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Über dieses Buch

Thomas Stietz untersucht das Bewegungsverhalten und die dynamischen Eigenschaften von Kugelgelenken für den Lastfall Kippen. Im Gegensatz zu Elastomerlagern wurden die stark reibungsbehafteten Kugelgelenke unter diesem Gesichtspunkt bisher kaum beachtet, obwohl der durch das Abrollen der Reifen entstehende Körperschall im Frequenzbereich zwischen 30 Hz und 400 Hz einen dominanten Einfluss auf die Schallabstrahlung in die Fahrgastzelle hat. Bei der Rotationsbewegung im Gelenk treten außerdem Haft- und Gleitzustände in Abhängigkeit von einer niederfrequenten Grundanregung auf, die sich auf die dynamischen Eigenschaften der Gelenke im akustisch relevanten Frequenzbereich auswirken.

Der Autor

Thomas Stietz promovierte am IVK der Universität Stuttgart und ist nun an einer beruflichen Schule im Lehramt mit den Schwerpunkten Fahrzeug- und Fertigungstechnik tätig.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Fahrwerksbauteile unterliegen bei ihrer Entwicklung einem Zielkonflikt aus mehreren Bereichen. Um eine optimale Abstimmung aus hohen Bauteilsteifigkeiten, einem niedrigen Gewicht, einer hohen Lebensdauer und geringen Reibungswerten zu erreichen, sind definierte Kriterien zur Bewertung ihrer Eigenschaften in einer möglichst frühen Entwicklungsphase notwendig. Insbesondere die Bewertung von akustischen und vibratorischen Schwingungseigenschaften (NVH) erfolgt in einer frühen Entwicklungsphase durch eine Simulation des Gesamtfahrwerks.

Thomas Stietz

Kapitel 2. Stand der Technik

Die Beschreibung des dynamischen Kontaktverhaltens sphärischer Gelenke wurde bisher vor allem unter dem Gesichtspunkt tribologischer Vorgänge im Gleitkontakt untersucht. Im Vordergrund dieser Betrachtung stehen hierfür Ansätze, die explizit die Reibung aufgrund von Schmiermechanismen und Festkörperkontakt in einem Gleitspalt erklären. Bereits im Jahre 1881 legte Hertz die theoretischen Grundlagen der modernen Elastohydrodynamik, die später durch experimentelle Untersuchungen von Tower ergänzt wurden.

Thomas Stietz

Kapitel 3. Theoretische Grundlagen

Kugelgelenke in Fahrzeugachsen dienen der beweglichen Verbindung zweier Körper. Dabei werden grundsätzlich rotatorische Bewegungen in mehreren Freiheitsgraden zugelassen, während translatorische Verschiebungen innerhalb des Gelenks unterbunden werden. Die Umsetzung im Bauteil wird durch den Kontakt von zwei sphärischen Oberflächen realisiert, die in der Regel durch einen Schmierfilm getrennt werden. Dieser Schmierfilm hat die Aufgabe, tribologische Prozesse gezielt zu beeinflussen, um gewünschte Funktionseigenschaften für die geforderte Lebensdauer zu ermöglichen.

Thomas Stietz

Kapitel 4. Versuchsaufbau

Die experimentelle Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Kugelgelenken im Fahrzeug gestaltet sich während des Fahrbetriebs schwierig. Zusätzlich zu dem begrenzten Bauraum gibt es zahlreiche Störeinflüsse durch Rückwirkungen mit anderen Fahrwerkskomponenten, die eine isolierte Betrachtung der Vorgänge in den Gelenken erschweren. Aus diesem Grund wurde ein Komponentenprüfstand entwickelt und aufgebaut, der eine detaillierte Untersuchung von Eigenschaften und Übertragungsverhalten von Kugelgelenken bei einer Kipp- beziehungsweise Drehbewegung ermöglicht.

Thomas Stietz

Kapitel 5. Analyse und Diskussion der Messergebnisse

In Kapitel 4.1 wurde das Eingangssignal am Prüfstand abgeleitet. Es besteht aus einer Grundanregung und einer Anregung im akustisch relevanten Frequenzbereich. Vor der Untersuchung des Gelenkverhaltens bei Anregung mit zwei überlagerten Frequenzen, wird zunächst der Einfluss der Grundanregung näher beleuchtet.

Thomas Stietz

Kapitel 6. Numerische Betrachtung

Die Messergebnisse der durchgeführten Versuche liefern bereits grundlegende Informationen über das Bewegungsverhalten unterschiedlicher Prüfgelenke. Für ein tieferes Verständnis der Wirkmechanismen im Kontaktspalt und zur Identifikation geeigneter Parameter für die numerische Fahrwerksberechnung wurde weiterführend ein nichtlineares Gelenkmodell aufgebaut. Aus dem Vergleich zwischen Versuchs- und Berechnungsergebnissen lassen sich eine Reihe zusätzlicher Informationen ableiten, die aus der Analyse der Messergebnisse nicht hervorgehen.

Thomas Stietz

Kapitel 7. Schlussfolgerung und Ausblick

Der Stand der Technik bei der experimentellen Erfassung des Bewegungsverhaltens von Kugelgelenken in Fahrzeugachsen zu Beginn des Forschungsvorhabens beschränkte sich weitestgehend auf die Messung des Reib- und Losbrechmoments bei Auslenkung mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit. Ziel war es, das dynamische Gelenkverhalten in einem für die Schallabstrahlung in die Fahrgastzelle relevanten Frequenzbereich zwischen 90 und 300 Hz zu ermitteln. Um die Randbedingungen bei einer straßenähnlichen Anregung auf dem entwickelten Gelenkprüfstand abzubilden, wurden im Fahrzeug auftretende Gelenkverdrehwinkel hergeleitet, die aus niederfrequenten Schwingungsphänomenen kleiner 30 Hz resultieren.

Thomas Stietz

Backmatter

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