Strukturoptimierung von Gelenklagergehäusen unter Berücksichtigung des Lagerlaufverhaltens

Lager werden als Genauigkeitsteil hergestellt und übernehmen während des
Betriebs die Aufgabe einer exakten Führung von relativ bewegten Teilen.
Lagerausfälle führen nicht selten zu kostenintensiven Betriebsstillegungen und
Reparaturmaßnahmen. Die Sicherheit der Funktion einer Konstruktion sowie
deren Genauigkeit werden aber nicht nur durch das eingesetzte Lager bestimmt.
Das Zusammenwirken der Umgebung der Lagerstelle (Gehäuse) mit dem Lager
hat einen großen Einfluss auf die Betriebssicherheit.
Deshalb sollten bereits in einer frühen Phase des Konstruktionsprozesses
lagerspezifische Eigenschaften berücksichtigt werden. Die vorliegende Arbeit
beschreibt Methoden der Integration von tribologischen Merkmalen in einen
Strukturoptimierungsprozess von Lagergehäusen. Schmierfilmdämpfungen wie
auch – federsteifigkeiten werden in Abhängigkeit der Schmierfilmhöhe ermittelt.
Bei wartungsfreien Lagern mit einer PTFE – Gleitschicht werden experimentelle
Vorgehensweisen zur Ermittlung dieser dynamischen Parameter beschrieben.
Diese Problemstellung führt zu einer Mehrziel – (oder auch Multikriterien)
Optimierung, deren gebräuchlichste Ziele die Gewichtsreduzierung des
Gehäuses sowie die Maximierung der Lagerlebensdauer sind. Daneben ist die
Vermeidung von Resonanzfrequenzen eine notwendige Restriktion.
Kennzeichnend für ein Multikriterien-Optimierungsproblem mit mehreren Zielen
ist das mögliche Auftreten eines Zielkonflikts. Grenzen wie auch Möglichkeiten
geeigneter Strategien werden in diesem Zusammenhang erörtert.
Allgemein sollte durch gezielte Veränderungen des Gehäuseentwurfsraumes (in
der Regel ein FE – Modell) nach einer vorher festgelegten Strategie das Ziel mit
möglichst wenig Iterartionsschritten mit einer akzeptablen Genauigkeit erreicht
werden. Im Vordergrund steht dabei die Anpassung des Gehäuses an ein bereits
ausgewähltes Lager.
Mit Hilfe eines MKS–Modells werden parallel zum FE – Modell des Gehäuses
Berechnungen der Eigenfrequenzen durchgeführt. Diese werden in Abhängigkeit
des jeweiligen Iterationsschrittes betrachtet und beurteilt. Die Ergebnisse geben
einen allgemeinen Überblick über den Einfluss der tibologischen Parameter auf
die Dynamik des Gesamtsystems.