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Donnerstag, 23.03.2017
 
AeroLas GmbH
Grimmerweg 6
D-82008 Unterhaching
Tel.: +49 89-66 60 89-0
Fax: +49 89-66 60 89-55
info@aerolas.de
AeroLas
"Die letzten Meter auf dem Weg zur (Welt-)Spitze
sind die schwersten."


(Sir Edmund Hillary)
"Die Mathematik befriedigt den Geist
durch ihre außerordentliche Gewißheit."


(Johannes Kepler)

 
Berechnungsmöglichkeiten von AeroLas
Luftlager verfügen in vielen Anwendungen zweifelsohne über herausragende Eigenschaften. Selten jedoch wird ihr Potential aufgrund falscher oder mangelhafter Auslegung auch wirklich ausgeschöpft. Allzu oft werden Luftlager sogar als ungeeignet bewertet, obwohl bei richtiger Auslegung ein überlegenes System entstanden wäre.

AeroLas setzt eine eigene, speziell auf die Berechnung von Luftlagern zugeschnittene FEM-Software ein. Sie wurde auf der Basis exakter theoretischer Modelle entwickelt. Dadurch können Berechnungsaufgaben gelöst werden, die weit außerhalb der Möglichkeiten aller bisherigen Auslegungsformeln und numerischen Berechnungen liegen.

Die Berechnungsmöglichkeiten von AeroLas erhöhen die Sicherheit und Schnelligkeit einer Entwicklung für den Kunden ganz erheblich. Egal, ob nur einzelne Luftlager oder aber die Lagerungen kompletter Antriebssysteme simuliert werden: die Berechnungen liefern stets ein optimales Abbild der tatsächlichen Verhältnisse. So konnten bereits auch mehrfach Probleme, die Kunden mit ihren bisherigen, konventionellen Luftlagern hatten, in kürzester Zeit gelöst werden.

Nachfolgend werden die Berechnungsmöglichkeiten von AeroLas anhand von Beispielen vorgestellt:
Druckverlauf im Lagerspalt
eines ebenen Lagerelements
Theoretische Modellierung
Die Berechnung der Lagereigenschaften beruht auf der Simulation der Strömungsvorgänge im Lagerspalt und in den Mikrodüsen. Das Ergebnis ist der Druckverlauf im Lagerspalt. Aus ihm lassen sich alle statischen Kennwerte ableiten. In die Berechnungen gehen bei AeroLas keine willkürlichen Parameter - wie üblicherweise bei Luftlagern angewandt - ein. Die Ergebnisse beruhen also auf der Beschreibung der tatsächlichen physikalischen Effekte und erlauben eine klare Vorstellung von den späteren realen Verhältnissen.
Druckverlauf im Lagerspalt
eines gekippten Lagerrings
Kippsteifigkeit
Für viele Anwendungen ist die Kippsteifigkeit eines Lagerelements oder einer kompletten Führung von großer Bedeutung. Die Simulation liefert auch dafür exakte Werte. Vergleiche mit konventionellen Luftlagern zeigen hier einen der vielen Vorteile der Luftlager-Technologie von AeroLas, die ihr Druckpolster da aufbaut, wo es auch wirklich benötigt wird.
Druckverlauf im Lagerspalt
eines bewegten ebenen,
runden Lagerelements
Geschwindigkeit
Ebene Luftlager, die bewegt werden, verkippen aufgrund aerodynamischer Effekte im Spalt. Abhängig von der Kippsteifigkeit des Luftlagers verringert sich seine Tragkraft mit zunehmender Geschwindigkeit bis hin zu einer Grenze, ab der es versagt. Für Luftlager in der Technologie von AeroLas liegt diese Grenzgeschwindigkeit auslegungsabhängig bei einigen Dutzend m/s. Für Luftlager mit Kammern und Varianten von Kanalstrukturen sind jedoch schon Geschwindigkeiten von wenigen m/s gefährlich.
Kennlinien eines realen
Luftlagers
Verformung
Die Steifigkeit eines Luftlagerkörpers wird im Verhältnis zur Steifigkeit des Luftpolsters oft überschätzt. Das Diagramm zeigt die Kennlinien eines ebenen Lagerelements (Höhe 20 mm, Durchmesser 80 mm) im Vergleich zu den theoretischen Kennlinien eines starren Luft- lagers gleicher Geometrie. Auf der Basis derartiger Berechnungen wird sowohl das Material der Luftlager festgelegt als auch die Anordnung und Anzahl der Mikrodüsen gezielt auf die Verformung angepaßt.
Strukturanalyse
(FEM-Simulation)
Die Verformung der Lagerfläche durch die Flächenlast des Luftpolsters wird mittels einer Strukturanalyse in Pro/MECHANICA berechnet. Das Ergebnis geht dann als Parameter in die Berechnung der Luftlager-Kennlinien ein. Durch einen iterativen Prozeß kann so für jeden Punkt der Kennlinie die tatsächliche Verformung und das tatsächliche Druckprofil berechnet werden.
Druckverlauf im Lagerspalt
einer belasteten Spindel
Spindeln und zylindrische Luftlager
Die FEM-Software von AeroLas erlaubt auch die Berechnung von rotationssymmetrischen Bauteilen. Tragkraft, Steifigkeit, Kippsteifigkeit und Luftverbrauch einer kompletten Spindellagerung können im Stillstand und bei Drehzahl (inklusive dynamischer Effekte) exakt berechnet werden. Dadurch ist die Vorhersage von maximaler Drehzahl und Eigenfrequenzen möglich; eine unabdingbare Voraussetzung für den Bau einer optimalen Spindel.

Zylindrische Luftlager können mit den Berechnungsverfahren hinsichtlich Steifigkeit, Luftverbrauch und der Auswirkung mechanischer Toleranzen in der Fertigung optimiert werden.
Druckverlauf im Lagerspalt
von Kugelschalen
Sphärische Luftlager
Für die Berechnung sphärischer Luftlagerungen steht eine eigene Programmversion zur Verfügung.
Vergleich zwischen Berech-
nung und Messung
Genauigkeit
Die Berechnungsmodelle sind durch Messungen am firmeneigenen Meßstand vielfach validiert. Typischerweise stimmen die Ergebnisse mit der Wirklichkeit auf 5 % bei der Tragkraft und auf 10 % bei der Steifigkeit überein. Die Abweichungen resultieren nicht etwa aus Fehlern bei den Berechnungen, sondern aus den Beschaffenheiten (Formabweichungen usw.) realer Lagerflächen.
   
 
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