Kinematische Analyse von Spindellagern unter statischen und dynamischen Kräften

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Die Leistungsgrenze von radial belasteten, schnelldrehenden Spindellagern wird häufig durch Kugelvor- und -nachlauf begrenzt, wobei experimentelle Ergebnisse bislang unzureichend sind. Ein neues Sensorkonzept nutzt Lichtschranken, die durch die Kugeln geschaltet werden, und ermöglicht erstmals die Messung der Kugelbewegung unter praxisnahen Belastungen. Die Messungen zeigen eine signifikant geringere Ausbildung des Kugelvor- und -nachlaufs im Vergleich zu klassischen Berechnungsmethoden. In Hauptspindeln sind die Lagerungen stark beansprucht durch hohe Bearbeitungskräfte und Drehzahlen, was die rechnerische Auslegung der Spindellager hinsichtlich mechanischer und kinematischer Beanspruchungen herausfordert. Die Analyse der Kugelkinematik ist oft mit hohen Unsicherheiten verbunden, da die berechnete Kugelkinematik die spezifizierbare Belastung der Spindel limitiert. Diese Forschungsarbeit untersucht experimentell und simulativ die Belastung von Spindellagern und die Kugelkinematik unter realistischen Lastparametern. Es werden Messsysteme vorgestellt, die die Belastung auf die Lagerung sowie die orbitale Bewegung der Kugeln und des Käfigs erfassen. Die innovative Lichtschrankenmessung ermöglicht eine kontinuierliche Beobachtung der Kugelbewegung. Die methodische Analyse ermittelt die Belastung in den Lagerstellen basierend auf gemessener Wellenverlagerung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kugelgeschwindigkeit und der Kugelvor- un