Reibungserregte Instabilität

Abbildung 1:Stab-Scheibe Prüfstand

Abbildung 2: Simulation des Stab-Scheibe Systems

Abbildung 3: Reibungskraft in Abhängigkeit der Verschiebung. Simulation auf Basis unsicherer Parameter (blau), Messung (rot)

Aufeinander gleitende Baukomponenten finden sich im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus sehr häufig, wie beispielsweise bei Türscharnieren, Gleitführungen und Lagern, Kupplungen oder Bremssystemen. Unter bestimmten Voraussetzungen kann die Reibung zwischen den Bauteilen zu einer Erregung führen, bei der sich die Gleitpartner aufschwingen. Dieses Verhalten wird als Instabilität bezeichnet und kann die Funktionalität des Systems beeinträchtigen oder sich in unangenehmer Weise akustisch äußern.

Experimentelle Analyse

Die reibungserregte Instabilität kann anhand eines Stab-Scheibe Systems (siehe Abb. 1) untersucht werden. Dabei wird der Stab mit der Stirnseite gegen eine Scheibe gepresst, die eine Drehung um die eigene Achse vollzieht. Der Gleitkontakt zwischen den Komponenten führt bei einer bestimmten Konfiguration zu einer Erregung, bei der sich das System aufschwingt. Um dieses Phänomen näher zu untersuchen, wird das Schwingverhalten des Systems bei stehender und rotierender Scheibe betrachtet. Für diese Analyse kommen im Labor eine Reihe von verschiedenen Messtechniken zum Einsatz: Laser-Doppler-Vibrometrie, Messungen mit piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern, Erregung durch Impulshammer, Schalldruckpegelmessung mit Mikrophonen.

Numerische Simulation

Neben der Untersuchung am Prüfstand wird die reibungserregte Instabilität mit Hilfe der Finite Elemente Methode oder Modellierung als Mehrkörpersysteme untersucht (siehe Abb. 2). Dabei werden die Modelle mit den Messergebnissen am Prüfstand abgeglichen. Die nachfolgende Simulation der Instabilität ermöglicht eine detaillierte Untersuchung des Phänomens, wie sie am Prüfstand nur schwer zu bewerkstelligen ist oder für manche Messgrößen gar unmöglich ist.

Berücksichtigung von Parameterunsicherheiten

Jede Modellierung eines physikalischen Systems unterliegt Unsicherheiten, die sich aus unzureichendem Wissen, Vereinfachungen oder Idealisierungen ergeben können. Damit ist stets eine gewisse Abweichung vom physikalischen System in Form von Parameterunsicherheiten vorhanden. Um den Einfluss der Parameterunsicherheiten auf die Instabilität des Stab-Scheibe Systems zu untersuchen, wird die sogenannte Fuzzy-Arithmetik zu Hilfe genommen. Dabei werden die Parameterunsicherheiten als Fuzzy- Zahlen beschrieben, und man erhält nach der Modellsimulation auch für die Ergebnisse fuzzywertige Größen (siehe zum Beispiel Abb. 3).

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• Unsicherheiten in dynamischen Systemen

Ansprechpartner

• apl. Prof. Dr.-Ing. Michael Hanss
• M.Sc. Andreas Hanselowski