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6 ANTRIEBSELEMENTE VERBRENNUNGSMOTOREN HOCHDYNAMISCH SIMULIERT TORSIONSSCHWINGUNGEN IN ANTRIEBSSYSTEMEN Drehschwingungs-Phänomene spielen in vielen Bereichen der Antriebstechnik eine wichtige Rolle. Mithilfe eines Antriebselemente- Prüfstands untersucht der Lehrstuhl für Maschinenelemente, Getriebe und Tribologie der TU Kaiserslautern Antriebselemente unter dem speziellen Einfluss von Torsionsschwingungen auf ihr frequenzabhängiges Übertragungsverhalten hin. Ziel ist unter anderem die Gewinnung von Kennwerten für dynamische Simulationen. . Prof. Dr.-Ing. Oliver Koch, Leiter des Lehrstuhls für Maschinenelemente, Getriebe und Tribologie der Technischen Universität Kaiserslautern

ANTRIEBSELEMENTE Drehschwingungsphänomene treten in vielen Bereichen der Antriebstechnik auf. In der Vergangenheit wurden Drehschwingungen oft im Kontext von Verbrennungsmotoren untersucht. Doch auch in der elektrifizierten Antriebstechnik sind Drehschwingungen ein verbreitetes Phänomen. So können Drehschwingungen z.B. in Windkraftanlagen eine dynamische Zusatzbelastung darstellen und Lagerfrühausfälle in Form von White Etching Cracks begünstigen oder aber auch in Bahngetrieben zu erhöhtem Zahnflankenverschleiß und gebrochenen Lagerkäfigen führen. Da durch die Parallelisierung von Entwicklungsprozessen Prototypen immer später zur Verfügung stehen, besteht der Wunsch, Drehungleichförmig keiten am Prüfstand nachzuahmen, um Antriebselemente bereits im Vorfeld gezielt auf ihr dynamisches Verhalten hin untersuchen zu können. Genauso wichtig ist in diesem Zusammenhang die Gewinnung von Kennwerten (z. B. Dämpfungsgrößen) für die rechnerische Auslegung, bspw. mit Hilfe der Dynamiksimulation. Mit dem am Lehrstuhl für Maschinenelemente, Getriebe und Tribologie der TU Kaiserslautern vorhandenen Antriebselemente-Prüfstand können Antriebselemente unter dem speziellen Einfluss von Torsionsschwingungen auf ihr frequenzabhängiges Übertragungsverhalten hin untersucht werden. Der Prüfling wird dabei von einem 220 kW-Antriebsmotor angetrieben, abtriebsseitig wird mit Hilfe einer Bremsmaschine ein stationäres bzw. dynamisches Bremsmoment aufgebracht. Der Drehbewegung der Antriebsmaschine kann eine Drehungleichförmigkeit mit Anregungsfrequenzen > 300 Hz überlagert werden. Im Gegensatz zu statischen Steifigkeits-Messungen können somit Untersuchungen unter realistischen Momenten- und Drehzahlbelastungen durchgeführt werden. Die vorhandene hochauflösende Drehwinkel- und Drehmoment-Messtechnik ermöglicht die Ermittlung des dynamischen Übertragungsverhaltens des Antriebselements, ebenso wie die Messung der dynamischen Steifigkeit, von Dämpfungsgrößen oder des Akustikverhaltens (z. B. Getrieberasseln). MÖGLICHE UNTERSUCHUNGSOBJEKTE n Riementriebe, Kettentriebe, Steuertriebe n Drehsteife Kupplungen, drehweiche Kupplungen, Freiläufe n Torsionsschwingungsdämpfer, Zweimassen-Schwungräder n Nebenaggregate unter Torsionsschwingungsbelastung n Zahnradgetriebe, Hinterachsgetriebe n Käfigdynamik von Wälzlagern n CVT-Getriebe, hydrodynamische Wandler n Tilger BEISPIELE FÜR BISLANG DURCHGEFÜHRTE UNTERSUCHUNGEN n Ermittlung der dynamischen Steifigkeit eines Kurbelwellen- Tilgers (bei 90 °C und 6000 1/min) n Ermittlung des drehzahlabhängigen Übertragungsverhaltens eines Zweimassen-Schwungrads (ZMS) n Ermittlung des dynamischen Verhaltens eines hydraulischen Torsionsdämpfers bei 90 °C unter stoßartiger Momentenbelastung (>400 Nm) n Lebensdaueruntersuchung einer torsionsschwingungsbelasteten Welle-Nabe-Verbindung eines PKW-Nebenaggregats n Ermittlung der dynamischen Steifigkeit eines Torsionsschwingungsdämpfers n Ermittlung des lastabhängigen Übertragungsverhaltens von Kettentrieben unter Drehschwingungsanregung n Untersuchung des dynamischen Verhaltens eines Steuertriebs n Untersuchung des dynamischen Verhaltens einer Sicherheitskupplung DYNAMIKSIMULATION Mit der Simulationssoftware ITI-Sim verfügt der Lehrstuhl über ein leistungsfähiges Berechnungstool, mit dem speziell Drehschwingungsprobleme in Antriebs-Systemen theoretisch untersucht und analysiert werden können. Zur Untersuchung weitergehender Schwingungsprobleme stehen mit Adams und RecurDyn zwei leistungsfähige Mehrkörpersimulationsprogramme zur Verfügung. Mit ihnen ist die Berechnung auch räumlicher Mechanismen möglich ebenso wie die Berücksichtigung geometrischer und physikalischer Nichtlinearitäten oder die Analyse von Systemen mit flexiblen Körpern. Bilder: Technische Universität Kaiserslautern www.uni-kl.de Literaturhinweise: Nicola, A.; Rosenberger, J.; Nemeth, G.; Sauer, B.: Verbrennungsmotoren hochdynamisch simuliert. Antriebselemente-Prüfstand zur Analyse von Drehschwingungsphänomenen, Zeitschrift „Antriebstechnik“, Heft 11/2004, Vereinigte Fachverlage Mainz Nicola, A.; Sauer, B.: Experimentelle Untersuchung des Dynamikverhaltens torsionselastischer Antriebselemente, Zeitschrift „Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ)“, Heft 02/2006 01 Zweimassen-Schwungrad (ZMS)-Prüfaufbau 02 Drehzahlabhängigkeit des ZMS-Frequenzgangs 01 02 www.antriebstechnik.de antriebstechnik Marktübersicht 2023 37