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Marc Levy

Description

Rechnerbasierte Simulationen von technischen Systemen sind aus dem modernen Ingenieurwesen nicht mehr wegzudenken. Insbesondere bei der Betrachtung kritischer BetriebszustÃ¤nde sind sie ein elementarer Bestandteil der RisikoabschÃ¤tzung. Nahezu allen Simulationsmethoden ist gemein, dass sie auf ein MindestmaÃ von Eingangsparametern angewiesen sind. In der Simulation strukturdynamischer Systeme sind es oft Steifigkeiten und DÃ¤mpfungen, die mit Unsicherheiten behaftet sind. Die Mechanismen, die zur DÃ¤mpfung von Schwingungen fÃ¼hren, kÃ¶nnen zum Teil nur durch hochkomplexe Modelle beschrieben werden, sodass Aufwand und Nutzen nicht im VerhÃ¤ltnis zueinander stehen. Daher werden vereinfachte Modelle benÃ¶tigt, welche nur die relevanten Betriebsbereiche abdecken. In mechanischen Systemen sind es oft Koppelelemente, die hauptsÃ¤chlich fÃ¼r das DÃ¤mpfungsverhalten eines Systems verantwortlich sind. Zu diesen Koppelelementen gehÃ¶ren WÃ¤lzlager. Da diese nach wie vor in der strukturdynamischen Simulation von Hauptspindelsystemen eine der grÃ¶Ãten Unsicherheitsfaktoren darstellen, widmet sich die vorliegende Arbeit der Erforschung der DÃ¤mpfung von Spindellagern. Im ersten von insgesamt drei Teilen wird basierend auf der elastohydrodynamischen Kontakttheorie ein DÃ¤mpfungsmodell fÃ¼r den einzelnen WÃ¤lzkontakt abgeleitet. Hierbei wird insbesondere der Betriebsbereich moderner Spindellager bis hin zu hohen Drehzahlen betrachtet. Es erfolgen ein systematischer Aufbau des theoretischen Versuchsraums und die LÃ¶sung der Reynoldsgleichungen fÃ¼r den zweidimensionalen Fall inklusive der Kopplung mit dem diskretisierten elastischen Halbraum. Aus den Simulationsergebnissen wird ein theoretisches Modell der SpindellagerdÃ¤mpfung abgeleitet. Der Schwerpunkt des zweiten Teils liegt auf der experimentellen Untersuchung des DÃ¤mpfungsverhaltens. Hierzu wird als erstes der Einfluss der Passfuge zwischen WÃ¤lzlagerauÃenring und GehÃ¤use auf das DÃ¤mpfungsverhalten untersucht. Darauf folgt die Untersuchung verschiedener Spindellagertypen unter Drehzahl. Den Abschluss des Teils bildet der qualitative Vergleich der Versuchsergebnisse mit einem Simulationsmodell, dessen DÃ¤mpfungsparametrierung auf Basis der Ergebnisse aus dem ersten Teil erfolgt. Im dritten Teil der Arbeit werden die Ergebnisse der vorhergehenden Teile angewandt, um das Verhalten eines industriellen Hauptspindelsystems zu prognostizieren. Es folgt eine kritische Bewertung der Ergebnisse sowie eine Ableitung weiterer Forschungsbedarfe auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse.

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