Wirkmechanismen bei spannungsbeaufschlagten Wälzlagern

Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit wird der Zusammenhang zwischen Schmierfilmdicke und den entstehenden elektrischen Wirkmechanismen simulativ und auch messtechnisch erläutert. Dabei werden die theoretischen Grundlagen des elektrischen Verhaltens eines spannungsbeaufschlagten Wälzlagers aufgeführt. Dies erfolgt in zwei Stufen. In der einfachsten Variante werden anhand eines einzigen Lagersegments die möglichen Schmierungszustände mit einer elektrischen Schaltung beschrieben. Basierend auf einer im Versuchsprogramm parallel gefahren Untersuchung werden Betriebspunkte ausgewählt die simulativ nachgebildet werden. Anhand dieser Simulation wird das grundlegende elektrische Verhalten des Kontaktes erklärt. Dieses Modell wird erweitert mit einem vollständigen axial belasteten Axial-Schrägkugellager. Mit diesem Modell werden die, die Lagerung betreffenden elektrischen Effekte, die in einem mit realen Umrichter betriebenem Motor während einer Betriebspunktänderung erscheinen, nachgebildet. Mit Hilfe der detaillierten Subsystem-Simulation werden die möglichen Schmierungszustände näher untersucht. Erst dadurch können die in der Literatur dokumentierten Lagerströme den bestimmten Schmierungszuständen zugeordnet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Kurzzeitversuche gefahren um die aufgestellte schmierfilmdicken abhängige Lagertromhypothese auch messtechnisch belegen zu können und Dauerversuche um die zeitliche Änderungen der elektrischen Zustände realitätsnah zu beobachten. Hier wird eine große Anzahl von mechanischen (Lagergröße, Schmierstoff, Belastung, Temperatur, Drehzahl) und elektrischen Parametern (Spannungsniveau und Frequenz) variiert. Die gemessenen Lagerspannungs- und Stromsignale werden mit einem eigenentwickelten Softwaretool separat ausgewertet. Anhand der Simulationen und Versuchen lassen sich fünf elektrisch-tribologisch gekoppelte Betriebszustände ableiten. Den einzelnen Betriebszuständen lassen sich verschiedene Schmierfilmdicken zuordnen.