Aus Wissenschaft und Forschung 7 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 1 Einleitung Die Gesamtverluste ölgeschmierter Wälzlager setzen sich aus hydraulischen und Kontaktverlusten zusammen. Die Kontaktverluste resultieren aus mechanischer Reibung infolge der Kontaktkräfte, z. B. zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahn sowie in Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig [1]. Zur Berechnung der Kontaktverluste kann auf unterschiedliche Berechnungsansätze und -verfahren zurückgegriffen werden (siehe z. B. [2]). Zur Bestimmung der lastunabhängigen hydraulischen Verluste, die sich in Schlepp- und Planschverluste zerlegen lassen und auf Schmierstoffscherung bzw. -verdrängung zurückzuführen sind, ist die Auswahl an verfügbaren Berechnungsansätzen dagegen begrenzt [3]. In diesem Fall stehen beispielsweise die Berechnungsverfahren der Wälzlagerhersteller (z. B. [4]) oder das empirische Modell aus [5] zur Verfügung. Um den Einfluss der hydraulischen Verluste auf das Gesamtreibmoment besser vorhersagen zu können, wurden im Rahmen eines DFG-Forschungsprojektes (SA 898/ 12-1 & SCHW 826/ 9-1) am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT) der TU Kaiserslautern sowie am Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen (ITR) der TU Clausthal experimentelle bzw. numerische Untersuchungen durchgeführt. Der Fokus der Untersuchungen lag auf axial belasteten Wälzlagern in vertikaler Anordnung mit rotationssymmetrischen Betriebsbedingungen hinsichtlich der Schmierstoff- und Lastverteilung im Lager. Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde ein technisch-mathematisches Berechnungsmodell (CoDaC - Calculation of Drag and Churning) vorgestellt [6], [7], das zur Experimentelle und numerische Untersuchungen der hydraulischen Verluste in Wälzlagern unter praxisrelevanten Bedingungen A. Gonda, D. Großberndt, B. Sauer, H. Schwarze* Beim Betrieb eines ölgeschmierten Wälzlagers treten Verluste auf, die in die aus mechanischer Reibung resultierende Kontaktverluste und die durch die Schmierstoffscherung und Verdrängung verursachten hydraulische Verluste aufgeteilt werden können. Im Rahmen des aktuellen DFG-Forschungsprojektes werden axial belastete Wälzlager in horizontaler Anordnung untersucht, um die Einflüsse der Betriebsparameter (Viskosität, Drehzahl, Ölmenge) auf die hydraulischen Verluste zu untersuchen. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der experimentellen und simulativen Untersuchungen mit vollgefluteter Lagerschmierung bei dem Kegelrollenlager 32208 als Prüflager vorgestellt. Schlüsselwörter Wälzlager, Kegelrollenlager, hydraulische Verluste, Experiment, Simulation, CFD, Planschverluste, Schleppverluste During the operation of an oil-lubricated rolling bearing losses occur, which can be divided into the contact losses resulting from mechanical friction and the hydraulic losses caused by the displacement of the lubricant. Within the scope of a current DFG research project, axially loaded rolling bearings are examined in horizontal arrangement in order to investigate the influences of the operating parameters (viscosity, speed, oil quantity) on the hydraulic losses. In this article the results of the experimental and simulative investigations with fully flooded bearing lubrication of tapered roller bearing 32208 as test bearing are presented. Keywords Roller bearings, tapered roller bearing, hydraulic losses, measurement, simulation, CFD, churning losses, drag losses Kurzfassung Abstract * Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer M. Sc. Attila Gonda Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT) / TU Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern Prof. Dr.-Ing. Hubert Schwarze M. Sc. Daniel Großberndt Institut für Tribologie und Energiewandlungsmaschinen (ITR) / TU Clausthal, 38678 Clausthal-Zellerfeld T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 7 hängig vom Stützlager gemessen und der Ölstand eingestellt werden. Zusätzlich ist der Prüftopf mit einer axialen Belastungseinheit ausgestattet, bei der die in X-Anordnung angebrachten Wälzlager über eine Kraftmessdose und ein Tellerfederpaket mittels eines Belastungsstempels vorgespannt werden. Die sich ausbildenden Strömungen im bzw. um das Prüflager können durch vier Sichtfenster des Prüftopfs beobachtet werden. Um die Betriebsbedingungen kontinuierlich überwachen zu können, werden Sensoren zur Messung der Drehzahl, der Öl- und der Lageraußenringtemperatur verwendet. Der Prüfstand wird von einem Gleichstrommotor mit Drehzahlen bis zu 10.000 min -1 angetrieben. Um die Verluste zu erfassen, wird ein Drehmomentsensor mit einem Messbereich von 5 Nm eingesetzt. 3 Experimentelle Grundlagen und Vorgehensweise Wie in [8] zusammengefasst wurde, sind die wichtigen Einflussgrößen auf das Gesamtreibmoment eines Wälzlagers die Belastung, die Drehzahl, die Ölviskosität sowie die Ölmenge. Im Hinblick auf den lastunabhängigen hydraulischen Verlustanteil muss die Belastung als Parameter nicht berücksichtigt werden. Die anderen Parameter stehen in wechselseitiger Beziehung zueinander. Eine höhere Drehzahl führt zu einer höheren Beharrungstemperatur und damit einhergehend zu einer geringeren Ölviskosität. Während der Messungen werden diese Parameter entsprechend den gewählten Randbedingungen unter Berücksichtigung der oben genannten Korrelationen eingestellt. Die Bestimmung der hydraulischen Verluste im Experiment kann durch Variation des Ölstandes erfolgen. Mit dem Drehmomentsensor kann nur das Gesamtreibmoment des Systems gemessen werden. Daher ergibt die Differenz zwischen dem resultierenden Gesamtreibmoment eines Prüflagers bei einem definierten Ölstand und dem Gesamtreibmoment eines Lagers bei einer Minimalmengenschmierung die Verluste welche auf die Schmierstoffverdrängung bzw. -scherung zurückzuführen sind (Bild 3.1.a). Die Messungen wurden entsprechend [8] und [9] durchgeführt. Bei den Messungen mit einem definierten Ölstand (basierend auf der gekoppelten Beziehung zwischen den genannten Parametern) erfolgte die Einstellung der Randbedingungen mit verschiedenen Drehzahlstufen. Dadurch wird eine höhere Öltemperatur bzw. niedrige Ölviskosität mit höherer Drehzahlstufe erreicht und umgekehrt. Als Versuchsöl wurde das Referenzöl FVA 3 ein- Aus Wissenschaft und Forschung 8 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 näherungsweisen Berechnung der hydraulischen Verluste vertikal ausgerichteter und ölbadgeschmierter Kegelrollen-, Schrägsowie Rillenkugellager zur Verfügung steht. Im Rahmen des aktuellen Folgeprojektes (SCHW 826/ 12-1 und SA 898/ 23-1) werden basierend auf vorliegenden Erkenntnissen des vorangegangenen Projektes weitere experimentelle und simulative Untersuchungen an Wälzlagern in horizontaler Anordnung durchgeführt. Das Ziel dieser Untersuchungen ist die Weiterentwicklung des CoDaC-Modells hinsichtlich ungleichmäßiger Schmierstoff- und Lastverteilung im Lager. Im Fokus dieser Untersuchungen stehen Kegelrollensowie Rillenkugellager. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der experimentellen und simulativen Untersuchungen für das vollgeflutete Kegelrollenlager 32208 vorgestellt. 2 Prüfaufbau Um die hydraulischen Verluste experimentell erfassen zu können, wurde ein Wälzlagerprüfstand mit vertikal ausgerichteter Welle von MEGT entwickelt und konstruiert [8]. Entsprechend den aktuellen Forschungszielen wurde der Wälzlagerprüfstand modifiziert, um in horizontaler Lageranordnung das Gesamtreibmoment messen zu können. Der Prüfstand weist einen modularen Aufbau auf und kann zur Messung des Gesamtreibmomentes von axial belasteten Wälzlagern unterschiedlicher Bauform, Größe sowie axialer Lagerposition eingesetzt werden (Bild 2.1). In dem Prüftopf befindet sich ein Schrägkugellager 7208 als Stützlager und ein Kegelrollenlager 32208 als Prüflager, die über separate Ölreservoirs verfügen. Dadurch können die hydraulischen Verluste des Prüflagers unab- Bild 2.1: Prüfstand zur experimentellen Untersuchung der hydraulischen Verluste in horizontaler Lageranordnung T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 8 gesetzt und zwei Betriebspunkte bei T = 50 und 60 °C Öltemperatur (ν = 58,3 bzw. 38 mm 2 / s Betriebsviskosität) untersucht. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse für das vollgeflutete (Ölstand: h = 80 mm) Kegelrollenlager 32208 vorgestellt. Bild 3.1.b zeigt einen exemplarischen Versuchsablauf des Gesamtreibmomentes. Die Messung mit Minimalmengenschmierung wurde, analog zu [8], in Form einer Einspritzschmierung realisiert. Eine exemplarische Darstellung des Versuchsablaufs bei Minimalmengenschmierung ist in Bild 3.1.c dargestellt. Zum Zeitpunkt der Öleinspritzung erscheint ein Peak im Reibmomentsignal, der den Aufbau eines Schmierfilms im Wälzkontakt andeutet. Der Mittelwert dieser auftretenden Maximalwerte bildet die Referenz für die Bewertung der hydraulischen Verluste bei einer definierten Drehzahl und Öltemperatur. Um die Ergebnisse statistisch abzusichern, werden mehrere Messreihen bei Vollflutung sowie Minimalmengenschmierung durchgeführt. 4 Numerische Grundlagen Die hydraulischen Anteile der Lagerverluste entstehen aufgrund der Interaktion der Bauteile mit dem Schmierstoff und lassen sich in Plansch- und Schleppverluste unterteilen. Während die Schleppverluste auf die Verdrängung des Schmierstoffs durch den Wälzkörpersatz und den Käfig zurückzuführen sind, ergeben sich die Planschverluste infolge der Schmierstoffscherung an den Oberflächen. Die für die Verlustentstehung verantwortlichen Strömungsgrößen sind der Druck p und die Scherspannung τ des Fluids an den Bauteiloberflächen [11]. Für die Berechnung dieser Strömungsgrößen im betrachteten Kegelrollenlager 32208 und in dem angrenzenden Prüfraum werden CFD-Simulationen mittels ANSYS CFX durchgeführt. Im Allgemeinen liegen in Wälzlagern mit Ölbadschmierung bei horizontaler Wellenanordnung stark dreidimensionale, instationäre und zweiphasige, aus Öl und Luft bestehende, Strömungen vor. In dem hier betrachteten Fall der Vollflutung, kann allerdings von einer einphasigen Ölströmung ausgegangen werden. Die sich während des Betriebs einstellenden Ölströmungen erfordern aufgrund ihres aperiodischen Charakters in Umfangsrichtung eine vollständige 360°-Modellierung des Lagers und des angrenzenden Prüfraumes. Die Beschreibung der Strömungen erfolgt mithilfe der drei Erhaltungsglei- Aus Wissenschaft und Forschung 9 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 Bild 3.1: a, Exemplarische Darstellung der Bestimmung der hydraulischen Verluste aus den Ergebnissen bei vollgefluteter Schmierung und der Minimalmengenschmierung mit vollgeflutetem Kegelrollenlager 32208 b, Exemplarische Darstellung des Versuchsablaufs bei vollgefluteter Lagerschmierung c, Exemplarische Darstellung des Versuchsablaufs bei Minimalmengenschmierung T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 9 schränken, welches gleichzeitig noch ausreichend ist, um die relevanten Strömungsphänomene mit guter Genauigkeit aufzulösen. Aus diesem Grund wurde auf die Auflösung des Schmierspaltes zwischen Wälzkörpern und den Lagerringen verzichtet. In [6] bis [10] konnten mit dieser Vorgehensweise bereits gute Übereinstimmungen zwischen der Simulation und dem Experiment erzielt werden. Unter Beachtung dieser Bedingungen wurde ein Rechengitter mit 5,5 Millionen Zellen erstellt. Aus Wissenschaft und Forschung 10 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 chungen der Masse, des Impulses und der Energie. Weiterhin wird unter anderem eine geeignete Modellierung der Turbulenz zur Schließung des mathematischen Problems benötigt. Um das Turbulenzverhalten nahe der Körperoberflächen gleichermaßen abbilden zu können, wie auch in den freien Scherströmungen, erfolgt die Turbulenzabbildung durch das Shear Stress Transport (SST) Modell [12]. Entsprechend der experimentellen Bestimmung des Gesamtreibmomentes bei konstanten Temperaturen, erfolgt auch die Simulation unter der Annahme von isothermen Zustandsänderungen. Die benötigten Stoffgrößen, wie beispielsweise die kinematische Viskosität ν des Öls, werden gemäß den Vorgaben aus dem Experiment als konstante Randbedingungen vorgegeben. Der im Modell betrachtete Prüfraum wird in drei Rechengebiete, dem Prüfraum links vom Lager, das Lager selbst und dem Prüfraum rechts vom Lager unterteilt (siehe Bild 4.1). Dies ermöglicht eine getrennte Betrachtung der Strömung im Lager im Relativsystem mit der Rotationsgeschwindigkeit des Lagerkäfigs und der Strömung im restlichen Prüfraum im Absolutsystem. Der Übergang dieser Rechengebiete wird mithilfe von transienten Rotor-Stator-Interfaces modelliert. Für die numerische Lösung des so modellierten Strömungsproblems bedarf es der zeitlichen und räumlichen Diskretisierung des Strömungsraumes und der zu lösenden Gleichungen. Die zeitliche Diskretisierung erfolgt mittels implizitem Euler-Rückwärts- Verfahren zweiter Ordnung. Für die Diskretisierung des Rechenraumes kommt die Finite-Volumen-Methode zum Einsatz. Das dafür verwendete Rechengitter ist in Bild 4.1 zu sehen. Aufgrund der transienten Simulation des Strömungsproblems bis zum Erreichen eines stationären Reibmoments, ergibt sich ein großer Bedarf an Rechenleistung und Rechenzeit. Somit ist es zweckmäßig die Anzahl der Zellen auf ein Minimum zu be- Bild 5.1.1: Experimentelle Ergebnisse der hydraulischen Gesamtverluste mit Standardabweichung bei Variation der Drehzahl und der Betriebsviskosität mit vollgeflutetem Kegelrollenlager 32208. a) Wälzlager 1, ν = 58,3 mm 2 / s b) Wälzlager 2, ν = 58,3 mm 2 / s, c) Wälzlager 1, ν = 38 mm 2 / s, d) Wälzlager 2, ν = 38 mm 2 / s Bild 4.1: Rechengitter des Simulationsmodells T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 10 5 Ergebnisse 5.1 Experimentelle Ergebnisse Die experimentellen Untersuchungen wurden mit dem in Kapitel 2 vorgestellten Prüfstand und dem in Kapitel 3 beschriebenen Messverfahren und Randbedingungen durchgeführt. Die hydraulischen Gesamtverluste des Lagers und des Prüfraums bei vollgefluteter Schmierung sind in Bild 5.1.1 dargestellt. Das Diagramm zeigt die Ergebnisse von zwei untersuchten Prüflagern („Wälzlager 1“ und „Wälzlager 2“) bei Vollflutung, die mit dem gleichen Messverfahren bei jeweils ν = 58,3 und 38 mm 2 / s Betriebsviskosität, entsprechend T = 50 und 60 °C Öltemperatur untersucht wurden. Wie aus dem Bild ersichtlich, steigen die hydraulischen Verluste mit zunehmender Drehzahl nahezu linear an. Eine geringere Viskosität bewirkt geringere hydraulische Verluste. Zusätzlich ist eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse festzustellen, da die Differenz zwischen den Ergebnissen an Wälzlager 1 und Wälzlager 2 in jedem Punkt unter 5 % liegen. 5.2 Simulative Ergebnisse Für ein grundlegendes Verständnis der Strömungszustände im Prüfraum und im Lager sind in Bild 5.2.1 und 5.2.2 die Strömungsgeschwindigkeiten im Mittelschnitt des Prüfaufbaus sowie in einem Zwischenraum der Wälzkörper dargestellt. Bild 5.2.1 zeigt die Geschwindigkeiten im Absolutsystem bei der Verwendung eines FVA3-Öls bei T = 50 °C (ν = 58,3 mm 2 / s) und einer Drehzahl von n = 3000 min -1 nach Erreichen einer Simulationszeit von t = 0,26 s. Die größten Strömungsgeschwindigkeiten (v ≤ 9,1 m/ s) sind im Bereich der Welle und des Lagers zu finden. Mit steigender Entfernung sinken sie schnell auf Werte unter 0,5 m/ s. Die für die Reibung maßgeblichen Schubspannungen beziehungsweise die zu Grunde liegenden Geschwindigkeitsgradienten nehmen also erwartungsgemäß die größten Werte im Bereich der rotierenden Bauteile an. Weiterhin ist deutlich die Pumpwirkung des modellierten Kegelrollenlagers 32208 zu erkennen. Diese sorgt für einen Transport des Öls vom rechten in den linken Prüfraum und, im Zusammenwirken mit den Fliehkräften, für einen Öltransport von der Welle in Richtung des Gehäuses. Aus Wissenschaft und Forschung 11 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 Bild 5.2.2: Geschwindigkeitsverteilung im Wälzkörperzwischenraum bei ν = 58,3 mm 2 / s, n = 3000 min -1 und nach einer Simulationszeit t = 0,26 s. Links: im mit ω Käfig mitbewegten Relativsystem. Rechts: im Absolutsystem Bild 5.2.1: Kontur- und Vektorplot der Strömungsgeschwindigkeit im Mittelschnitt des Prüfaufbaus bei ν = 58,3 mm 2 / s, n = 3000 min -1 nach einer Simulationszeit t = 0,26 s T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 11 Die Ergebnisse zeigen insgesamt gute bis sehr gute Korrelation, wobei im Fall höherer Viskosität kaum Abweichungen zwischen experimentellen und simulativen Ergebnissen auftreten. 5.4 Gegenüberstellung der simulativen Ergebnisse mit dem CoDaC-Modell Bild 5.4.1 stellt die simulativen Ergebnisse für die durch das Lager verursachten hydraulischen Verluste bei Variationen der Ölviskositäten und Drehzahlen den mit dem CoDaC-Modell [6] berechneten Verlusten gegenüber. Die Modelle basieren auf experimentellen und numerischen Untersuchungen zur näherungsweisen Be- Aus Wissenschaft und Forschung 12 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 In den axialen Randbereichen des Prüfraums sind für den betrachteten Fall nur noch sehr geringe Einflüsse des Lagers zu beobachten. Entsprechend scheint eine Verkleinerung des Prüfraums in axialer Richtung ohne Einflussnahme auf die Lagerdurchströmung möglich zu sein. In Bild 5.2.2 sind die Strömungsgeschwindigkeiten für denselben Betriebs- und Zeitpunkt im Relativ- und Absolutsystem dargestellt. Die Strömungsgeschwindigkeiten im Relativsystem beziehen sich dabei auf die Umfangsgeschwindigkeit des Käfigs. Anhand beider Bilder ist zu erkennen, dass es aufgrund der starken Verengung des Strömungsraumes im Bereich des Käfigs nur sehr geringfügig zu einer Durchmischung der Ölströmungen oberhalb und unterhalb des Käfigs im Zwischenraum der Wälzkörper kommt. Die Geschwindigkeitsverteilungen im Relativsystem zeigen, dass im linken unteren Bereich das Öl vom linken Wälzkörper und dem Innenring in den Zwischenraum geschleppt wird. Gleichzeitig kommt es zu einer Rückströmung aufgrund des sich einstellenden positiven Druckgradienten in Strömungsrichtung. Im rechten unteren Bereich wird das Öl in gleicher Weise vom rechten Wälzkörper und dem Innenring in Richtung Schmierspalt geschleppt. Auch hier stellt sich ein starker positiver Druckgradient ein, sodass es in diesem Fall zu einer Rückströmung in den Zwischenraum kommt. Im Bereich zwischen den Wälzkörpern wird das Öl auf engem Raum in unterschiedliche Richtung transportiert, sodass sich hier starke Geschwindigkeitsgradienten einstellen. 5.3 Gegenüberstellung der experimentellen und simulativen Ergebnisse Der Vergleich zwischen experimentellen und simulativen Ergebnissen der gesamten hydraulischen Verluste für das untersuchte Kegelrollenlager 32208 ist in Bild 5.3.1 dargestellt. Bild 5.4.1: Vergleich der hydraulischen Lagerverluste aus Simulationen mit dem CoDaC-Modell bei Variation der Drehzahl und der Betriebsviskosität mit vollgeflutetem Kegelrollenlager 32208. a) CoDaC, ν = 58,3 mm 2 / s, b) SIM, ν = 58,3 mm 2 / s, c) CoDaC, ν = 38 mm 2 / s, d) SIM, ν = 38 mm 2 / s Bild 5.3.1: Vergleich der hydraulischen Gesamtverluste aus Experimenten und Simulationen bei Variation der Drehzahl und der Betriebsviskosität mit vollgeflutetem Kegelrollenlager 32208. a) EXP, ν = 58,3 mm 2 / s , b) SIM, ν = 58,3 mm 2 / s, c) EXP, ν = 38 mm 2 / s, d) SIM, ν = 38 mm 2 / s T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 12 Danksagung Die Autoren danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Förderung im Rahmen des Projekts „Einfluss der hydraulischen Verluste auf die Reibung von Wälzlagern“ (SCHW 826/ 12-1 und SA 898/ 23-1). Literaturverzeichnis [1] Aul, V.; Kiekbusch, T.; Marquart, M.; Sauer, B.: Experimentelle und simulative Ermittlung von Reibmomenten in Wälzlagern. 51. Tribologie-Fachtagung GfT 09/ 2010. [2] Aul, V.: Kontaktmodelle zur dynamischen Simulation vollrolliger Zylinderrollenlager. Dissertation, TU Kaiserslautern, 2014. ISBN: 978-3-943995-55-8 [3] J. Liebrecht, X. Si, B. Sauer und H. Schwarze, „Berücksichtigung des Größeneinflusses bei der Berechung der Plansch- und Schleppverluste an Wälzlagern,“ Tribologie und Schmierungstechnik, pp. 46-52, 3 2017. [4] SKF GRUPPE. Wälzlager-Katalog. PUB BU/ P1 10000/ 2 DE, 2014. [5] J. Koryciak, „Einfluss der Ölmenge auf das Reibmoment von Wälzlagern mit Linienberührung“ Dissertation, Ruhr- Universität Bochum, 2007. ISBN: 3-89194-178-1 [6] J. Liebrecht, X. Si, B. Sauer und H. Schwarze, „Technisch-mathematischer Ansatz zur Berechung der Plansch- und Schleppverluste am Kegelrollenlager,“ Tribologie und Schmierungstechnik, pp. 5-13, 7 2016. [7] J. Liebrecht, X. Si, B. Sauer und H. Schwarze, „Calculation Approach of Drag and Churning Losses of Rolling Bearings,“ Bearing World, 4 2016. [8] J. Liebrecht, X. Si, B. Sauer und H. Schwarze, „Untersuchungen von hydraulischen Verlusten an Kegelrollenlagern,“ Tribologie und Schmierungstechnik, pp. 14-21, 5 2014. [9] J. Liebrecht, X. Si, B. Sauer und H. Schwarze, „Wälzlagerungen - Plansch- und Strömungsverluste,“ Tagungsband: 56 Tribologie-Fachtagung, Band II, 54/ 1-11, 2015. [10] J. Liebrecht, X. Si, B. Sauer und H. Schwarze, „Investigation of Drag and Churning Losses on Tapered Roller Bearings,“ Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering, Bd. 61, pp. 399-408, 2015. [11] P. K. Gupta, Advanced Dynamics of Rolling Elements, 1 Hrsg., Springer-Verlag New York, 1984. [12] F. R. Menter, „Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications,“ AIAA Journal, Bd. 32, pp. 1598-1605, 8 1994. Aus Wissenschaft und Forschung 13 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 6/ 2018 stimmung der hydraulischen Verluste mit der Verwendung verschiedener dimensionsloser Kennzahlen. Für die Berechnung mit dem CoDaC-Modell wurden die Parameter entsprechend dem betrachteten Betriebspunkt bei einem Ölstand von h = 3 gewählt, wobei h ein dimensionsloser Ölstandsparameter ist, der auf die Breite des Walzlagers normiert ist [6]. Die Ergebnisse zeigen für alle betrachteten Drehzahlen und für beide Viskositäten eine sehr gute Übereinstimmung. Insbesondere für die Drehzahlen n = 3000 min -1 und n = 4500 min -1 liegen die Abweichungen im Bereich von 1 %. Die gute Übereinstimmung ergibt sich vor allem aufgrund der hier betrachteten Vollflutung des Lagers bei horizontaler Wellenanordnung. Da Auftriebseffekte bei der Ausbildung der Strömung für die gegebenen Betriebspunkte keinen Einfluss zeigen, ergeben sich für diese Durchströmung des Lagers die gleichen Randbedingungen wie in [6] bis [10] betrachteten Prüfaufbau mit vertikaler Wellenanordnung. Das in [6] vorgestellte Modell lässt sich also für den Fall der Vollflutung und unter Verwendung von h = 3 als Ölstandsparameter ohne weitere Anpassungen auf eine horizontale Wellenanordnung übertragen. 6 Zusammenfassung und Ausblick Der Beitrag zeigt die ersten experimentellen und simulativen Ergebnisse der Untersuchungen von hydraulischen Verlusten eines Kegelrollenlagers 32208 bei horizontaler Lageranordnung und Vollflutung des Prüfraums. Anhand der Ergebnisse kann festgestellt werden, dass die experimentelle Untersuchungsmethode auch bei horizontaler Anordnung reproduzierbare Ergebnisse liefert, gute Übereinstimmung mit den simulativen Ergebnissen zeigt und für die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Betriebsparametern und den hydraulischen Verlusten geeignet ist. Die ersten Ergebnisse zeigen weiterhin, dass das technisch-mathematische Modell (CoDaC) in horizontaler Anordnung und bei Vollflutung angewendet werden kann. Für abweichende Betriebsbedingungen sind jedoch weitere Untersuchungen hinsichtlich der genauen Gültigkeit und möglicherweise notwendiger Ergänzungen erforderlich. Deshalb sollen im Rahmen weiterer Untersuchungen der hydraulischen Verluste bei Teilflutung des Prüfraums der Einfluss der Prüfraumgröße auf die Verluste im Lager und seiner Umgebung geklärt werden. T+S_6_18.qxp_T+S_2018 29.10.18 17: 05 Seite 13