Identifikation und Bearbeitung aktueller Problemstellungen mit direktem Praxisbezug möglich.

Schwerpunkt in der Ingenieurausbildung

Im Masterstudium werden zentrale Aspekte der Wälzlagertechnik in Form der beiden Lehrveranstaltungen „Wälzlagertechnik“ sowie „Tribologie und Oberflächen-technik“ vertieft behandelt. Durch die enge Kooperation mit Experten aus der industriellen Praxis können hierbei neben den Grundlagen auch neueste Ergebnisse und Erkenntnisse aus Forschung und Entwicklung vermittelt werden.

Simulation

Zielsetzung der vorwiegend auf Simulationen beruhenden Forschungsarbeiten ist es, ein besseres Verständnis der Mechanismen des komplexen Systems Wälzlagerung zu erlangen, beispielsweise im Hinblick auf Dynamik oder Reibungsverhalten. Hierbei kommen von der Mikro- bis zur Makroebene verschiedene Simulationsansätze zum Tragen.

So werden etwa auf der Mikroebene einzelne thermo-elastohydrodynamische (TEHD) Kontakte mithilfe eines eigenentwickelten, Finite-Elemente-basierten Simulationswerkzeugs (MFKTriboFEM) untersucht und das tribologische Verhalten prognostiziert. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Aussagen über potentiell zu erwartende Verschleißerscheinungen treffen oder Oberflächenmikrotexturen für Wälz/Gleit-Kontakte beanspruchungsgerecht auslegen.

Auf der Makroebene liefern speziell für Wälzlager entwickelte Mehrkörpersimulationen einen Einblick in die Dynamik der Wälzlagerkomponenten und Anbauteile. So ermöglicht die elastische Modellierung des Käfigs eine Analyse des dynamischen Verhaltens desselben. Hiervon können beispielsweise Erkenntnisse in Bezug auf die Beanspruchung und Lebensdauer sowie das Schwingungsverhalten und die Akustik des Käfigs abgeleitet werden. Die gewonnenen Erfahrungen können in die Produktentwicklung integriert werden, sodass sich die Betriebseigenschaften des Wälzlagers stetig verbessern lassen.

Versuch

Simulationen müssen immer durch Experimente validiert werden. Ferner ist bei Wälzlagerungen aktuell eine Erklärung vieler Effekte noch nicht ausreichend genau anhand theoretischer Ansätze beschreibbar. Entsprechend ist die Durchführung von Versuchen zur Validierung von Simulationen in der Wälzlagertechnik unabdingbar.

Zur experimentellen Forschung am KTmfk gehört die Entwicklung innovativer und anspruchsvoller Prüfstände. Beginnend mit ersten Skizzen entstehen unter Nutzung modernster CAD- und FE-Werkzeuge einzigartige Prüfstandkonstruktionen. Die Herstellung und Inbetriebnahme dieser Prüfstände erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den universitätseigenen Werkstätten. Anschließend werden sie in den Laboren des KTmfk intensiv für experimentelle Forschungsarbeiten genutzt.

Derzeitige experimentelle Arbeiten befassen sich mit der Reibung in Wälzlagern, dem Verhalten von Wälzlagern unter Zentripetalbeschleunigung oder der Wälzlagerbelastung und -kinematik für kleine Schwenkbewegungen. Weitere Prüfstände ermöglichen die Untersuchung von Wälzlagern unter schwingender Belastung sowie neuartiger Schmierungs- und Oberflächenkonzepte. Die Prüfstände bilden zusammen mit klassischen Prüfgeräten, wie Tribometer oder Zweischeibenprüfständen, eine individuelle und hochwertige technische Ausstattung.