Die an Hauptspindeln gestellten Anforderungen an Drehzahleignung, Steifigkeit und Laufgenauigkeit bei gleichzeitiger axialer und radialer Belastung erfordern zuverlässige Spindel-Lager-Systeme, welche einen produktiven Fertigungsprozess dauerhaft gewährleisten. Zur Leistungsverbesserung wurden vielseitige Berechnungsmethoden entwickelt sowie alternative Gestaltungsmöglichkeiten vorgestellt und in Teilen untersucht. Die Fokussierung vorangegangener Arbeiten auf Einzellager und axiale Lasten führte zu einem Defizit bei der Beschreibung gekoppelter Spindel-Lager-Systeme sowie der Untersuchung von Radiallasteinflüssen. Diese Forschungsarbeit liefert einen Beitrag zur Beschreibung des Betriebsverhaltens von Hochgeschwindigkeits-Wälzlagern im Verbund unter radialen Lasten.
Im ersten von drei Teilen erfolgt die Auseinandersetzung mit den Methoden zur Beschreibung des Betriebsverhaltens von Hochgeschwindigkeits-Wälzlagern. Durch einen erweiterten allgemeinen Berechnungsansatz für Rollen werden die in allen Raumachsen am Wälzkörper unter Schränk- und Kippbewegung angreifenden Kontakt- und Reibkräfte im elasto-hydrodynamischen Kontakt modelliert. Mit einer iterativen Berechnung unter Berücksichtigung von zwei translatorischen und zwei rotativen Freiheitsgraden werden diese ins Gleichgewicht gebracht. Die Kopplung des numerisch analytischen Berechnungsansatzes für Wälzlager mit einer Finite-Elemente-Methode-Berechnung für Wellensysteme ermöglicht es, beliebig angeordnete Spindelsysteme und die wirkenden Wechselwirkungen aufgrund von Last, Drehzahl und Temperatur zu berechnen.
Im zweiten Teil werden die erweiterten Berechnungsmethoden anhand der experimentellen Untersuchung von Standardlagern verifiziert. Diese beinhaltet die Untersuchung des Verlagerungsverhaltens, des Reibmoments sowie der Kinematik des Käfigs. Dazu wird eine Prüfmethodik zur Erfassung des Radiallasteinflusses vorgestellt.
Im dritten Teil wird die validierte Berechnungsmethode in drei Fällen angewendet. Die Analyse einer Motorspindel für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung zeigt typische Belastungszustände. Das Betriebsverhalten von Standardlagern wurde anhand von vier Spindel-Lager-Systemen analysiert. Es zeigen sich die anstellungsabhängigen Wechselwirkungen. Es wird eine Berechnungsvorschrift für die bisher nicht untersuchte Geometrie des radialen Mehrpunktlagers mit Loslagerfunktion entwickelt. Verschiedene Geometrien werden experimentell untersucht und das Betriebsverhalten kritisch bewertet.