Mobilkran: Minimierung von Schwingungen im Antriebsstrang

An einem Teleskopkran sollten grundlegende Untersuchungen des Antriebstranges Motor/Kupplung/Gelenkwellen/Getriebe die Ursachen und Zusammenhänge für auftretende Erscheinungen wie hohe dynamische Drehmomente, „Motorsägen“ und Gangspringen klären. Der untersuchte Teleskopkran ist im oberen Bild dargestellt.

Am stehenden Fahrzeug erfolgte eine Modalanalyse unter jeweils zwei diagonal zueinander positionierten Shakern am Motor und am Getriebe (Standschwingversuch). Danach wurde im Fahrbetrieb eine Betriebsschwingungsanalyse durchgeführt.

Die mittlere Abbildung zeigt die Wavelet-Zerlegung des Gelenkwellenmomentes (s) in die Schwinganteile d₁, d₃, d₆, und d₈ sowie das mittlere Gelenkwellenmoment (a₈). Hierbei ist eine starke Last- und Frequenzabhängigkeit zu erkennen.

Den größten Einfluss hat das Band d₆, das im mittleren Lastbereich bei 18 [Hz] Resonanzschwingungen des Getriebes zeigt. Diese Resonanz führte zur Schädigung der Synchronisation und infolge zum Gangspringen. Dieses Phänomen konnte durch eine weichere Getriebelagerung verhindert werden.

Weiterhin konnte der Einfluss ungenügender Bewegungsfreiheit der Motorlagerung nachgewiesen werden, was zu „Motorsägen“ führte. Dabei führt ein transientes (d₈) Ausschwingen der Motoreigenfrequenzen zum Anfachen der Reglerstange und damit zum „Sägen“ des Motors.

Simulationen zeigen zudem, dass eine gekoppelte Biege-/Torsionseigenfrequenz der Gelenkwelle (unteres Bild) bei 83 [Hz] liegt, die, angeregt durch die EO2 der Gelenkwellenkräfte/-momente, bei einer Drehzahl von 2490 [min^-1] zu Resonanzschwingungen führt. Dies wird bei der Betriebsschwinganalyse durch einen starken Anstieg der Gelenkwellenbiegung bei Erreichen der Maximaldrehzahl von 2300 [min^-1] bestätigt. Eine steifere Motorkupplung bringt diese Biege-/ Torsions-Eigenfrequenz auf 92 [Hz], was die Auswirkung dieser Resonanz auf den oberen Drehzahlbereich stark reduziert.