Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Systemverhalten von Elastomerkupplungen unter stoßartiger Belastung

Motivation:

In der Praxis haben Elastomerkupplungen die Aufgabe, insbesondere in Überlastsituationen, Stoßbelastungen abzumildern. Es ist daher erforderlich, die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Kupplung insbesondere unter Stoßbelastung zu kennen, um in diesen Betriebszuständen das Schwingungsverhalten des Antriebs-strangs und damit die Belastungen im Antriebsstrang zu quantifizieren. Werden Steifigkeit und Dämpfung der Kupplung in Überlastfällen falsch abgeschätzt, so können kritische Resonanzeffekte im Antriebsstrang unentdeckt bleiben, was ein beträchtliches Schadensrisiko zur Folge hat.

Forschungsziel:

Ziel des beantragten Vorhabens ist es, mithilfe des in FVA 685 I entwickelten Fallturmversuchs eine Möglichkeit zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Elastomerkupplungen unter Stoßbelastung zu schaffen.

Lösungsweg:

Durch Fallturmversuche wird ein Kennwertmodell entwickelt, das das Reaktionsverhalten der Kupplungen auf stoßartige Belastungen beschreibt. Herausforderung ist dabei die Übertragbarkeit von lateralen Stößen im Fallturmversuch auf praxisrelevante, torsionelle Stöße. Das Modell zur Übertragung des Verhaltens einzelner Elastomer-Kupplungselemente auf das Verhalten der gesamten Kupplung wird anhand von Referenzversuchen unter direkter, torsioneller Stoßbelastung auf einem zu entwickelnden, torsionellen Stoßprüfstand validiert.

Nutzen für KMU:

KMU, die Elastomerkupplungen herstellen oder applizieren, haben keine Möglichkeit, diese für Stoßbelastungen zu qualifizieren, da vorliegende Kennwerte und Prüfverfahren das dynamische Verhalten unter Stoßbelastung nicht berücksichtigen. Die Entwicklung der zu erforschenden Prüfverfahren und Modelle ist für KMU technisch und finanziell kaum zu realisieren. KMU sind durch die Forschungsergebnisse in der Lage die Dimensionierung zu optimieren, Entwicklungszeiten zu verkürzen und so den Gewinn zu steigern.

Ergebniszusammenfassung:

Vor diesem Forschungsprojekt bestand in der spezifischen Auslegung von Elastomerkupplungen keine Möglichkeit den Einfluss hochdynamischer Laständerungen auf das Übertragungsverhalten von Elastomerkupplungen zu berücksichtigen. Es gab weder prüftechnische Methoden, mit denen die Untersuchung von Elastomerkupplungen unter anwendungsnahen Prüfbedingungen möglich war, noch ein Modell zur Berücksichtigung des hochdynamischen Verhaltens.

Diese Forschungslücken wurden im Projektverlauf gezielt adressiert und geschlossen. Mit dem konzipierten und umgesetzten Fallturmversuchsaufbau steht in Zukunft eine messtechnische Prüfmethodik zur Verfügung mit der Elastomerkupplungen unter Stoßbelastung untersucht werden können. Dass aus den experimentellen Ergebnissen abgeleitete Kennwertmodell ermöglicht außerdem die einfache Berücksichtigung der Projektergebnisse in Katalogen zur Auslegung.

Das im Forschungsvorhaben entwickelte Verfahren bietet die Möglichkeit, eine neue Herangehensweise in der Auslegung von Antriebssträngen mit hochelastischen Kupplungen zu etablieren, in dem die Kupplungsparameter nicht mehr über bisherige Näherungsformeln abgeschätzt werden. Durch die Berechnung der Kupplungsparameter in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebspunkts wird es möglich sein, die Eigenfrequenz von Antriebssträngen bedarfsgerecht einzustellen.

Bei der Prüfung von Elastomerkupplungen bestand bislang lediglich die Möglichkeit, auf servohydraulische Prüfanlagen zurückzugreifen, die für die Prüfung von Stoßbelastungen aufgrund begrenzter Dynamik nur bedingt geeignet und zudem teuer in Anschaffung und Betrieb sind. Der entwickelte Fallturmversuch dient als günstiges alternatives Prüfverfahren mit dem die Kosten für servohydraulische Prüfanlagen vermieden werden können. Durch Einsatz dieses auf geringe Investitions- und Prüfkosten optimierten Prüfkonzepts zur Ermittlung der Modellparameter wird es Herstellern von Elastomerkupplungen möglich sein, ihre Prüfkosten deutlich zu verringern.