Torsionschwingungen

Drehschwingungen in Antriebs­systemen

Grundlagen

Die von mir angebotenen Engineering-Arbeiten um­fas­sen vor­rangig die Be­rech­nungen und Simu­la­tionen von Torsions­schwin­gungen (Dreh­schwin­gungen) von gera­den, ver­zweig­ten und ver­masch­ten An­triebs­syste­men (An­triebs­strän­gen). Hier­bei wer­den auch nicht­lineare Eigen­schaf­ten (z.B. in elas­ti­schen Kupp­lungen, in Ge­trie­be­stufen mit Spiel, bei Schalt­vor­gän­gen) be­rück­sich­tigt. Es kön­nen so­wohl statio­näre als auch in­stationäre und tran­siente (zeit­ab­hängige) Vor­gänge in der Simu­lations­um­ge­bung ab­ge­bildet wer­den. Der Ein­fluss von rege­lungs­techni­schen Eigen­schaf­ten kann in ein er­wei­ter­tes Dreh­schwin­gungs­modell eben­falls ein­bezo­gen werden.

Die CAE-­Unter­suchungs­ergeb­nisse beinhalten die Eigen­frequenzen (kritischen Dreh­zahlen) auch dar­ge­stellt in sog. Wasser­fall­diagram­men (Campbell-Diagrammen) so­wie die gra­fische Prä­sen­ta­tion und Inter­pre­tation der Eigen­for­men (Schwin­gungs­for­men). An­hand der Si­mu­la­tion er­folgt die Beur­tei­lung der tat­säch­lich zu erwar­ten­den Ampli­tuden (meist in Form von Dreh­momen­ten, Dreh­ge­schwin­dig­keiten, Beschleu­nigungen usw.) je nach Vor­gabe der An­regungen (d.h. Erreger­momente durch den Motor, den Arbeits­prozess bzw. durch die Arbeits­bedingungen).

Vorgehensweise

Eine typische Dreh­schwingungs­analyse wird in fol­gen­den Schritten durch­ge­führt:

• MODELLIERUNG
  Erstellung des Berechnungs­modells ge­mäß der Auf­gaben­stellung unter Berück­sichti­gung der rele­vanten Antriebs­elemente und Erregerquellen

• ANREGBARKEITS­ANALYSE
  Berech­nung und Inter­pretation des Eigen­verhal­tens inklu­sive der Dar­stellung von Reso­nan­zen in Campbell-Dia­gram­men in Ab­hängig­keit der An­re­gung, erste Modell­vali­die­rung

Bildquelle: RBTS, Inc. / USA (Software: ARMD)

• SIMULATION
  Er­mitt­lung der System­ant­wor­ten wie z.B. Dreh­mo­men­te in Wel­len, Kupp­lun­gen, Getriebe­stufen usw. ent­we­der zeit- oder dreh­zahl­abhängig

• AUFBEREITUNG UND ANALYSE DER ERGEBNISSE
  Inter­preta­tion der Berech­nungs­ergebnisse im Ver­gleich zu Mes­sungen und Erfah­rungen, finale Modell­vali­die­rung und ggf. Modell­verfei­nerung

• OPTION: VARIANTENUNTERSUCHUNGEN, SYSTEMOPTIMIERUNGEN
  Festlegung einer technisch und wirtschaftlich sinnvollen „besten“ Antriebskonfiguration

Simulationsverfahren

Man unterscheidet zwischen zwei unter­schied­lichen Simu­lations­ver­fah­ren:

a) die sog. STATIONÄRE SIMU­LA­TION (d.h. die Simu­la­tion des statio­nären Betriebs­verhaltens bei kon­stan­ter Betriebs­dreh­zahl auch als „Simu­la­tion im Fre­quenz­bereich“ be­zeich­net)

b) die sog. SIMU­LA­TION IM ZEIT­BEREICH (d.h. Simu­lation des in­statio­nären, zeit­ab­hängigen Be­triebs­verhaltens bei variabler Betriebs­dreh­zahl ggf. auch unter Be­rück­sich­ti­gung nicht­linearer Ein­flüsse auf­grund Ge­trie­be­spiel oder Gummi­kupp­lungen bzw. Schalt­kupp­lungen; Anwen­dungen: Anlauf- und Start­vorgänge, elek­tri­sche Stör­vorgänge)

Mögliche Reso­nanz­lagen so­wie auch die tatsäch­lichen Bean­spru­chungen (Dreh­momente) in den ein­zel­nen Wel­len­ab­schnit­ten, Kupp­lungen und Ge­trie­ben lassen sich im Voraus er­mitteln („simu­lieren“) und beur­teilen – eine Art „Wetter­vorher­sage“ für das dyna­mi­sche Ver­hal­ten von kom­pletten An­triebs­strängen. Hier: Beispiel für einen Kolben­kom­pressor-Antrieb.

Bildquelle: RBTS, Inc. / USA (Software: ARMD)

Spezialanalysen, NVH-Untersuchungen

Auch dynamisch-akustische Eigen­schaften sind im Rah­men von sog. NVH-­Studien (NVH = „Noise, Vibration, Harshness“) modell­technisch abbild­bar, was ins­beson­dere bei der Opti­mie­rung der Dyna­mik in Fahr­zeug­an­triebs­strän­gen von zen­tra­ler Be­deu­tung ist. Spe­zielle Refe­renzen bzw. auch wei­ter­ge­hen­de In­for­ma­tionen wer­den auf An­fra­ge ger­ne zur Ver­fü­gung ge­stellt.

Bildquelle: ESI-ITI, Dresden (Software: SimulationX)

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