Mit der Tschan TNR präsentiert Ringfeder Power Transmission ein neues Wirkmodell für hochelastische Kupplungen. Im Gegensatz zu üblichen drehelastischen Wellenkupplungen, ermöglicht die TNR durch Einstellbarkeit einen sanfteren Anlauf und ein drehschwingungsoptimiertes Laufverhalten.
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Wellenförmige Unterlegscheiben, Spiraldruckfedern, Tellerfedern... Die Liste erprobter Federn, die für eine Vielzahl von Anwendungen in Frage kommen, ist...
Der Autor: Benjamin Knöfler, freier Journalist, Obernburg, i. A. von Ringfeder Power Transmission
Zwischen Verbrennungsmotor und beispielsweise einem Verteilergetriebe montiert, ist die neuartige, nichtschaltbare Kupplung nicht nur ideal für mobile Baumaschinen wie Bagger, Kräne, Schlepper oder Radlader, sondern darüber hinaus auch perfekt geeignet auf allen Gebieten der Energiegewinnung mit Verbrennungsmotoren – u. a. für Notstromaggregate oder mobile Stromerzeuger.
Kupplung bestimmt niedrigste Eigenfrequenz
Beim Einsatz von Verbrennungskraftmaschinen wie den oft verwendeten Dieselmotoren kommt es zu dynamischen Anregungen im Antriebsstrang. Diese wirken sich durch Drehschwingungen aus und sind bedingt durch die periodische Anregung der Gas- und Massenkräfte. Das reale dynamische Verhalten eines Antriebsstrangs kann mathematisch durch eine Verkettung von Massenträgheitsmomenten, Dämpfungen und Steifigkeiten nachgebildet werden.
Bei welchen Frequenzen, also Drehzahlen, Störungen auftreten, ist abhängig von den Steifigkeiten und den Massenträgheitsmomenten des gesamten Antriebsstranges. Die Lage der niedrigsten Eigenfrequenz wird dabei durch die geringste Steifigkeit – somit signifikant von der verwendeten Kupplung – und der Verteilung der Massenträgheitsmomente der rotierenden Bauteile bestimmt. Wenn Anregungsfrequenz und Eigenfrequenz zusammentreffen, treten unvermeidbare Resonanzdrehzahlen auf. Durch die gezielte Einstellung der Massenträgheitsmomente und der Kupplungssteifigkeit können diese aus dem Betriebsdrehzahlbereich in unkritische Bereiche verschoben werden.
Ein bekanntes Beispiel für das beschriebene Wirkverhalten ist das Schwungrad am Dieselmotor. Aufgrund des zusätzlichen Massenträgheitsmomentes sorgt es für eine Homogenisierung des Drehmomentverlaufes. Da Schwungräder aber auf den Brennstoffverbrauch und die Laufgüte, also auf den Verbrennungsprozess ausgelegt werden, ist die Beeinflussung der Resonanzstellen an der Antriebsseite durch ein zusätzliches Massenträgheitsmoment nicht sinnvoll. In der Praxis haben sich elastische Kupplungen mit entsprechend geringen Steifigkeiten als ideale Problemlöser in diesem Szenario behauptet.
Gleichbleibende äußere Abmessungen
Genau hier setzt das Modell der neuen Tschan TNR aus dem Hause Ringfeder an. Den größten Einfluss auf die beschriebenen Resonanzstellen hat aufgrund ihrer geringen Steifigkeit die Wellenkupplung. Die Besonderheit bei der Entwicklung des innovativen Konzepts ist, dass die Kennwerte der Kupplung bei gleichbleibenden äußeren Abmessungen in einer großen Bandbreite und mit geringem Aufwand verändert werden können. Durch die räumliche Trennung und die damit verbundene Reihenschaltung elastischer Puffer wird die TNR-Kupplung „einstellbar“. Nötig ist dafür lediglich die geschickte Kombination der zur Verfügung stehenden Elastomere auf einer inneren und einer äußeren Pufferebene. So kann die Steifigkeit einfach und optimal auf den Antriebsstrang abgestimmt werden.
Häufig steht pro Kupplungstyp und Baugröße nur eine eng begrenzte Auswahl an Übertragungselementen zur Verfügung, die zudem oft fest mit der Nabe verbunden sind. Es mussten Kompromisse beim Drehschwingungsverhalten gemacht werden. Durch Einsatz der Tschan TNR lassen sich jetzt die Eigenschaften der Kupplungen dynamisch mit geringem Aufwand verändern.
Die entscheidende Idee
„Während meiner Tätigkeit als Ingenieur im Bereich der Forschung und Entwicklung für Ringfeder Power Transmission stolperte ich immer wieder über die Problematik, Kupplungen für Antriebsstränge auszuwählen, die zum Drehschwingungsverhalten der Anlage passten“, erzählt Entwicklungsingenieur Simon Graf die Historie der TNR. „Es müssen häufig Kompromisse eingegangen werden, denen eine aufwendige Auslegung vorangeht“, bestätigt auch der strategische Produktmanager Norbert Telaar. Aus dieser Beobachtung wurde die Idee geboren eine Kupplung zu entwickeln, bei der die Steifigkeit in weiten Bereichen einstellbar ist. „Die elastischen Elemente seriell anzuordnen und so die daraus entstehende Variabilität zu nutzen, war der entscheidende Ansatz“, sagt Graf.
Auf Herz und Nieren geprüft
Zunächst betrachtete man die gegebenen Problemstellungen bei der Abstimmung von Antriebssträngen. Aus den Erkenntnissen entwickelten die Ringfeder-Ingenieure einen Konzeptentwurf und erste Prototypen, die auf dem eigenen dynamischen Prüfstand auf Herz und Nieren getestet wurden. Beeindruckt von den ersten Ergebnissen, genehmigte die Geschäftsführung die kostenintensive weitere Entwicklung. Detailkonstruktionen und Simulationen wurden erstellt, weitere Tests auf dem Verspannprüfstand der Universität Bayreuth durchgeführt. Nach der Auskonstruktion mussten noch die mathematischen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Ebenen und den darauf zum Einsatz kommenden Elastomeren genau hergeleitet und durch weitere Versuche Nachweise für die Richtigkeit der Berechnungen erbracht werden. „Heute sind wir in der Lage, bei bekannten Materialkennwerten unterschiedliche Elastomere in unsere Auswahl einzubeziehen und eine schnelle Realisierung zu garantieren“, betont Telaar. I
Halle 25, Stand D23
Info & Kontakt
Ringfeder Power Transmission GmbH
Norbert Telaar
Head Strategic Product Management
Tel.: 06078 9385-187
Detaillierte Informationen zur einstellbaren Wellenkupplung
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