Kupplungen

Äußere Einflüsse stören dynamische Stabilität von Wellenkupplungen

26.07.2010 | Autor / Redakteur: Rainer Sturmath / Monika Zwettler

Ganzstahlkupplungen gleichen montage- oder betriebsbedingte Wellenverlagerungen elastisch aus; zeitlich veränderliche, äußere Lasten beeinflussen jedoch das dynamische Verhalten der Ringscheibensegmente.Bild: Chr. Mayr

Wenn äußere Einflüsse die Koppelelemente von Wellenkupplungen zu ungewollten Schwingungen anregen, kann das letztlich zum Stillstand kompletter Anlagen führen. Kritisch ist die Längsschwingung im Bereich der doppelten untersten Eigenbiegefrequenz der Ringscheibensegmente.

Ganzstahlkupplungen mit federnden Übertragungselementen als Koppelelemente übertragen Leistungen in Wellensträngen von beispielsweise elektrischen Antrieben, Generatoren oder Turbinen drehstarr und gleichen montage- oder betriebsbedingte Wellenverlagerungen mit geringen Rückstellreaktionen elastisch aus [1 bis 3].

Belastung von Kupplungen wird oft nur näherungsweise berechnet

Die Beschreibung der elastischen Verformungen der Koppelelemente unter zeitlich veränderlichen äußeren Lasten, wie sie zum Beispiel durch eine periodische Arbeitsweise bei Kolbenmaschinen (Gasdruckschwankungen, oszillierende Massenkräfte) vorkommen, ist im Allgemeinen nicht durch geschlossene analytische Lösungen für die Bewegungsgleichungen und Beanspruchungen möglich; man begnügt sich mit gebietsweisen Näherungslösungen wie der Methode der finiten Elemente und dem Galerkin-Verfahren.

Das dynamische Verhalten der druckbeanspruchten Ringscheibensegmente von Ganzstahlkupplungen wird durch mechanische Auswuchtfehler infolge von Fertigungsungenauigkeiten, Verschleiß oder speziellen Stoßereignissen beeinflusst. In Antriebssträngen von Maschinen und Anlagen kann diese Beanspruchung zu ungeplanten Stillstandszeiten sowie erhöhten Wartungs- und Reparaturkosten führen.

Schwingungen des Lastmoments haben verschiedene Ursachen

Der folgende Beitrag behandelt das dynamische Verhalten des druckbeanspruchten Ringscheibensegments am mathematischen Ersatzmodell des schlanken Stabes [3]; dabei wird der Einfluss der Normalkraft, die Vorverformung und eine Anregung in Längsrichtung berücksichtigt. Es werden Informationen und Anregungen zu Problemlösungen für die dynamische Beanspruchung der Ganzstahlkupplung gegeben.

Schwingungen des übertragenen Lastmoments entstehen durch veränderliche An- und Abtriebsmomente oder durch axiale beziehungsweise radiale Wellenbewegungen aufgrund äußerer Anregung. Der Bereich des doppelten Frequenzverhältnisses zwischen erzwungener Schwingung und Eigenschwingung hat eine große praktische Bedeutung.

Koppelelement zwischen starren Flanschen bestimmt Gestalt einer Ganzstahl-Wellenkupplung

Das gestaltbestimmende Bauteil [4] einer Ganzstahl-Wellenkupplung ist das Koppelelement zwischen den starren Flanschen. Es leitet das Wellenmoment von der An- zur Abtriebswelle und gleicht durch seine elastische Verformung Wellenverlagerungen verschleißfrei aus.

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