Verschleißverhalten fördermediengeschmierter Gleitlager in Pumpen

In Pumpen werden häufig Gleitlager eingesetzt, die mit dem eigentlichen Fördermedium betrieben werden. Da diese Medien, wie z.B. Wasser, zumeist sehr geringe Viskositäten aufweisen, ist die Tragfähigkeit der eingesetzten Gleitlager begrenzt. Es kommt in Folge dessen auch abseits von Anfahr- und Auslaufvorgängen zu signifikanten Laufzeitanteilen in der Mischreibung und damit zu kontinuierlichem Verschleiß.
Eine weitere Besonderheit dieser fördermediengeschmierten Lager ist die stirnseitige Schmierstoffzuführung, die meist durch eine Verbindung zum Druckgebiet der Pumpe und einer daraus resultierenden axialen Durchströmung der Lager gekennzeichnet ist. Darüber hinaus spielen aufgrund der niedrigviskosen Medien und den verhältnismäßig großen Lagerspielen turbulente Betriebsbedingungen eine Rolle. Auch die eingesetzten Werkstoffe unterscheiden sich zu den in ölgeschmierten Gleitlagern. So kommen als Lagerwerkstoffe z.B. Kohlewerkstoffe, faserverstärkte Kunststoffe, Elastomere, Hartmetalle oder Keramiken zum Einsatz. Letztere sind dabei besonders für aggressive und abrasive Medien geeignet.
Die im Fokus des Projekts stehenden Forschungsfragen wurden anhand industrieseitiger Problemstellungen unter Beachtung des Stands der Forschung erarbeitet und sind nachfolgend aufgeführt:

• Unter welchen Betriebsbedingungen entsteht für unterschiedliche Werkstoffpaarungen wie viel Verschleiß?
• Wie kann das Verschleißverhalten effizient vorhergesagt werden?
• Wie verändern sich die Lagereigenschaften mit fortschreitendem Verschleiß?
• Bis zu welchem Verschleißmaß kann das Lager sicher betrieben werden?
• Wann kann auf den Einsatz teurer SiC-Werkstoffe verzichtet werden?

Um diese Fragestellungen beantworten zu können ist das Zusammenwirken aus praxisnahen Versuchen, umfassender Analytik der Versuchsteile und eines belastbaren Simulationsmodells notwendig. Es ist geplant, grundlegende Erkenntnisse anhand umfangreicher Parametervariationen an einem hochmodernen und einzigartigen Gleitlagerprüfstand zu erlangen. Der Prüfstand ermöglicht, unter pumpenlagerspezifischen Randbedingungen (Medienschmierung, axiale Durchströmung, Turbulenz) verschiedene Messgrößen wie Reibmoment und Wellenposition sehr genau zu erfassen. Eine umfassende und aufwendige Analyse der Probekörper vor und nach dem Versuch wird zusätzliche Informationen zu Verschleißmengen, -geometrien sowie -mechanismen liefern und wichtige Eingangsdaten für das Simulationsmodell bereitstellen. Das Simulationsmodell auf Basis der Reynoldsgleichung bildet die dritte Säule des Vorhabens. Es vereint die neuesten Erkenntnisse der Gleitlagersimulation mit Modellen zur Berücksichtigung der spezifischen Besonderheiten mediengeschmierter Lager und einem leistungsfähigen Verschleißmodell. Das Modell soll nicht nur tiefere Einblicke in das Systemverhalten ermöglichen (auch auf Mikroebene), sondern auch eine effiziente Vorhersage des Verschleißverhaltens und der Einsatzgrenzen unter verschiedenen Betriebsbedingungen aufzeigen (Makroebene). Darüber hinaus sollen die Erkenntnisse in ein vereinfachtes Auslegungstool überführt werden, das den industriellen Anwendern zur Verfügung gestellt wird und eine erste Verschleißabschätzung ihrer Anwendung ermöglicht.