SIMULATION EINES UMLAUFEND BELASTETEN PTFE-GLEITLAGERS BEI MISCHREIBUNG

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1 SIMULATION EINES UMLAUFEND BELASTETEN PTFE-GLEITLAGERS BEI MISCHREIBUNG Sebastian Wolking, Forschung & Entwicklung Saint-Gobain Performance Plastics Pampus GmbH, Willich AVL German Simulation Conference Oktober 2018, Ulm

2 AGENDA 1) Vorstellung von Saint-Gobain 2) Anwendungen von NORGLIDE -Material 3) Unsere vier Kernkompetenzen 4) E-Kompressor Anwendung 5) Prüfstandsuntersuchung 6) Simulationsergebnisse

3 SAINT-GOBAIN EINE INTERNATIONAL WACHSENDE GRUPPE VON UNTERNEHMEN Eines der Top 100 Industrieunternehmen der Welt mit rund 950 Produktionsstätten Mehr als Verkaufsstellen 2017 Umsatz 40,8 Mrd. Mehr als Mitarbeiter und 100+ Nationalitäten Vor über 350 Jahren gegründet Vertreten in 67 Ländern 3 /

4 DIE HAUPTSPARTEN VON SAINT-GOBAIN 25% * Innovative Materials 28% * Construction Products 47% * *des Nettoumsatzes Building Distribution FLACHGLAS #1 in Europa #2 weltweit HIGH-PERFORMANCE MATERIALS SAINT-GOBAIN PERFORMANCE PLASTICSPAMPUSGMBH #2 weltweit Vor fast 100 Jahren gegründet Seit 1990 Tochter von SAINT- GOBAIN Seit 70 Jahren Erfahrung in PTFE-Verarbeitung 2017 Umsatz 97,37 Mio. Mehr als 370 Mitarbeiter 4 /

5 UNSERE ANWENDUNGSBEREICHE IM AUTO UNSERE VIER KERNKOMPETENZEN Interior Exterior Gewichts-, Platz- und Kosteneinsparungen in Designs Toleranzausgleich und leichterer Einbau in Systeme Powertrain Chassis Minimieren von Vibrationen und Reduzierung störender Geräusche (NVH) Kontrolliertes Drehmoment, höchsten Korrosionsschutz sowie lange Lebensdauer 5 / ACTIVITÉ

6 NORGLIDE GLEITLAGER WERDEN SPEZIELL ANGEPASST Beispiele für Materialaufbau PTFE Compound Metallgewebe PTFE Compound Metallrücken PTFE Compound Metallgewebe Metallrücken PTFE Compound Bronze Metallrücken PTFE Compound Streckmetall Metallrücken Metallverstärkte, selbstschmierende Gleitlager Hochleistungs-PTFE-Gleitlager für verschiedene Anwendungen Einstellen der Eigenschaften über Compound und Materialaufbau Auslegen der Lagergeometrie entsprechend der Belastungen Zulieferer für Hochvolumen-Märkte wie der Automobilindustrie PTFE Compound Streckmetall Metallrücken 6 /

7 MATERIALEIGENSCHAFTEN WERDEN INTERN ANALYSIERT MATERIALEIGENSCHAFTEN TRIBOLOGISCHE EIGENSCHAFTEN Modellprüfung Gleitlager System Analysegeräte Prüfmaschinen Ermittlung von: Physikalischen Eigenschaften Verformungsverhalten für Compound und Laminat Tribometer Gleitlagerprüfstände Reibungs- und Verschleißverhalten Geräuschentwicklung Flexibles Testbett 7 /

8 E-KOMPRESSOR ANWENDUNG Electric Scroll Compressor Bedingungen Scroll Compressor E-Motor Fixed Scroll Moving Scroll Scroll Bearing (Norglide) Upper Rotor Bearing (Roller Bearing) Lower Rotor Bearing (Norglide) Hohe & wechselnde Geschwindigkeiten ( rpm) Hohe rotierende Lasten (bis zu 20 N/mm²) Hohe Betriebstemperaturen (bis zu 120 C C) Schmierstoff und Kältemittel unter Druck 8 /

9 SIMULATIONSMODELLE ZUR LAGEROPTIMIERUNG NUTZEN Simulationsmodelle Electric Scroll Compressor Einzelmodell des Lagers Scroll Compressor E-Motor Fixed Scroll Moving Scroll Scroll Bearing (Norglide) Upper Rotor Bearing (Roller Bearing) Lower Rotor Bearing (Norglide) Model Set-up Systemmodell 9 /

10 BEURTEILUNG DER BETRIEBSBEDINGUNGEN AM EINZELMODELL 3 D Ergebnisse für zylindrisches Lager Axis of rotation Fluid film Kurze Rechenzeit Schnelle Parameteränderung Analyse der Einflüsse Fill Ratio Oil film thickness Total Pressure Axial Volume Flow 10 /

11 SYSTEMMODELL MIT DREI GLEITLAGERN 3 D Ergebnisse für zylindrisches Lager Axis of rotation Fluid film Betriebslasten Systemdynamik Relativbewegungen 11 /

12 Simulation Plan Parameter DOE Design Parameter B Parameter B Parameter B OPTIMIERUNG DER LAGERGEOMETRIE AM EINZELMODELL DURCHMESSER, LAGERBREITE, LAGERSPIEL Designvorschlag Min. Abmessung Center Point Cube Points Star Points Simulation von 15 Betriebspunkten Parameter A Parameter A Parameter A Auswertung der verschiedenen Designs Diameter D i = mm Length L = mm Clearance C = µm Optimierung Max. Tragfähigkeit Max. Lagerspiel Clearance [µm] DOE Plan for Geometry Analysis Diameter [mm] 10 Type Center Cube Star 8 Length [mm] 6 Effekt auf: Spalthöhe (Verschleiß) Maximaler Druck (Belastbarkeit) Temperatur (Thermische Sicherheit) 12 / ACTIVITÉ

13 PRÜFUNG DES LAGERDESIGNS AUF DEM PRÜFSTAND Standardgleitlagerprüfstände Anwendung Modifizierter Prüfstand? Umlaufende Last Umlaufendes Lager Unsere bestehenden Prüfstände bilden konstante Last für das Lager ab. In der Anwendung läuft die Last um. Das Lager wird auf dem gesamten Umfang belastet. Um eine vergleichbare Belastungssituation für das Lager zu erzeugen wird das Lager gedreht. 13 /

14 DYNAMISCHER LAGERPRÜFSTAND 14 /

15 MODIFIZIERUNG DES PRÜFAUFBAUS F Lasteinleitung Heizschlauch Pin mit Bohrung n Rotierende Welle mit Lageraufnahme Wellenhülse Gleitlager Abgedichtete Wanne mit Ölrücklauf 15 /

16 PRÜFSTAND NACH UMBAU 16 /

17 PRÜFSTAND NACH UMBAU 17 /

18 18 / LAGER NACH VERSUCH

19 VERGLEICH MIT LAGERSIMULATION Gemessenes Reibmoment des Systems 19 /

20 SIMULATIONSMODELL DES PRÜFSTANDS 20 /

21 DRUCKVERTEILUNG ZEIGT BIEGUNG DES PINS UNTER LAST 21 /

22 AXIALER ÖLVOLUMENSTROM DURCH DAS LAGER 22 /

23 VERGLEICH MIT LAGERSIMULATION Gemessenes Reibmoment des Systems EHD2 - Joint 23 /

24 WEITERE PRÜFSTANDSOPTIMIERUNGEN NOTWENDIG Separate Messung des Gleitlagerreibmoments notwendig Höhere Drehzahlen des Prüfstands Lagertemperaturmessung nahe der Lastzone Ölvolumenstrommessung zur Identifizierung des minimal notwendigen Ölvolumenstroms Weiterer Abgleich des Reibmodells notwendig 24 / ACTIVITÉ

25 Tribometer ERWEITERNDE MESSUNGEN AM TRIBOMETER STRIBECK KURVE ölgeschmiert trocken 25 /

26 TYPISCHES REIBVERHALTEN VON PTFE 26 /

27 NORGLIDE GLEITLAGER LÖSEN UNTERSCHIEDLICHE ANFORDERUNGEN BEI VERSCHIEDENEN ANWENDUNGEN Lösung der Lagerungsaufgabe durch individuelle Anpassungen Anwendung in Electric Scroll Kompressor stellt hohe Belastung für Lager dar Auslegung und Optimierung der Lagerung durch Simulation und DoE Erfolgreiches Testen der Lager auf modifiziertem Prüfstand Parallele Simulation des Prüfaufbaus hilft bei Lager- sowie Prüfstandsoptimierung Bessere Anpassung des Reibwertmodells mithilfe von Tribometermessungen möglich 27 / ACTIVITÉ

28 Kontakt: Sebastian Wolking Saint-Gobain Performance Plastics Pampus GmbH Am Nordkanal 37, Willich Tel: Mail: Vielen Dank