Entwicklung eines Prüfstandes zur Modellbildung des dynamischen Verhaltens von Elastomerkupplungen

Abstract

Elastomerkupplungen bewirken nicht nur Dämpfung alleine, sondern charakterisieren auch stark die dynamischen Eigenschaften des Antriebsstrangs in dem sie verbaut sind. Wird das Kupplungsmoment über dem Verdrehwinkel bei Be- und Entlastungszyklen von Elastomerkupplungen aufgezeichnet, bildet sich ein Kurvenzug, der eine Hystereseschleife darstellt. Aufgrund des viskoelastischen Materialverhaltens von Elastomeren ist dieser stark von Vorlast, Belastungsfrequenz, Belastungsamplitude und Temperatur abhängig. In dieser Arbeit wird ein Prüfstand konzipiert und aufgebaut, mit dem experimentell das dynamische Verhalten von Elastomerkupplungen in Abhängigkeit von Vorlast, Belastungsfrequenz, Belastungsamplitude und Kupplungsdrehzahl modelliert und parametriert werden kann. Es erfolgte eine Auswahl und Auslegung der für den Prüfstand notwendigen Komponenten sowie die mechanische und elektrische Konstruktion. Um die dynamischen Effekte des Prüfstand-Wellenstrangs zu untersuchen, wurden Modelle erstellt und Simulationen gemacht. Des Weiteren wurde eine Eigenfrequenzanalyse des gesamten Prüfstandes mittels FEM-Berechnung durchgeführt. Nach dem Aufbau, der Programmerstellung und der Realisierung der Messdatenerfassung des Prüfstandes konnten bereits erste aussagekräftige Messungen von einer Elastomerkupplung mit diesem gemacht werden.<br />

Elastomer couplings do not cause only damping, but also strongly characterize the dynamic characteristics of the drive chain in which they are installed. If the coupling torque over the torsion angle of an elastomer coupling during loading and unloading cycles is ploted, a curve that represents a hysteresis loop is formed. Due to the viscoelastic behavior of elastomers, the hysteresis loop strongly depends on preload, load frequency, load amplitude and temperature. In this work a test bench is designed and built. With this test bench, the dynamic behavior of elastomeric couplings as a function of preload, load frequency, load amplitude and coupling speed, can be modeled and parametrized experimentally. The necessary components to realize the test bench were selected and designed and the mechanical and electrical design was made.<br />Corresponding models and the related simulations were made to investigate the dynamic behavior of the test bench drive chain.<br />Furthermore a natural frequency analysis of the whole test bench using FEM calculation was performed. After the test bench´s construction, programming and data acquisition implementation, first meaningful measurements of an elastomer coupling were done.