Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFElastomerlager werden in der Regel zur Reduktion von Schwingungen, also zur Entkopplung von Teilsystemen verwendet. Neben der Voraussetzung die mechanischen Lasten unter der jeweiligen Umweltsituation betriebsfest zu ertragen, kommt dem Übertragungsverhalten der Lagerkomponente in den jeweiligen Raumrichtungen eine besondere Bedeutung zu. Abhängig von Belastungsamplitude und –frequenz variiert der Dämpfungsanteil im Lager. Die Lagerkennlinie wird i.d.R. bewusst stark nichtlinear, d.h. mit einer Versteifung bis hin zu harten Anschlägen bei hohen Belastungen ausgelegt. Diese Charakteristik gilt es durch Messungen an den Lagern zu verifizieren um zum einen die Erfüllung der Spezifikationen nachzuweisen und um zum anderen die notwendigen Daten für eine Modellerstellung und die anschließende numerische Systemsimulation bereitzustellen.
Charakterisierung von Elastomerbauteilen
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Fahrdynamik und Betriebsfestigkeit
Für die Anwendungen Fahrdynamik und Betriebsfestigkeit aufgrund von Straßenanregungen wird eine solche Charakterisierung im LBF auf servohydraulischen Prüfständen bis hin zu Frequenzen von 100 Hz durchgeführt. In einer speziellen Prüfeinrichtung (oberes Bild) kann eine solche Charakterisierung auch multiaxial und unter Vorlasten in anderen Raumrichtungen durchgeführt werden. Die untere Abbildung zeigt eine solche Messung an einer typischen Fahrwerksbuchse auf Naturkautschukbasis.
Vibroakustik
Im Rahmen der Produktentwicklung im NVH-Bereich gilt die Prüfung und Charakterisierung von Materialien und Bauteilen als essentieller Bestandteil. Zu diesem Zweck ist eine zuverlässige experimentelle Kennwertermittlung erforderlich, um eine Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie deren Auslegung hinsichtlich der gewünschten Systemcharakterisitik zu gewährleisten. Die dynamische Transfersteifigkeit ist dabei ein wichtiger Kennwert. Sie kennzeichnet in komplexen Größen das vibroakustische Transferverhalten und beschreibt die Trägheits-, Federungs- sowie Dämpfungseigenschaften bei verschiedenen Frequenzen. In vielen Fällen erfolgt die dynamische Charakterisierung von Elastomerbauteilen (NVH-Bauteile) meist mit hydraulischen Prüfmaschinen, was die Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Messergebnisse auf den niedrigen Frequenzbereich beschränkt. Am Fraunhofer LBF wird als Ergänzung zu bestehender servohydraulischer Prüftechnik das Konzept der hybriden Prüftechnik verfolgt. In technologischer Hinsicht verbindet dieses Konzept mehrere Aktoren (Elektrodynamischer Schwingerreger und elektromechanischer Spindelantrieb), um dadurch den mit üblichen Materialprüfanlagen realisierbaren Prüffrequenzbereich deutlich zu erweitern. Den dynamischen Signalanteilen des elektrodynamischen Schwingerregers können statische Signalanteile überlagert werden. Die maximale statische Kraftamplitude liegt bei 5 kN und die dynamische Kraftamplitude bei 8 kN. Für die dyn. Charakterisierung von NVH-Bauteilen wird der Prüffrequenzbereich bis 2000 Hz ermöglicht. Das Verhältnis Prüffrequenz und erreichbare Kraft- und Wegamplitude ist abhängig vom Probenmaterial. Die Prüfungen werden entsprechend den anwenderspezifischen Vorgaben des VDA sowie in Anlehnung an die neuesten DIN-Normen zum Thema „Vibroakustische Transfereigenschaften elastischer Elemente“ durchgeführt. Die ermittelten Kennwerte werden weiterführend für die Modellbildung und numerische Simulation verwendet.
Kompetenzen und Methoden:
- Hochfrequente dynamische Charakterisierung passiver und aktiver Lager bis 2000 Hz (z.B. Motorlager, Fahrwerksbuchsen, Maschinenlager)
- Entwicklung neuer Lagerungskomponenten (z.B. aktive Lager)
- Parametrierung und Validierung numerischer Simulationsmodelle
- Transferpfadanalyse (Steifigkeitsmethode)
- Nachfahren von Betriebsmessungen im Prüfstand – Test aktiver Lager (z.B. Regelung)
- Untersuchung von Werkstoffeigenschaften