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antriebstechnik 8/2015

antriebstechnik 8/2015

FVA AKTUELL Optisches

FVA AKTUELL Optisches System zur schnellen Messung kleinster Zahnradgeometrien Kleinst- und Mikroverzahnungen können mit konventionellen, taktilen Messverfahren aufgrund des Tasterdurchmessers nur eingeschränkt messtechnisch erfasst werden. Zudem weisen taktile Verfahren eine morphologische Filterwirkung und eine geringe Prüfgeschwindigkeit auf, was insbesondere bei vollflächigen Messungen zu langen Messdauern führt. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Optogear“, das von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF und der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. gefördert wurde, ist für diese Applikation ein neues Messsystem entwickelt worden, das imstande ist, Verzahnungen berührungslos, schnell und hochpräzise zu messen. Hierzu wurden eine optoelek tronische Auswerteeinheit, spezielle Fasersonden sowie Softwarealgorithmen zur Verarbeitung der gemessenen Signale ausgelegt, mit dem Ziel, die messtechnischen Bedarfe abzu decken, bei denen taktile Verfahren nicht einsetzbar sind. Das entwickelte Messsystem ermöglicht es, Verzahnungen mit Modulen unter 1 mm berührungslos zu messen und bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten, Linienprofile an Zahnflanken aufzunehmen. Das Messsystem basiert auf der kurzkohärenten Interferometrie mit Licht im nahinfraroten Spektrum. Eine faseroptische Sonde mit dem Durchmesser eines Menschenhaares leitet das Licht in die Zahnlücke, wo es dank eines speziellen Mikroschliffs radial ausgekoppelt und unter einem Arbeitsabstand von ca. 300 µm auf die Zahnoberfläche projiziert wird. Das an Faserendfläche und Zahnoberfläche reflektierte Licht wird durch Streuung und Reflexion wieder in die Faser eingekoppelt und interferiert anschließend. Das Frequenzspektrum des Interferenzmusters liefert nach einer Kalibrierung den gemessenen Abstand zwischen Faserendfläche und Probenoberfläche. Bei dem Messsystem handelt es sich um ein Punktmessverfahren, d. h. dass Prüfling und Fasersonde relativ zueinander bewegt werden müssen, um ein 2D- Profil der Oberfläche zu erzeugen. Entsprechend kann die Fasersonde anstelle eines taktilen Taststiftes beispielsweise in Formprüfgeräte integriert werden. Über deren Achskinematik wird das Zahnrad gedreht. Vollführt die Fasersonde eine lineare Bewegung entlang der Eingriffslinie, kann sehr einfach das Profil einer Zahnflanke gemessen werden. Ein breites Spektrum kommerzieller Messmaschinen lässt sich mit überschaubarem Aufwand und vergleichsweise geringen Kosten mit dem entwickelten Messsystem ausstatten und aufwerten. Das IGF-Vorhaben 17581 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 Kontakt: Dirk Arnold, Tel 069-6603-1632 Forschungsvorhaben FVA 697 I IGF-Nr. 17581 N Dünnschicht-Polymer-Gleitlager In hydrodynamisch geschmierten Gleitlagern werden vorzugsweise im Turbinenbau vorwiegend Weißmetalllegierungen als Gleitschicht eingesetzt. Nachteilig ist neben den preisintensiven Legierungselementen auch der hohe Energiebedarf der einzelnen Herstellungsschritte der Lager bei der Vorbereitung, Aufbringung und Nachbearbeitung. Forschungsvorhaben In einem Vorlaufvorhaben konnte bereits gezeigt werden, dass der chemisch FVA 314 IV gekoppelte Gleitlack auf PAI Basis als IGF-Nr. 17705 BR Alternative für konventionelle Laufschichten ein großes Potential besitzt. Als unerwartetes Problem stellte sich allerdings die Beherrschbarkeit des Beschichtungsprozesses dar, was bisher eine industrielle Anwendung behinderte. Ziel des hier vorgestellten Vorhabens war eine Optimierung des chemisch gekoppelten Gleitlacks, um diesen mit einer vorhandenen Applikationstechnologie auf ein endkonturnahes Lager ohne weitere Nacharbeit aufzubringen. Weiter sollte das Eigenschaftsniveau weiter gesteigert werden. Die Optimierung erfolgte in den drei Stufen: Optimierung der Schichtdicke, Optimierung der Zusammensetzung und Variation der Harzbasis. Im Rahmen der eigenschafts- und applikationsorientierten Entwicklung und Optimierung der Gleitlacke war es möglich, verschiedene Gleitlackvarianten im industriellen Maßstab herzustellen und mittels konventioneller Spritztechnik auf Substrate bzw. Lagerschalen zu applizieren. Tribologische Modellversuche an optimierten Lacken zeigten, dass eine Mindestschicht dicke von 15 bis 20 μm erforderlich ist, um akzeptable Verschleißeigenschaften zu erreichen. Weiterhin wurde festgestellt, dass eine Vorbehandlung der Substrate durch Phosphatieren wie auch eine spezifische Temperbehandlung bei dünnen Beschichtungen erforderlich ist, um die Schicht-Substrat-Anbindung positiv zu beeinflussen. Bei der funktionalen Bewertung der beschichteten Lagerschalen stellte sich heraus, dass alle geprüften Gleitlackvarianten eine sehr hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Die Notlaufversuche offenbarten das enorme Potential der Gleitlacke, wobei nach kurzer Unterbrechung der Ölversorgung nach einer Laufzeit von drei Stunden kein Verschleiß auftrat (Weißmetall-Referenzlager → partielles Aufschmelzen). Durch die extreme Verschleißfestigkeit der Schichten konnte innerhalb der Versuche der Volumenstrom zur Verlustleistungsreduzierung deutlich herabgesetzt werden, ohne dass es zu signifikantem Verschleiß oder Lagerausfall kam (Reduzierung der Lagerverluste von bis zu 75 %). Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der optimierte Gleitlack im industriellen Spritzverfahren auf ein endkonturnahes Lager aufgebracht werden kann. Das Eigenschaftsniveau übersteigt das von konventionellen Weißmetalllegierungen, vor allem im Misch- und Notlaufbetrieb deutlich und stellt für Anwendungen im Grenzbereich eine technisch sinnvolle Alternative dar. Das IGF-Vorhaben 17705 BR der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsfor-schung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert Kontakt: Dirk Arnold, Tel 069-6603-1632 6 antriebstechnik 8/2015

Abhilfemaßnahmen Wälzlagerwandern Auf Grund der tendenziell steigenden dynamischen Tragzahlen und der damit einhergehenden höheren spezifischen Belastungen ist das Wälzlagerwandern zu einem wichtigen Auslegungsmerkmal avanciert. Wandernde Wälzlagerringe führen zum abrasiven Verschleiß bzw. zur Passungsrostbildung in den Lagersitzen, mit der Folge von Reibdauerbrüchen der Welle oder kinematischen Störungen im Zahnkontakt wegen ausgeschlagener Lagersitze. Um bereits in den frühen Entwicklungsphasen Wälzlagerringwandern ausschließen zu können, wurden in einem Vorgängervorhaben (FVA 479 III, IGF-Nr. 16987 BG) gestalterische Maßnahmen unter Berücksichtigung signifikanter Einflussgrößen vorgestellt. Bei Beachtung dieser Maßnahmen lässt sich die Wanderneigung einer Lagerung deutlich reduzieren. Für diejenigen Fälle, wo dies nicht ausreicht, wurden in diesem Vorhaben zahlreiche konstruktive und tribologi- Forschungsvorhaben FVA 479 IV sche Abhilfemaßnahmen erarbeitet. IGF-Nr. 16985 BR Unter Berücksichtigung der bisher vorliegenden Erkenntnisse aus den Vorgängervorhaben wurden verschiedene, auch formschlüssige Lösungen entwickelt und experimentell sowie mittels komplexer 3D-FE-Analysen hinsichtlich ihrer Effektivität untersucht. Für die praktische Handhabung wurden die wirksamsten Abhilfemaßnahmen in einem Konstruktionskatalog zusammengefasst. Ergänzt wird dieser durch einen Relativkostenvergleich, welcher neben der anwendungsbezogenen auch eine kostenorientierte Auswahl der Abhilfemaßnahmen ermöglicht. Darüber hinaus wurden Berechnungsmodelle entwickelt, die unter Berücksichtigung der Lagerrandbedingungen eine Dimensionierung der jeweiligen Abhilfemaßnahme erlauben. Die Berechnungsmodelle werden aktuell in das Programmsystem Simwag2.1Z88 implementiert, so dass dem Konstrukteur ein einfach zu handhabendes Werkzeug zur Analyse seiner Lagerung, zur Auswahl einer Abhilfe maßnahme und zur beanspruchungsgerechten Gestaltung der Lagerstellen zur Verfügung steht. DEZENTRALER SERVO. VIEL FREIRAUM. www.br-automation.com/ACOPOSmotor Das IGF-Vorhaben 16985 BR 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 Kontakt: Dirk Arnold, Tel 069-6603-1632 Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt Tel.: 069 / 6603-1515 E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de < 1Kabel zur modularen Maschine < Integrierte Sicherheitstechnik KAT 4/ PL e/ SIL 3 < STO, STO1, SBC, SOS, SS1, SS2, SLS, SDI, SLI, SMS, SLP, SMP, Safe Homing, Safe Robotics < Lokale I/Os < 500 W bis 4 kW < CNC, Robotik, Motion Control < reACTION 1 µs Reaktionszeit

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