Antriebsstöße
FVA 685 III | IGF-Nr. 21259 N
Rechnergestützte Prognose des dynamischen Verhaltens von Elastomerkupplungen in stoßbelasteten Antriebssträngen
Elastomerkupplungen werden in Antriebssträngen eingesetzt, in denen die Entstehung von Drehmomentstößen unvermeidbar ist. Durch ihre hohe Nachgiebigkeit reduzieren diese Kupplungen auftretende Lastspitzen und bieten die Möglichkeit, Resonanzfrequenzen des Systems gezielt zu verschieben. Zur Auswahl der optimalen Kupplung für den jeweiligen Anwendungsfall ist die rechnergestützte Prognose des Resonanzverhaltens des jeweiligen Antriebssystems erforderlich, die technisch mithilfe der elastischen Mehrkörpersimulation (EMKS) umgesetzt werden kann. Aufgrund der nichtlinearen Charakteristik des Elastomers existieren für Elastomerkupplungen jedoch anders als für andere im Maschinenbau typischerweise eingesetzte (metallische) Bauteile keine Berechnungsmodelle, die das strukturdynamische Bauteilverhalten genau genug in der EMKS abbilden. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es daher, eine Methodik zu entwickeln, mit der die nichtlinearen geometrie- und materialabhängigen Effekte in Elastomerkupplungen und deren Einfluss auf das Übertragungsverhalten in der EMKS abgebildet werden können. Dazu sollte ein Berechnungsmodul für die EMKS entwickelt werden, welches es ermöglicht, das Übertragungsverhalten von Elastomerkupplungen in Wechselwirkung mit anderen Strangkomponenten unter beliebigen Betriebsbedingungen inklusive hochdynamischer Vorgänge, wie Drehmomentstößen, abzubilden.
Um dieses Ziel zu erreichen, wurde im ersten Schritt ein Prüfstand zur Identifikation der relevanten nichtlinearen Effekte in Elastomerkupplungen anhand von Untersuchungen der Wechselwirkung der Kupplung mit dem umgebenden System entwickelt. Anschließend wurde ein bestehendes Materialmodell für Elastomere in ein Bauteilmodell überführt und um die bisher nicht berücksichtigten und als relevant erkannte Effekte sowie um den Einfluss der nichtlinearen Geometrie erweitert. Der dritte Schritt bestand darin, eine Methode zu entwickeln, um die Modellparameter anhand weniger Experimente an bestehenden Prüfständen zu identifizieren. Zur Validierung wurde der im ersten Schritt aufgebaute Prüfstand in der EMKS modelliert. Das Bild zeigt die Gegenüberstellung von Simulationen unter Nutzung des entwickelten Kupplungsmodells mit Messungen sowie mit Simulationen unter Nutzung des bisher genutzten Modellansatzes.
Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 21259 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
