Untersuchung zum Schwingverhalten an Riementrieben

Riementriebe (Keil- und Zahnriementriebe) durchlaufen beim Hochfahren bis zur Betriebsdrehzahl verschiedene Eigenresonanzen. Dies sind Biege-, Torsions- und Longitudinalschwingungen. Die Amplituden erreichen dabei teilweise sehr hohe Werte, die bis zum Herausrutschen des Riemens von der Scheibe oder langfristig zur Zerstörung des Riemens führen können. Auch ein erheblicher Geräuschpegel und hohe Belastungen angeschlossener Komponenten sind die Folge. Um während des Betriebes solche hohen Belastungen zukünftig zu vermeiden, sollte das Verhalten von Riementrieben unter möglichst realistischen Bedingungen untersucht werden. Dazu wurde ein Riemenprüfstand realisiert, der verschiedene Lastzustände und Schwingungsanregungen simulieren konnte.

Da Keil- und Zahnriemen aus verschiedenen Materialien bestehen, in der Regel aus einer Gummi - Stahldraht - Kombination, und die Eingriffsverhältnisse des Riemens in die Riemenscheibe sehr komplex sind, entsteht bei einer Parameter erregten  Schwingung (fremd erregte Schwingung z.B. durch eine Unrundheit der Riemenscheibe) ein nichtlineares Schwingungsverhalten. Das heißt, die Resonanzfrequenz eines bestimmten Schwingungsmodus erstreckt sich über einen großen Frequenzbereich mit ansteigenden Amplituden, bis schließlich die Schwingamplitude ihren Höchstwert erreicht hat und bei einem weiteren Anstieg der Erregerfrequenz plötzlich wieder zu Null wird. In der Praxis heißt das, beim Anlauf eines Riementriebes entstehen für längere Zeit gefährlich hohe Schwingamplituden. Wäre dagegen das Schwingungsverhalten linear, so würde beim schnellen Durchlaufen der Eigenfrequenz der Riemen zwar anfangen zu schwingen, würde aber sofort wieder aufhören zu schwingen, da die Eigenfrequenz sofort wieder verlassen wird. Da hier aber ein nichtlineares Verhalten des Riemens vorliegt, ist eine Aussage über die Höhe der Schwingamplitude und der zugehörigen Eigenfrequenz sehr schwierig. Um trotzdem Riementriebe für einen möglichst belastungsarmen, geräuscharmen und sicheren Betrieb entwerfen zu können, wurde ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem die Riemenschwingungen vorausberechnet werden können. Die Ergebnisse wurden mit den Messergebnissen des Prüfstandes verglichen, um das mathematische Modell zu optimieren.

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