Drehschwingung

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Die Drehschwingung oder Torsionsschwingung ist eine Form der mechanischen Schwingungen. Im Gegensatz zur translatorischen Schwingung erfolgt bei der Drehschwingung eine Schwingung um den rotatorischen Freiheitsgrad eines Systems.[1]

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim Einmassen-Schwinger hängt die sich ergebende Schwingungsdauer (Periode) von der Steifigkeit der Drehfeder und dem Rotations-Trägheitsmoment der angekoppelten Drehmasse ab (siehe Schwingung).[2] Beim Mehrmassen-Schwinger sind die Drehfedern in der Regel drehmomentübertragende Bauteile wie Wellen oder Kupplungen, zwischen denen sich die Drehträgheiten (zum Beispiel Zahnräder oder Schwungmassen) befinden.[3] In der Technik haben Drehschwingungen eine wichtige Bedeutung.

Erwünschte Drehschwingungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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

Unerwünschte Drehschwingungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Fahrzeugen oder Schiffsantrieben mit Verbrennungsmotor werden Drehschwingungen häufig durch die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle angeregt und müssen daher entsprechend bedämpft 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 ein Verschleiß der durch einen Rollierschutz verhindert werden kann.

Dämpfung von Drehschwingungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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

Simulation von Drehschwingungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  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. simulationx.de, archiviert vom Original am 6. Februar 2016, abgerufen am 6. Februar 2016.
  5. Messung, Analyse und Minderung von Drehschwingungen. tugraz.at, archiviert vom Original am 6. Februar 2016, abgerufen am 6. Februar 2016.
  6. Thomas Benker, Thomas Weber: Rollieren. In: EI-Eisenbahningenieur. April 2015, S. 47 ff, archiviert vom Original am 6. Februar 2016, abgerufen am 6. Februar 2016 (PDF).
  7. Störende Schwingungen – Problemlösung für Forschung und Industrie. 6. November 2003, abgerufen am 15. Dezember 2009.
  8. 2. Internationales Symposium für Entwicklungsmethodik, 2007, Wiesbaden. Abgerufen am 14. Dezember 2009.