Drehschwingung

Die Drehschwingung oder Torsionsschwingung ist eine in der Technik wichtige mechanische Schwingung. Im Gegensatz zur translatorischen Schwingung erfolgt bei der Drehschwingung eine Schwingung um den rotatorischen Freiheitsgrad eines Systems.[1]

Allgemeines

Beim Einmassen-Schwinger hängt die sich ergebende Schwingungsdauer (Periode) von der Steifigkeit der Drehfeder und dem Rotations-Trägheitsmoment der angekoppelten Drehmasse ab.[2] Beim Mehrmassen-Schwinger sind die Drehfedern in der Regel drehmomentübertragende Bauteile wie Wellen oder Kupplungen, zwischen denen sich die Drehträgheiten (z. B. Zahnräder oder Schwungmassen) befinden.[3]

Erwünschte Drehschwingungen

Erwünscht sind Drehschwingungen in Bereichen, wo sie als Zeitnormal benötigt werden, etwa die schwingende Unruh in mechanischen Uhren.

Unerwünschte Drehschwingungen

In Fahrzeugen oder Schiffsantrieben mit Verbrennungsmotor werden Drehschwingungen häufig durch die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle angeregt und müssen daher entsprechend gedämpft werden.[4] Diese Drehschwingungen sind unerwünscht (etwa in mechanischen Antriebssystemen), wo sie die Ursache von Bauteilversagen, störendem Schall oder Vibration sind.[5] Die Berechnung der Drehschwingungseigenschaften (Eigenfrequenzen, Eigenformen) ist daher eine grundlegende Aufgabe bei der Auslegung eines Antriebssystems.

Bei Schienenfahrzeugen wird der Begriff Rollieren verwendet. Rollieren bezeichnet Drehschwingungen der beiden Räder eines Radsatzes gegeneinander, was eine Torsionsschwingung in der Radsatzwelle zur Folge hat.[6] Durch die Drehschwingungen entsteht Verschleiß, der durch einen Rollierschutz verhindert werden kann.

Dämpfung

Häufig werden dazu Dämpferelemente wie spezielle elastische Kupplungen (z. B. Zweimassenschwungrad) oder zusätzliche Schwungmassen (Schwingungstilger) in den Antriebsstrang eingebunden. Drehschwingungen in eigentlich gleichmäßig laufenden Systemen können mittels Magnetspulen wieder stabilisiert werden, die Schwingungen im Gegentakt aufbringen.[7]

Simulation

Um Antriebsstränge besser entwickeln zu können, können Drehschwingungen einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Drehschwingungsgenerator simuliert werden.[8]

Literatur

  • K. E. Hafner, H. Maass: Torsionsschwingungen in der Verbrennungskraftmaschine. Springer, Wien 1985, ISBN 3-211-81793-X
  • Dresig, H., Fidlin, A.: Schwingungen mechanischer Antriebssysteme: Modellbildung, Berechnung, Analyse, Synthese, Springer Vieweg Verlag; 3. Auflage, 2014, ISBN 978-3642241161.

Einzelnachweise

  1. ↑ Helmut Lindner, Wolfgang Siebke: Physik für Ingenieure, Band 10. Hanser Verlag, 2006, ISBN 978-3446406094, S. 194 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. ↑ Rolf Isermann: Mechatronische Systeme: Grundlagen. Springer, 2007, ISBN 978-3540323365, S. 149 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. ↑ Rolf Isermann: Mechatronische Systeme: Grundlagen. Springer, 2007, ISBN 978-3540323365, S. 156 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  4. ↑ Simulation und Modellierung von Antriebssystemen. (Nicht mehr online verfügbar.) simulationx.de, ehemals im Original; abgerufen am 6. Februar 2016.@1@2Vorlage:Toter Link/www.simulationx.de (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven.)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  5. ↑ Messung, Analyse und Minderung von Drehschwingungen. (Nicht mehr online verfügbar.) tugraz.at, ehemals im Original; abgerufen am 6. Februar 2016.@1@2Vorlage:Toter Link/portal.tugraz.at (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven.)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
  6. ↑ Thomas Benker, Thomas Weber: Rollieren. (PDF) In: EI-Eisenbahningenieur. April 2015, S. 47 ff, abgerufen am 6. Februar 2016.
  7. ↑ Störende Schwingungen – Problemlösung für Forschung und Industrie. 6. November 2003, abgerufen am 15. Dezember 2009.
  8. ↑ 2. Internationales Symposium für Entwicklungsmethodik, 2007, Wiesbaden. (Nicht mehr online verfügbar.) Ehemals im Original; abgerufen am 14. Dezember 2009.@1@2Vorlage:Toter Link/www.symposium-entwicklungsmethodik.com (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven.)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.