Praxistipps: Schwingungen in Antriebsgruppen

Der Antriebsstrang besteht in der Regel aus:

  • einem treibenden Element (Antriebsmaschine)
  • Kupplungselement (Kupplung, Getriebe etc.)
  • Einem angetriebenen Element (Leistungsabnehmer)

Im Antriebsstrang wird die mechanische Leistung übertragen, die sich aus Drehzahl und Drehmoment errechnen lässt. Im Bereich der Mobilhydraulik werden überwiegend Antriebsmaschinen eingesetzt die nach dem Hubkolbenprinzip arbeiten (Dieselmotor). Diese Motoren geben ihre Leistung nicht gleichmäßig während einer Umdrehung an die Kurbelwelle ab. Das von dem Zylinder in die Kurbelwelle eingeleitete Drehmoment schwankt sehr stark, kann aber durch Erhöhung der Anzahl von Zylindern aufgrund größerer Schwungmassen reduziert werden. Die Leistungsabnehmer, die häufig in diesem Bereich verwendet werden, sind Pumpen, Kompressoren oder Generatoren.

Wie entstehen Schwingungen im Antriebsstrang?

Verursacht werden Schwingungen aufgrund der Zündfolge des Antriebmotors bedingt durch die Taktfrequenz. Da das Material (Stahl) ein elastisches Verhalten mit einer Eigenmasse aufweist, werden diese Schwingungen weitergegeben und es entsteht ein schwingungsfähiges System mit einer bestimmten Frequenz. Sollte dieses System mit der Eigenfrequenz angeregt und nicht gedämpft werden, könnte dies zu einer Resonanz führen, da die Schwingungsamplitude in Abhängigkeit der Anregungsamplitude steigt. Es folgt ein Versagen des Systems.

Um dies zu vermeiden, werden meist hochelastische Drehschwingungsdämpfer (Kupplungen) eingesetzt die nicht nur zur Dämpfung der Amplituden verwendet werden sondern ebenfalls die erste Eigenfrequenz in einen unkritischen Zustand legen.

In diesen Drehschwingungsdämpfern kommen spezielle Elastomere zum Einsatz, die sehr gute Elastizitäten und Dämpfungseigenschaften besitzen. Die dabei verwendeten Materialien basieren auf Naturkautschuk oder auf temperaturbeständigerem Silikon. Dennoch können durch die hohen dynamischen Belastungen diese Kupplungen aufgrund verschiedener Ursachen ausfallen.

Versagensfälle:

  • Ermüdung (Dauerbruch)
  • Thermische Zerstörung (Reversierung)
  • Gewaltbruch
  • Alterung

Die häufigsten Schadensfälle können auf Versagen durch Ermüdung und thermische Zerstörung zurückgeführt werden. Hier entsteht durch die hohe Dämpfungsarbeit Wärme die sich negativ auf das Elastomermaterial auswirkt. Dabei werden die Molekülketten aufgespalten und der Werkstoff härtet aus.

Es ist nun keine schwingungsdämpfende Eigenschaft mehr gewährleistet und die vom Dieselmotor erzeugten Schwingungen werden über die Kupplung ins Getriebe geleitet wo sie ebenfalls Schaden verursachen könnten.