Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Lars Holland, Dipl.-Ing.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Lars Holland, Dipl.-Ing."—  Präsentation transkript:

1 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Lars Holland, Dipl.-Ing. Reibmomentenprüfstand

2 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 2 Inhalt Motivation und Zielstellung Prüfstands- und Messaufbau Prüfstandsidee – Original Spindelkopf PrüfstandDrehzahl- und Drehmomentsensor Auswertung Vorgehen AuswertungBeispielhafter Messschrieb Ergebnisse Versuche mit einer CFK-Welle Vergleich Baugruppe Stahlwelle und CFK-Welle – Bauteile Exemplarischer Vergleich der Verläufe Stahl/CFK-Welle Kopplung Prüfstand und Prüfstandsumgebung Kontakt PTW Verlustleistung durch Druckluft Grundlagen Wälzlagerung – Lagerkinematik Projektübersicht Verlustleistung durch Reibung Reibmoment in Bezug auf die Lagergeometrie – Druckwinkel Versuchsaufbau Vergleich Verlustleistung Stahl/CFK-Welle Reibmoment in Bezug auf die Lagergeometrie – Kugelgröße Reibmoment in Bezug auf die Vorspannung Reibmoment in Bezug auf die Lagerschmierung HCB Reibmoment in Bezug auf die Lagerschmierung HCRS Reibmoment in Bezug auf die Lagerschmierung – Hintergrund Energie- bzw. Ressourcenverbrauch in Bezug auf die Schmiermittel Ergebniszusammenfassung

3 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 3 Projektübersicht EnergieMSP – Energiebedarfsoptimierte Motorspindel und angepasster elektrischer Antriebsstrang Inhalt Projekt-/Ansprechpartner: Förderkennzeichen: 02PO2272 Reibmomentprüfstand Vergleich Fett/Öl-Luft- geschmierte Wälzlager Reduzierung der Reibung im Lager Steigerung der erreichbaren Drehzahl Leistungsprüfstand Lastabhängige Vorsteuerung der Feldströme Berücksichtigung temperatur- abhängiger Maschinenkonstanten CFK-Spindelwelle (nicht verifiziert) Elektromechanisches Werkzeugspannsyst. Magnetgelagerte Motorspindel Projektlaufzeit: Förderträger: BMBF Projektbearbeiter PTW: AS, SR, TS, Ha, LH Wichtige Projektdaten Projektinhalte Wesentliche Ergebnisse Energieeffiziente Antriebsspeisung Optimierung durch Leichtbau Verlustminimierte Spindelkomponenten Ermittlung und Optimierung des Energiebedarfs einer Motorspindel Untersuchte Motorspindelkomponenten: Antriebsstrang (Einspeisung, Umrichter, Spindel) Wälzlagerung und Drehdurchführung Spindelwelle Werkzeugspannsystem Medienversorgung Magnetlagerung Hr. Greif Hr. Gelbke Hr. Speer Hr. Klimach Dr. Klesen Fr. Laugisch

4 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 4 Motivation und Zielstellung Motivation – Verlustleistung durch Druckluft Inhalt Druckluftverluste setzen sich zusammen aus: Lagerschmierung Sperrluft (  Dichtungen) Ölabsaugung Spindelgehäuse (Venturi-Effekt) Kegelreinigung beim Werkzeugwechsel  1 Nm 3 = 0,01 € (neue Anlage; bestehende Anlagen sogar 2-3 Cent/Nm³); Quelle: VDMA Prognose des Energieverbrauchs von Lackieranlagen, Entwurf (2009) Druckluftverbrauch bei Öl-Luft-Schmierung Einsparpotential: 7,98 Nm³/h x 6000 h x 0,01 €/Nm³ = 478 € 478 € / 0,10 €/kWh = 4780 kWh 4780 kWh / 6000 h = 796 W Einsparpotential: 7,98 Nm³/h x 6000 h x 0,01 €/Nm³ = 478 € 478 € / 0,10 €/kWh = 4780 kWh 4780 kWh / 6000 h = 796 W

5 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 5 Motivation und Zielstellung Inhalt Motivation – Verlustleistung durch Reibung Quelle: FAG Quelle: Dissertation S. Stein Einflussfaktoren: Drehzahl, Vorspannung, Temperatur, Schmierung, äußere Belastung Roll- und Bohrreibung in der Kontaktzone Gleitreibung zw. Lagerringen & Käfig Gleitreibung zw. Kugel & Käfig Irrevers. Verformungs- arbeit an den Kugeln

6 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 6 Zentrifugalkraft Kontaktkraft außen Kontaktkraft innen Innenring Außenring Motivation und Zielstellung Grundlagen Wälzlagerung – Lagerkinematik Inhalt Einflussfaktoren in Schrägkugellagern Lagerspiel Vorspannung (axial) Drehzahl Temperatur Schmierung externe Kräfte/Lasten Vorspannung α * – Kontaktwínkel unter Vorspannung α 0 – Nominaler Kontakt Winkel Die Vorspannung erhöht den Kontaktwinkel Zentrifugalkraft Zentrifugalkräfte erhöhen den Kontaktwinkel α i und verringern den Kontaktwinkel α o. α * – Kontaktwínkel unter Vorspannung und Temperatur Temperaturdifferenz führt zu einem verringerten Kontaktwinkel

7 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 7 Prüfstands- und Messaufbau Prüfstand Inhalt original „Spindelkopf“ Loslager Festlager Gehäuse Wellen- dummy Original Kesslerspindel

8 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 8 Prüfstands- und Messaufbau Prüfstand Inhalt Luftlager Drehmoment- Sensor Schmierung Kühlung Kupplung Spindelkopf Drehzahl -Sensor Antriebsspindel der Fa. Precise SC 82-O Leistungsdaten: max. Drehzahl: rpm Leistung 2,6 kW Motornennstrom: 8 A Antriebsspindel der Fa. Precise SC 82-O Leistungsdaten: max. Drehzahl: rpm Leistung 2,6 kW Motornennstrom: 8 A

9 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 9 Auswertung Vorgehen Auswertung Audioaufnahmen und Messdaten Auswertung Drehzahl-Zeit-DiagrammMessdaten Inhalt

10 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 10 Auswertung Inhalt Beharrungszustand Drehmoment [Ncm] Drehzahl [1000/min] s1 [µm] s2 [µm] T1 [°C] T2 [°C] T3 [°C] Beispielhafter Messschrieb S1 - + S2 - + T1 T2 T3 Wälzlagertyp: HCRS 19/20 (Schrägkugellager) Drehzahl n = U/min Vorspannung 1000 N

11 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 11 Ergebnisse Inhalt Reibmoment in Bezug auf die Lagergeometrie – Druckwinkel Drehzahlkennwert n * dm = 1,7 Mio. mm/ min

12 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 12 Ergebnisse Inhalt Schmierung: Öl/Luft Vorspannung: 1,5 x hoch HC…25° (kleine Kugeln) HCB…25° (große Kugeln) HCRS…20° (große Kugeln) Quelle: EnergieMSP Schmierung: Fett, SPEED 2,6 Vorspannung: 1 x hoch Reibmoment in Bezug auf die Lagergeometrie – Kugelgröße

13 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 13 Ergebnisse Inhalt Lagertyp: HCB…25° Schmierung: Fett, SPEED 2,6 Lagertyp: HCRS…20° Schmierung: Fett, SPEED 2,6 Reibmoment in Bezug auf die Vorspannung

14 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 14 Ergebnisse Inhalt Reibmoment in Bezug auf die Lagerschmierung HCB Lagertyp: HCB…25° Vorspannung: 1 x hoch Fett, SPEED 2,6 Öl/Luft

15 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 15 Ergebnisse Inhalt Reibmoment in Bezug auf die Lagerschmierung HCRS Bauart: HCB…25° Vorspannung: 1 fach Hoch Meßwerte Lagertyp: HCRS…20° Vorspannng: 1 x hoch Fett, SPEED 2,6 Öl/Luft Stand der Technik für Fettschmierung

16 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 16 Ergebnisse Inhalt Reibmoment in Bezug auf die Lagerschmierung – Hintergrund Temperatur [°C] Ölvolumen [mm 3 /h] Bereich der erhöhten Betriebssicherheit Reibung fluid/hydrodynamic lubrication Grenzreibung Misch- Ölvolumen [mm 3 /h] Temperatur AR [°C]

17 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 17 Ergebnisse Inhalt Energie- bzw. Ressourcenverbrauch in Bezug auf die Schmiermittel Verbrauch pro Lager in 5500 Stunden Standard- liter cm³dm³cm³ Lagertyp: HCRS…20°, Vorspannung: 1 x hoch Drehzahlkennwert n*dm = 1,7 *10 6 mm*min -1 (entspricht n = min -1 ) Fettschmierung: Fettvolumen 4,35 cm 3 (Katalogwert) Berechnete Fettgebrauchsdauer F 10 = 5500 h Öl-Luft-Schmierung: Ölvolumen: 0,18 cm 3 / h pro Lager Luftvolumen: 1800 Nl/ h pro Lager

18 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 18 Ergebnisse Ergebniszusammenfassung Inhalt Quelle: FAG Fett Öl/ Luft Bauart: HCRS…20° fettgeschmierte Lager mit Drehzahlkennwerten > 2,2 * 10 6 mm/min entwickelt (FAG) keine Erhöhung der Lager- reibung durch fettgeschmierte Wälzlager Reduktion des Druckluftverbrauchs Drehzahlkennwert n*dm Einsparpotential: 7,98 Nm³/h x 6000 h x 0,01 €/Nm³ = 478 €

19 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 19 Versuche mit einer CFK-Welle Vergleich Baugruppe Stahlwelle und CFK-Welle – Bauteile Inhalt Spacer-Ring (groß) CFK Wälzlager Wellenmutter Stahl Wellenmutter CFK Spacer-Ring (groß) Stahl Stahlwelle CFK-Welle Spacer-Ringe Stahl Spacer-Ring CFK 11 kg Stahl-Referenz-WelleCFK-Welle

20 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 20 Inhalt S1 S2 S3 S1 S3 Versuchsaufbau S2 Reibmomentprüfstand mit modifizierter Sensorik (wegen CFK) S1 – Laser-Abstandssensor (Keyence)  axiale Verschiebung S2 – keine Veränderung (Wirbelstromsensor)  axiale Verschiebung S3 – Laser-Abstandssensor (Keyence)  radiale Wellenaufweitung Versuche mit einer CFK-Welle

21 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 21 Inhalt Vergleich Verlustleistung Stahl/CFK-Welle CFK-Welle Stahl-Welle Erhöhte Reibung bei Einsatz der CFK-Welle Versuche mit einer CFK-Welle

22 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | | 22 Inhalt Exemplarischer Vergleich der Verläufe Stahl/CFK-Welle CFK-Welle Stahl-Welle Temperatur am Loslager bei CFK-Welle um ~25° höher als bei Stahl-Welle. Vermutlich wegen der schlechteren Wärmeleitung von CFK gegenüber Stahl Versuchsparameter: HCRS-Lager Drehzahl U/min, Vorspannung 650 N T 2 ≈ 60°C T 2 ≈ 35°C Versuche mit einer CFK-Welle

23 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Bei Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele Prof. Dr.-Ing. Joachim Metternich Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Technische Universität Darmstadt Otto-Berndt-Straße Darmstadt Tel.: | Fax: | Internet:www.ptw.tu-darmstadt.de Lars Holland, Dipl.-Ing | Inhalt


Herunterladen ppt "Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Lars Holland, Dipl.-Ing."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen