Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik (MEGT)

Dynamik von Kettentrieben

Kettentriebe sind robuste Elemente der Antriebstechnik, die überwiegend in der Transport und Fördertechnik zum Einsatz kommen. Im modernen Motorenbau dienen Ketten häufig als Steuertriebselement.

Untersuchung von Steuerkettentrieben:

Im modernen Motorenbau werden Kettentriebe vermehrt als Steuertriebselement eingesetzt. Häufig synchronisieren sie dabei nicht nur die Kurbwelwellen- mit der Nockenwellenbewegung, sondern treiben über Zwischenritzel als Mehrfachtriebe auch Nebenaggregate an (siehe Bild). Aufgrund seines Aufbaus aus elastischen Kettengliedern, hydraulisch vorgespannten Kettenspannern und deformierbaren Führungsschienen ist ein Kettentrieb ein schwingungsfähiges Gebilde. Beim Einsatz im Verbrennungsmotor treten Drehungleichförmigkeiten am Antrieb sowie diskontinuierliche Momenten-Zeit-Verläufe am Abtrieb auf, die das System Steuerkettentrieb dynamisch anregen. Der Kettentrieb stellt daher das zentrale Element in einem komplexen Schwingsystem dar, das nur bei genauer Kenntnis seines dynamischen Verhaltens zuverlässig berechnet werden kann. Dieses ist erforderlich, um den steigenden Anforderungen an Umweltfreundlichkeit und Effizienz des Verbrennungsprozesses gerecht zu werden.

Am MEGT-Lehrstuhl werden die dynamischen Phänomene an Steuerkettentrieben experimentell untersucht und auf Basis kommerziell verfügbarer, leistungsfähiger MKS-Software neue Ansätze entwickelt, mit denen sich die Dynamik von Steuerkettentrieben zuverlässig vorausberechnen lässt.

Zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Antriebsketten unter dem Einfluss von Torsionsschwingungen besteht eine Ketten-Prüfeinrichtung, die in den hochdynamischen Antriebselemente-Prüfstand integriert werden kann. In der Grundkonfiguration handelt es sich um einen einfachen Zwei-Räder-Trieb mit Führungsschienen, die das Auftreten von Trumschwingungen verhindern (Bild). Die Komplexität dieses Prüfaufbaus ist dabei bewusst niedrig gewählt, um die Anzahl an Einflussparametern überschaubar zu halten und dementsprechend gezielt Parameteruntersuchungen durchführen zu können.

Der hochdynamische Kettentriebsprüfstand gestattet es, auch eine mit einem hydraulischen Spannelement gespannte Spannschiene in den Kettentrieb zu integrieren. Somit können Interaktionen zwischen der Torsionsschwingungs-Anregung und den an der Spannschiene bzw. am Spannelement auftretenden Kräften und Verformungen ermittelt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit zur Untersuchung und Bewertung verschiedener Spannschienen-Konstruktionen (z.B. aus Kunststoff oder Aluminium), Spannelemente oder deren Versorgungsbedingungen (z.B. Ölviskosität, Zuleitungsdrücke) im unmittelbaren Betrieb.

Ebenso können auf dem Antriebselemente-Prüfstand auch geschleppte Ventiltriebe unter realitätsnahen Bedingungen untersucht werden.

Die ermittelten Ergebnisse dienen der Validierung der parallel dazu aufgebauten Dynamikmodelle von Kettentrieben.

Über die beschriebenen Grundlagenuntersuchungen hinaus besteht eine enge Kooperation mit dem Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen, der sich insbesondere mit der Untersuchung kompletter Steuer- und Ventiltriebssysteme beschäftigt.

Literatur:

  • Nicola, A.; Sauer, B.: Ermittlung des dynamischen Übertragungsverhaltens von Kettentrieben, VDI-Schwingungstagung 2006 - Schwingungen in Antrieben. 24. & 25.10.2006, Fulda.

Untersuchung von Förderketten:

Im Rahmen der MEGT-Kettenforschung werden auch Untersuchungen an Förderketten durchgeführt. Zielsetzung dieser Untersuchung ist insbesondere die Begrenzung des Kettenverschleißes im Betrieb. Hier spielen die Reib- und Schmierverhältnisse im Betrieb sowie das Geschwindigkeitsprofil des Förderantriebs eine wichtige Rolle. Mit Hilfe der Mehrkörpersimulation können die Auswirkungen verschiedener Geschwindigkeitsprofile an einer Förderanlage auf die entstehende Kettenkraft ermittelt werden.

Zur realitätsnahen Parametrierung der Modelle steht ein Stift-Scheibe-Prüfstand zur Verfügung, mit dem die zwischen Kette und Auflage wirkenden Reibwerte ermittelt werden können.

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