Untersuchungen zur praktischen Umsetzung von Elastomer-Lagersitzen in Hochdrehzahl-Traktionselektromotoren

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Horn, Maik: Untersuchungen zur praktischen Umsetzung von Elastomer-Lagersitzen in Hochdrehzahl-Traktionselektromotoren. Hannover : Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, Diss., 2019, xvi, 147 S. DOI: https://doi.org/10.15488/8304

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Die vorliegende Arbeit skizziert einen möglichen Weg für die Umsetzung von viskoelastischen Lagersitzen in elektrischen Antriebssystemen, wie sie in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen.Richtig ausgelegt können derartige Lagersitze die Akustik verbessern und somit den Komfort imFahrzeuginneren steigern. Die Umsetzung erfolgt auch mit Blick auf die Praxis; die Herstellung derElastomerbauteile erfolgt beispielsweise im praxisnahen Spritzgussverfahren. Lagersitze mit umgebendenElastomerbauteilen wurden bis jetzt in anderen Arbeiten vordergründig untersucht, um eineVerstimmung (Verschiebung der Eigenfrequenzen) von rotierenden Systemen zu erreichen. Neuartigist nun die Herangehensweise bei der Auslegung. Die Vision ist es, den Impedanzsprung vonSchichtsystemen für eine Körperschallisolation auszunutzen, ohne dabei die Radialsteifigkeit desLagersystems auf ein nicht anwendbares Niveau zu senken. Dies soll vor allem die Hochdrehzahltauglichkeitbis 18000 min-1 und höher erhalten sowie größere Änderungen beim dynamischen Verhaltendes Rotorsystems verhindern. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Materialverhalten vondrei ausgewählten Elastomeren untersucht, ACM60, AEM60 und AEM70. Die Charakterisierungder Materialien zeigt Unterschiede zwischen diesen, welche sich auch auf die Performance der Lagersitzeauswirken. Dabei wurde das Verhalten der Materialien sowohl statisch als auch dynamischuntersucht. Für die Untersuchung des dynamischen Verhaltens wurde ein eigener Prüfaufbau entwickelt,welcher die Charakterisierung des dynamischen E-Moduls bis zu 7 kHz direkt ermöglicht. DieErgebnisse der zwei Komponentenprüfstände bestätigen das unterschiedliche Verhalten der Materialien;entsprechend wichtig ist die Materialauswahl. Am Unwuchtprüfstand wurde die Steifigkeit derLager sowie das Modalverhalten und der Orbit des Rotors im Hinblick auf verschiedene Verpressungenund Elastomere untersucht. So konnte eine optimale Verpressung für die Auslegung am Systemprüfstandgefunden werden. Am systemnahen Komponentenprüfstand wurde der Übertragungspfadnäher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Elastomer-Lagersitze den vom Gehäuse desPrüflings abgestrahlten Luftschall reduzieren und eine wirksame Isolation möglich ist. Beispielweisekonnte der übertragene Körperschall für eine definierte Ordnung um 20% gesenkt werden ohnegrößere Eingriffe in die Rotordynamik.
This thesis gives an outline for the implementation of viscoelastic bearing carriers intended for use inelectrical traction motors, as they are nowadays used by the automotive industry. A properly designedviscoelastic bearing support is able to improve acoustics and therefore comfort of vehicle passengers.The implementation is carried out with regards to practical aspects, e.g. fabrication of elastomer partsis done by injection moulding. In past theses bearings with elastomer support were mainly investigatedto accomplish a modified rotor system behaviour, regarding resonance frequencies. In this thesisanother, novel, approach is used. It is the vision to utilise the impedance jump of layer systems foran improved isolation without lowering the radial stiffness of the bearing system in amounts leadingto unhandy rotor performance. This shall secure high rotating speed capability until 18000 min-1or higher as well as only small influences on the resonance behaviour of the rotor system. To accomplish this target, the material characteristics of three selected elastomers, ACM60, AEM60 andAEM70, are investigated. The material investigation reveals differences between each other, affectingthe performance of the elastomer supported bearing carrier. The materials are examinend regardingstatic as well as dynamic behaviour. For the dynamic behaviour a special set up is developed whichallows to directly determine the ekastic modulus up up to 7 kHz. The different behaviour of the materialsis confirmed by tests on two component test benches. Therefore, material selection is important.Stiffness, eigenmodes and orbit are investigated with respect to compression and elastomer at theimbalance test bench. Thus the ideal compression could be determined for designing the viscoelasticbearing support for the system test bench. On the machine oriented component test bench the transmissionpath of the elastomer supported bearing carriers is further investigated. It is shown that suchbearings are able to reduce emitted acoustic noise. Furthermore, an appropriate operating isolationis confirmed, due to the investigation of a specific order level trend, which indicates a reduction ofstructure-borne noise by 20% without detrimental effect on rotor dynamics.
License of this version: CC BY 3.0 DE
Document Type: doctoralThesis
Publishing status: publishedVersion
Issue Date: 2019
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