Antriebsstöße

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Motivation

In der Praxis werden Elastomerkupplungen zur gezielten Einstellung von Resonanzfrequenzen von Antriebssträngen mit dem Ziel eingesetzt, Resonanzeffekte zu minimieren. Zur Auswahl der optimalen Kupplung für den jeweiligen Anwendungsfall ist die rechnergestützte Prognose des Resonanzverhaltens des jeweiligen Antriebssystems erforderlich, die technisch meist mithilfe der elastischen Mehrkörpersimulation (EMKS) umgesetzt wird. Die EMKS bietet die Möglichkeit, kritische Betriebspunkte dynamisch im Zeit- oder Frequenzbereich zu ermitteln, die sich aus Wechselwirkungen zwischen Komponenten des Antriebsstrangs ergeben. Elastomerkupplungen verhalten sich anders als andere üblicherweise im Maschinenbau eingesetzte Bauteile jedoch hochgradig nichtlinear. Sie zeigen eine Vielzahl von Materialeffekten, die teilweise unabhängig voneinander das Materialverhalten nichtlinear über frequenz- und amplitudenabhängige Eigenschaften beeinflussen, jedoch zum Teil auch in mehrfach gekoppelter Wechselwirkung miteinander stehen. Dies führt dazu, dass heute anders als für andere im Maschinenbau typischerweise eingesetzte (metallische) Bauteile keine Berechnungsmodelle existieren, die das strukturdynamische Materialverhalten von Elastomerkupplungen genau genug in der EMKS abbilden. Durch Vernachlässigung dieser Effekte in genormten Kupplungs-Modellierungs­ansätzen entstehen Prognosefehler in Steifigkeit und Dämpfung, die in der Vergangenheit immer wieder zu Bauteilausfällen führten.

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Forschungsziele

Ziel des „FVA-Forschungsvorhabens 685 III: Antriebsstöße“ ist, die Definitionslücke zwischen der Abbildungs­genauigkeit von Elastomer­kupplungen und anderen (metallischen) Komponenten zu schlie­ßen. Dazu soll ein validiertes Berechnungsmodul für die Schwingungssimulation entwickelt werden, welches es ermöglicht, das Übertragungsverhalten von Elastomer­kupplungen in Wechselwirkung mit anderen Strangkomponenten unter hochdynamischen Vorgängen, wie Drehmomentstößen, vorherzusagen. Das Vorhaben ist in drei Schritte gegliedert:

  • Entwicklung eines Prüfstands zur Untersuchung der Wechselwirkung Kupplung ↔ System
  • Weiterentwicklung bestehender Kupplungsmodelle zur Integration
    • der nicht-linearer Materialeigenschaften,
    • der nicht-linearer Geometrie und
    • des Schwingungsverhaltens.
  • Validierung durch Vergleich von Systemprüfstand und Berechnungsmodul