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Vorweg ein kleines Experiment zum Thema 'Schwingungen'. Zu dem Bild oben gibt es unten passend ein Video. Es zeigt sehr kurz, wie der schwarze Mercedes anfangs noch mitschwingt und dann durch Anhängen von Gewichten ruhig gestellt wird.

Wussten Sie schon, dass im Grunde kein Teil des Kraftfahrzeugs nur einfach starr ist? Jedes wird früher oder später belastet und verformt sich dabei, wenn auch nur minimal. Im Bereich des Antriebs häufen sich Teile, die auf Torsion beansprucht sind. Es bleibt aber nicht bei einer einmaligen Verformung, sondern die wird teilweise wieder rückgängig gemacht und kommt wieder, ein Vorgang, den man auch Elastizität nennt.

Schwingungen von elastischen Systemen, ob sie nun verdreht oder durchgebogen oder beides werden, sind rechnerisch nicht leicht in den Griff zu kriegen. Es ist aber besonders nötig, weil sie bei Bewegungen auftauchen und es nicht günstig ist, eventuelle auftretende Probleme durch Überdimensionierung zu lösen.

Zunächst ist einmal zu fragen, wer überhaupt an den Schwingungen teilnimmt. Immerhin haben wir es ja im Kfz-Bereich sehr selten nur mit einfachen Wellen zu tun. Diese haben vielleicht Kröpfungen, Nocken, Verdickungen als Lager oder einfach nur Zahnräder. Verdreht man letztere vorn und hinten auf der Welle befindliche gegeneinander, so wird die Welle nicht unwesentlich mit verdrillt.

Egal ob von der Welle oder von den Zahnrädern verursacht, wenn diese an den Wellenenden platziert sind, ist zwischen ihnen der Verdrehwinkel am größten. Die Stelle ohne Verdrehung auf der Welle ist der Schwingungsknoten, der übrigens keineswegs in der Mitte der Welle liegen muss. Wichtig ist, dass wir es ab jetzt nicht mehr nur mit einer Verdrehung zu tun haben, sondern mit Schwingungen.

Sobald man von Schwingungen spricht, ist auch die Frequenz (Häufigkeit) wichtig. Die wiederum richtet sich nach der Verteilung der Trägheitsmomente. Hat also das Zahnrad auf der einen Seite eine größere Masse, tendiert auch der Schwingungsknoten dorthin. Und wenn wir von einer Verdrehung sprechen, können wir das Ganze auch eine 'Torsionsfeder' nennen und dafür die schon bekannte Federkonstante bestimmen.

Die hat jetzt wiederum mit der Frequenz zu tun. Je mehr sich das oben beschriebene System gegen Verdrehung wehrt, je größer also die Federkonstante, desto größer die Frequenz. Sie nimmt ab, wenn die Trägheitsmomente der beteiligten Massen zunehmen. Hier liegen die Probleme, weil Schwingungen die als noch in zulässigen Grenzen befindlichen Torsionskräfte so überlagern können, dass es zu Schäden kommt.

Meist kommt es nicht gerade zum Bruch einer Welle, sondern immer wieder zu einer erhöhten Lagerbelastung. Hat man die Freiheit, platziert man die Lager am Nulldurchgang der Schwingungen, am Schwingungsknoten. Erstaunlich ist, dass Schwingungen auch Wärme erzeugen. Die entsteht immer, wenn ein mechanisches System durch Reibung verlangsam wird. In unserem Fall geschieht das durch die Lager, aber auch durch innere Reibung z.B. der Welle.

Nach Newton müssten die Schwingungen immer gleich bleiben, ja bei fortwährend wirkenden Kräften immer größer werden. Im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeug treten diese eher periodisch auf. Jetzt haben wir eine weitere Quelle der Störung. Wenn sich nämlich zwei Schwingungen ungünstig überlagern, entwickeln sich die daraus resultierenden, größeren Schwingungen u.U. zu einem handfesten Bruch. 11/13



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