Numerische Optimierung von sekundären, geschmierten Punkt- und Ellipsenkontakten zur gezielten Auslegung von Rollenlagern

Abstract

Ein zentrales Thema in der Forschung an Rollenlagern ist die Optimierung von Tragfähigkeit, Ermüdung, Steifigkeit, Lastverteilung und Dynamik. Der sekundäre Kontakt zwischen Wälzkörpern und Ringbord innerhalb der Rollenlager beeinflusst erheblich diese Eigenschaften und birgt viel Potenzial zur Steigerung der Leistungsfähigkeit. Während des Auslegungsprozesses kommen Mehrkörper- und Dynamiksimulationen sowie analytische und numerische Berechnungsansätze zum Einsatz. Der aktuelle Stand der Technik integrierter Kontaktberechnungen basiert auf der Theorie von HERTZ. Diese approximiert die reale Geometrie nur vereinfacht und es entsteht ein gewisser Fehler, der sich auf die Berechnung von Schmierfilmhöhe, Reibung, Kontaktfläche und -druck auswirkt. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit eine neue Berechnungsmethode für Punkt- bzw. Ellipsenkontakte in Mehrkörper- und Dynamiksimulationen, als auch in elastohydrodynamischen Untersuchungen erarbeitet. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der allgemeinen, mathematisch exakten Beschreibung der makroskopischen Oberflächengeometrien im Kontakt. Die Validierung dieser Methode wurde mit Hilfe der Finiten Elemente Methode durchgeführt und das Potential am Beispiel der Optimierung eines Kegelrollenlagers aufgezeigt. Die erarbeitete Berechnungsmethode kann damit die Entwicklung spezieller, an die Anwendung angepasster Wälzlager verbessern und durch Verschleißreduktion oder effizientere Materialausnutzung zur Nachhaltigkeit im Maschinenbau beitragen.