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antriebstechnik 8/2016

antriebstechnik 8/2016

FVA AKTUELL Optimierung

FVA AKTUELL Optimierung und Reibungsreduzierung von Drehdurchführungen Drehdurchführungen werden unter anderem in automatisierten Schaltgetrieben Forschungsvorhaben FVA 678 I eingesetzt und dienen beispielsweise zur IGF-Nr. 17417 N Druckölübertragung an rotierende Aktoren. Bei Drehzahlen von bis zu 7 500 U/ min und Drücken mit 2,5 MPa sind die eingesetzten Dichtungssysteme hohen Belastungen ausgesetzt. Die thermische Beanspruchung sowie Materialverschleiß und -ermüdung an den eingesetzten Rechteckdichtringen (REDR) aus Polyetheretherketon machen sich im Betrieb durch Reibungsverluste bemerkbar. Mit dem Ziel der Reibungsreduktion wurde im Vorhaben FVA 678 I vorrangig der Optimierungsansatz verfolgt, durch Modifikation der Kontaktflächen eine reduzierte Reibung im Dichtkontakt zu erzeugen. Hydrodynamische und -statische Effekte wurden genutzt, um einen verbesserten Schmierfilmaufbau und damit verbunden eine Reduktion an Festkörperreibung zu erreichen. Das Ziel wurde mittels einer Kombination aus Bauteil- und Modellversuchen sowie Berechnungen erreicht. In Bauteilversuchen wurden geschliffene Gegenlaufflächen (GLF) im direkten Vergleich zu hart gedrehten GLF untersucht. Es wurden jeweils die Fertigungsparameter anpasst um unterschiedliche Oberflächenrauheiten zu erzielen. Die Ergebnisse zeigen anhand des gemessenen Reibmomentes, dass gedrehte und geschliffene GLF gleichermaßen zum Einsatz geeignet sind, wobei geschliffene GLF ein stabileres Betriebsverhalten aufweisen. Weitere Untersuchungen mit makroskopisch strukturierten REDR (T-Struktur) ergaben, dass sich durch hydro dynamischen Druckaufbau eine deutliche Reibungs reduktion erzielen lässt. Begleitend zu den Bauteilversuchen wurden Berechnungsansätze angewendet. Zum einen wurden in einem vereinfachten Berechnungsansatz mittels ReynoldsSolver makroskopische Strukturelemente (Bild) hinsichtlich der Eignung zum hydrodynamischen Druckaufbau untersucht und bewertet. Zum anderen wurde dieser Ansatz um die FE-Analyse nach Lebeck erweitert, so dass die thermisch-mechanische Deformation des Dichtkontaktes iterativ simuliert werden konnte. Auch hier zeigte sich eine deutliche Optimierung in Form einer Reduktion der Kontakttemperatur. Ergänzt wurde das Vorhaben durch die Entwicklung eines optischen Tribometers zur Messung von Schmierfilmdicken im Dichtkontakt mittels der Methode der Fluoreszenz. Ebenso konnten an diesem Tribometer mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen Strömungseffekte im Dichtkontakt analysiert und das Auftreten von Kavitation nachgewiesen werden. Das IGF-Vorhaben 17417 N und 17373 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. Autor: Marius Schüller, Leibniz Universität Hannover, Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie Kontakt: Peter Exner (FVA), Tel.: 069/6603-1610 Radialkippsegmentlager- Ölzuführungseinfluss Die betriebssichere Auslegung schnell laufender und hoch belasteter gleit ­ ge lagerter Turbomaschinen erfordert die sichere Vorausberechnung der Betriebseigenschaften und -kennwerte. Das Betriebsverhalten vieler gängiger Radialkippsegmentlagerbauformen kann heute nur näherungsweise vorausberechnet werden. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden vier in der Praxis häufig eingesetzte Radialkippsegmentlager experimentell und theoretisch untersucht. Dabei wurden umfangreiche Analysen der Sekundärströmung außerhalb des Schmierspalts im Lager mit Hilfe einer kommerziellen CFD-Software durchgeführt. Die Ergebnisse führten in Übereinstimmung mit den Forschungsvorhaben experimentellen Daten auf notwendige Modellerweiterungen in der Gleitlagerberechnung. Der signifikante Einfluss des Wärmeüber-gangs an den FVA 677 I IGF-Nr. 17373 N Segmentstirnseiten auf die Gesamttemperaturverteilung stellt dabei ein wesentliches Ergebnis dar. Basierend auf dem Modell des Radialgleitlagerberechnungsprogramms COMBROS R wurden grundlegende und als notwendig identifizierte Erweiterungen durchgeführt und anhand der umfangreichen experimentellen Ergebnisse validiert. Hierdurch stehen neue Ölzuführungs modelle für die untersuchten Radialkippsegmentlager zur Verfügung. Mit den Ergebnissen des Forschungsvorhabens lassen sich die Betriebseigenschaften der untersuchten Kippsegmentlagerbauformen wesentlich präziser vorausberechnen. Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt Tel.: 069 / 6603-1515 E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de Autor: Dr.-Ing. Thomas Hagemann, TU Clausthal Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen Kontakt: Dirk Arnold (FVA) Tel.: 069/6603-1632 6 antriebstechnik 8/2016

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