Hochleistungs-Gleitlagerprüfstand

Die Leistungsdichte schnell laufender Maschinen wie Turbinen, Kompressoren, Getriebe oder Elektromotoren steigt permanent und führt zu höheren Anforderungen an Konstruktion und Werkstoffe der Lager. Um Hochleistungsgleitlager konstruieren zu können, ist es entscheidend, die maßgebenden Lagerkennwerte wie Maximaltemperatur, Maximaldruck, minimale Schmierspalthöhe, Verlustleistung, Öldurchsatz sowie Steifigkeit und Dämpfung zuverlässig vorauszuberechnen. Um Entwicklungswerkzeuge validieren zu können, sind Untersuchungen an einem Prüfstand unerlässlich. In einem großen Gemeinschaftsprojekt haben die Forschungsvereinigungen Antriebstechnik (FVA) und Verbrennungskraftmaschinen (FVV) sowie 19 Industrieunternehmen die Planung und den Bau eines solchen Hochleistungsgleitlager-Prüfstands auf den Weg gebracht. Der Prüfstand ermöglicht Untersuchungen der tribologischen und strömungsmechanischen sowie der rotordynamischen Eigenschaften hoch belasteter Gleitlager unter sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 200 m/s und zählt zu den modernsten der Welt.

Motivation

Gleitlager sind für schnell laufende Maschinen wie Turbinen, Kompressoren, Getriebe oder Elektromotoren unverzichtbar. Um Hochleistungsgleitlager konstruieren zu können, ist es entscheidend, die maßgebenden Lagerkennwerte wie Maximaltemperatur, Maximaldruck, minimale Schmierspalthöhe, Verlustleistung, Öldurchsatz sowie Steifigkeit und Dämpfung zuverlässig vorauszuberechnen. Deshalb müssen die zum Einsatz kommenden Berechnungs- und Simulationsverfahren kontinuierlich verbessert werden. Um Entwicklungswerkzeuge verifizieren zu können, sind Untersuchungen an einem Prüfstand zumeist unerlässlich.

Methodik

Die für die Untersuchungen erforderlichen Komponenten des Prüfstands einschließlich der statischen und dynamischen Belastungsvorrichtungen, der Messtechnik, der Steuerung sowie der Technik zur Messwerterfassung und -verarbeitung wurden am Institut ausgelegt und konstruiert. Auch der Aufbau des rund 1,8 Millionen Euro teuren Prüfstands erfolgte – zumindest im sensiblen rotornahen Bereich – am Institut selbst. Der Aufbau des Prüfstands erfolgte in drei Ausbaustufen: Stufe 1 für Radiallager unter mehrachsiger Belastung bzw. für Untersuchungen bis zu höchster Umfangsgeschwindigkeit, Stufe S2 zur Untersuchung von einfach und doppelt wirkenden Axiallagern sowie Stufe S3 für kombinierte Radial-Axiallager bzw. hydrostatische Anfahrhilfen.

Ergebnis

Der Prüfstand ermöglicht Untersuchungen der tribologischen und strömungsmechanischen sowie der rotordynamischen Eigenschaften hoch belasteter Gleitlager unter sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 200 m/s und zählt zu den modernsten der Welt. Ein besonderes Highlight ist die 120.000 Euro teure Messtechnik, die trotz der extremen Geschwindigkeiten in der Lage ist, mit der sich drehenden Welle mitzulaufen und über induktive Sensoren den Abstand des Rotors zum Lager zu detektieren. Mit diesen Eigenschaften zählt der Hochleistungsgleitlager-Prüfstand zu den leistungsfähigsten weltweit. Er trägt dazu bei, dass die deutschen Hersteller und Dienstleister aus dem Turbo-, Getriebe- und Elektromaschinenbau ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit erhalten können.

Dokumentation

Hochleistungs-Gleitlagerprüfstand | Aufbau eines Hochleistungs-Gleitlagerprüfstandes zur Ermittlung von tribologischen Kenngrößen bei hohen Lasten und höchsten Umfangsgeschwindigkeiten | Vorhaben-Nr. 924

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