Kurzfassung
Der Wellenlagerung in Pod-Antrieben wurde in letzter Zeit aufgrund von unerwarteten Ausfällen eine verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet. Aus den bekannt gewordenen Schadensfällen kann geschlossen werden, dass der Verschleiß und das Langzeitverhalten der eingesetzten Wälzlager vergleichsweise ungünstig ist. Vor diesem Hintergrund zeichnet sich im Schiffbau ein gesteigertes Interesse an der Gestaltung, den Einsatzmöglichkeiten und dem Betriebsverhalten von Radialgleitlagern in Pod-Antrieben ab.
Über den Einsatz von hydrostatisch/hydrodynamisch wirkenden Radialgleitlagern bei Schiffswellen liegen keine für die Praxis relevanten Ergebnisse und Erfahrungen vor. Im Mittelpunkt der durchgeführten Entwicklung standen daher die Entwicklung, Auslegung und Berechnung eines Gleitlagers, dass sowohl hydrostatische als auch hydrodynamische Tragfähigkeit in einem Bauteil vereinigt. Hierzu waren die vorhandenen Berechnungsmethoden deutlich zu verbessern. Dazu mussten zunächst die theoretischen Grundlagen für Radialgleitlager unter Einbeziehung des Standes der Technik erweitert werden. Hierbei lag der Schwerpunkt auf der mathematischen und physikalischen Modellierung der Lagereigenschaften. Die bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten mussten durch ein aufwendiges System von Differenzengleichungen beschrieben werden. Im vorliegenden Fall sind dies die erweiterte Reynoldssche Differentialgleichung für die Schmiermittelströmung im Schmierspalt und entsprechend angepasste Gleichungen zur Modellierung des externen hydrostatischen und hydrodynamischen Schmiermittel-Versorgungssystems. Es wurden rechentechnische Lösungen zur Simulation des Verhaltens und zur Auslegung des Hybridlagers entwickelt. Dies war der Hauptteil des Projektes HYDROSdesign.
Auf einem großen Versuchsstand für Lager mit einem Wellendurchmesser von 770 mm wurden zwei Prototypen im Maßstab 1:1 erprobt und die Simulationsmethoden anhand von Vergleichsrechnungen evaluiert. Die Funktionsfähigkeit des Hybridlagers wurde nachgewiesen.
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| Kurzfassung | 2 | |
| Inhaltsverzeichnis | 3 | |
| 1 | Aufgabenstellung des Vorhabens | 7 |
| 2 | Zusammenarbeit mit Dritten | 7 |
| 3 | Ausgangspunkte und Voraussetzungen der Projektpartner | 7 |
| 3.1 | BVI | 7 |
| 3.2 | ABB | 8 |
| 3.3 | IFD | 8 |
| 3.4 | ILK | 8 |
| 3.5 | KT/CAD | 8 |
| 3.6 | Bordag | 8 |
| 4 | Planung und Ablauf des Vorhabens | 8 |
| 4.1 | Arbeitspakete | 8 |
| 4.2 | Zuordnung der Arbeitsschwerpunkte | 8 |
| 4.2.1 | BVI | 9 |
| 4.2.2 | ABB | 9 |
| 4.2.3 | IFD | 9 |
| 4.2.4 | ILK | 9 |
| 4.2.5 | KT/CAD | 9 |
| 4.2.6 | Bordag | 9 |
| 4.3 | Ablauf | 9 |
| 5 | Wissenschaftlich-technischer Stand | 10 |
| 6 | Erzielte Ergebnisse | 12 |
| 6.1 | F+E Definitionsphase | 12 |
| 6.2 | Bauteilauslegung und Vorentwurf | 16 |
| 6.3 | Mathematische Modellierung | 17 |
| 6.3.1 | Erste Berechnung hydrostatischer Radialgleitlager nach DIN-Norm | 17 |
| 6.3.2 | Untersuchungen zur ursprünglichen Lösungsidee | 18 |
| 6.3.3 | Weiterentwicklung des Lagerberechnungsprogramm SIRIUS | 19 |
| 6.3.3.1 | Bewährtes aus dem ursprünglichen Programm | 19 |
| 6.3.3.2 | Einführung eines Universalschmiersystems | 20 |
| 6.3.3.3 | Neustrukturierung des Programms | 21 |
| 6.3.3.4 | Weitere Verbesserungen | 22 |
| 6.3.3.5 | Nutzen für die wissenschaftliche Arbeit | 24 |
| 6.3.3.6 | Ein Werkzeug für Ingenieure | 24 |
| 6.3.4 | Ausführliche Simulation des gesamten Betriebsfeldes des Lagers | 25 |
| 6.3.5 | Lageroptimierung | 32 |
| 6.3.6 | Untersuchungen zu einem Aspekt der Zuverlässigkeit der Variante mit PM-Reglern | 39 |
| 6.3.7 | Das Gleitlager als Schmiermittelpumpe | 42 |
| 6.3.8 | Lagerverformung | 43 |
| 6.4 | Konstruktion und Fertigung der Versuchseinrichtung | 46 |
| 6.5 | Konstruktion und Fertigung der Prototypen | 46 |
| 6.6 | Prototyperprobung und Bewertung | 49 |
| 6.6.1 | Messwerterfassung und -aufbereitung | 49 |
| 6.6.1.1 | Lagerbelastung | 50 |
| 6.6.1.2 | Umrechnung der Messwerte der Spalthöhe | 50 |
| 6.6.1.3 | Festlegung der mittleren dynamischen Viskosität für die Vergleichsrechnung | 53 |
| 6.6.2 | Vorversuch mit Laminardrosseln (Versuch V006-1) | 54 |
| 6.6.3 | Erprobung Prototyp1 mit PM-Regler PM65 im stationären Betrieb (Versuch V010-1) | 58 |
| 6.6.4 | PM-Regler mit quasistationärer horizontal wechselnder Belastung (Versuch V013-3) | 62 |
| 6.6.5 | PM-Regler mit horizontal wechselnder Belastung von 1 Hz (Versuch V013-3) | 64 |
| 6.6.6 | PM-Regler mit horizontal wechselnder Belastung von 4 Hz (Versuch V013-3) | 66 |
| 6.6.7 | PM-Regler mit vertikaler schwellender Belastung von 1 Hz (Versuch V012-1) | 68 |
| 6.6.8 | Quasistatischer hydrodynamischer Betrieb mit variierenden Drehzahlen (Versuch V023-1) | 69 |
| 6.6.9 | Hydrodynamischer Betrieb mit vertikaler schwellender Belastung von 1 Hz (Versuch V024-1) | 70 |
| 6.6.10 | Anfahrhilfe im stationären Betrieb (Versuch V037-1) | 72 |
| 6.6.11 | Zusammenfassung | 74 |
| 6.7 | Gesamtpotentialabschätzung | 75 |
| 6.8 | Projektkoordination | 75 |
| 7 | Verwertung der Forschungsergebnisse | 75 |
| 8 | Während der Durchführung des Projekts bekannt gewordener Fortschritt bei anderen Stellen | 76 |
| 9 | Veröffentlichungen des Ergebnisses | 76 |
| 9.1 | Erfolgte Veröffentlichungen | 76 |
| 9.2 | Geplante Veröffentlichungen | 77 |
| Tabellenverzeichnis | 77 | |
| Abbildungsverzeichnis | 77 | |
| Literaturverzeichnis | 81 |
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