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The electrical modelling of machine elements

Verfasst von

Volker Schneider

Abstract

Die Vorhersagbarkeit der elektrischen Eigenschaften von Maschinenelementen ist für die Zuverlässigkeit moderner elektrifizierter Antriebsstränge entscheidend. Trotz bestehendem Wissen gibt es noch erhebliche Lücken in der elektrischen Modellierung, um die komplexen Zusammenhänge zwischen mechanischen und elektrischen Belastungen zu verstehen. Diese Arbeit zielt darauf ab, einfache analytische Methoden zur Bestimmung der elektrischen Eigenschaften von Maschinenelementen zu entwickeln. Zusätzlich ist der Einfluss des Stromdurchgangs auf die Gebrauchsdauer der Wälz\-lager unbekannt und wird anhand verschiedener experimenteller Untersuchungen im Rahmen der Arbeit umfassend untersucht. Hybridlager, modifiziert mit unterschiedlicher Anzahl an Stahlwälzkörpern, geben Aufschluss über Vorschädigungen und Stromdurchgangseffekte. Versuche mit einzelnen Stahlwälzkörpern verdeutlichen den Einfluss von Lastzonen und Schmierfilmdicke auf den Stromdurchgang. Die mikroskopische Analyse beschädigter Laufbahnen zeigen Mechanismen wie verdampfte Krater, die die Oberflächenrauhigkeit verändern. Lebensdauertests, die unterschiedliche Versagensmechanismen im Vergleich zur klassischen Wälzermüdung aufzeigen, liefern wichtige Erkenntnisse über die Folgen elektrischer Beanspruchung. Weibull-Analysen zeigen unterschiedliche experimentelle Lebensdauern und unterstreichen den Einfluss elektrischer Vorbeanspruchung auf die Zuverlässigkeit von Lagern. Parallel dazu werden Modelle zur Bestimmung der elektrischen Eigenschaften von Wälzlagern und Zahnrädern entwickelt. Ein von der Schmierfilmhöhe abhängiger Korrekturfaktor, der durch umfangreiche Experimente validiert wurde, erhöht die Genauigkeit der Berechnung der elektrischen Kapazität. Dieser bisher als konstant angenommene Faktor ist entscheidend für die Auslegung eines elektrischen Antriebsstrangs. Modelle, die im Rahmen der Arbeit ursprünglich für Punktkontakte entwickelt wurden, werden erfolgreich auf Linienkontakte erweitert. Diese sind auf Laufbahn-Rollen-Kontakte in Zylinder- und Kegelrollenlagern anwendbar, wobei auch eine erste Anpassung an transiente Bedingungen in Zahnradkontakten erfolgt. Diese Fortschritte ermöglichen genauere Abschätzungen der Lagerkapazität und tragen dazu bei, kritische Bedingungen und elektrische Belastungen in elektrischen Antriebssträngen besser vorherzusagen. Die Modelle verbessern auch die Impedanzberechnung und ermöglichen somit präzisere Vorhersagen des resistiven Anteils des EHD Kontakts hervorgerufen durch den Schmierstoff.

Details

betreut von
Gerhard Poll
Organisationseinheit(en)
Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie
Typ
Dissertation
Anzahl der Seiten
174
Publikationsdatum
20.01.2025
Publikationsstatus
Veröffentlicht
Elektronische Version(en)
https://doi.org/10.15488/18308 (Zugang: Offen )