Einfluss der Temperatur auf die frequenzabhängige Steifigkeit und Dämpfung von Elastomer-Lagern

Da neben den Trägheitseigenschaften einer Struktur vor allem die Steifigkeits- und Dämpfungsparameter der Lagerung ihr Schwingungsverhalten beeinflussen, ist eine genaue Kenntnis dieser Einflussgrößen von entscheidender Bedeutung bei der Auslegung dynamischer Systeme. Dabei sind diese Parameter abhängig von der Schwingungsfrequenz und der Temperatur, was für eine valide Beschreibung berücksichtigt werden muss. Gerade bei Maschinen, die über einen langen Zeitraum betrieben werden, kommt es in der Regel zu einer Erwärmung, die zu einem Abfall der Dämpfung führt. Mögliche Folgen sind das Auftreten instabiler Schwingungen, deren Konsequenzen bis zum plötzlichen Maschinenausfall durch Versagen von Struktur oder Lagerelementen reichen können.
Mit einem rheologischen Ersatzmodell kann bei einer definierten Frequenz eine äquivalente Steifigkeit und ein Dämpfungswiderstand bestimmt werden. Der Energiehaushalt einer vollen harmonischen Schwingung eines Feder-Dämpfer Systems wird dabei herangezogen, um die Parameter zu berechnen, die abschließend als Kennfelder in die numerische Simulation implementiert werden können. Die Prüfung der zu untersuchenden Elastomer-Lager erfolgt mit einem elektrodynamischen Shaker (max. 440 N Sinus-Amplitude), wobei die Kraft zwischen Shaker und Elastomer-Lager mit einer piezoelektrischen Kraftmessdose (±450N) gemessen wird. Für die Bestimmung der Auslenkung wird ein Laser-Triangulationssensor verwendet, welcher den Weg zwischen Shaker und Elastomer-Lager aufzeichnet, woraus die Kraft-Weg Beziehung folgt.
Die Messungen werden für mehrere Frequenzen unter harmonischer Anregung durchgeführt, wobei die Elastomer-Lager zusätzlich mit einem Heizelement in Einbauposition thermisch vorkonditioniert werden. Damit kann in einem kleinen Zeitfenster nach dem Entfernen des Heizelements die Messung der dynamischen Eigenschaften erfolgen.
Als Ergebnis konnten verschiedene Elastomer-Lager hinsichtlich ihrer temperatur- und frequenzabhängigen Dämpfung (und Steifigkeit) verglichen werden, was für den Einsatz in dynamischen Maschinen sehr wichtig ist, da nur so die Dämpfungen für alle Betriebszustände abgeschätzt und instabile Bereiche identifiziert werden können.