Dynamische Kupplungssteifigkeit

Die mechanischen Eigenschaften von Elastomerkupplungen sind in großem Maße von Parametern wie Temperatur, Belastungsfrequenz und Belastung abhängig. Die üblichen Herstellerangaben gelten bislang nur bei Belastungen unter Nenndrehmoment, sowie Belastungsfrequenzen unter 10 Hz. In vielen Feldanwendungen werden diese Geltungsgrenzen aber deutlich überschritten. Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, durch neudefinierte Kennwerte das Kupplungsverhalten für hochdynamische Laständerungen umfassend zu beschreiben.

Basis der Arbeiten sind Versuche an realen Kupplungen auf servohydraulischen Drehzylindern. Auf diesen Prüfanlagen wurden Kennfeldversuche an marktüblichen Mittel- und hochelastischen Kupplungen bis zu Prüffrequenzen von ca. 80 Hz durchgeführt. Da der mögliche Energieeintrag bei hohen Anregungsfrequenzen an servohydraulischen Anlagen begrenzt ist, wurde ein Fallturm entwickelt, der stoßartige Belastungen mit einem wesentlich höheren Energieeintrag ermöglicht. Durch Normierung der Steifigkeit auf eine Referenzfrequenz konnte gezeigt werden, dass der relative Einfluss der Anregungsfrequenz auf die dynamische Steifigkeit bei allen untersuchten Kupplungen weitgehend unabhängig vom eingestellten Betriebspunkt und der daraus resultierenden variierenden absoluten dynamischen Steifigkeit ist. Scheibenkupplungen zeigen dabei ein linear-progressives Wachstum der Steifigkeit mit der Anregungsfrequenz, während Klauen- und Bolzenkupplungen eine degressiv-lineare Charakteristik aufweisen. Einflüsse von Baugröße, Werkstoff und Shore-Härte wirken sich dabei auf die Stärke der Versteifung aus, nicht jedoch auf die grundsätzliche Form der Steifigkeitsverläufe. Aus den Ergebnissen der durchgeführten Versuche wird ein Modell abgeleitet, dessen Parametrierung das Bilden von Kennwerten erlaubt. Auf diesem Wege ist es möglich, das Verhalten von Elastomerkupplungen bei hohen Frequenzen anhand von Katalogdaten zu beschreiben, die im Allgemeinen bei niedrigen Frequenzen ermittelt werden.

Das IGF-Vorhaben 17144-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 Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.