Welle-Rotor-Verbindungen mit innerer Dämpfung. Simulation und Analyse von einfachen Läufern und Laborzentrifugen

Innere Dämpfung innerhalb der Welle-Rotor-Verbindung kann bei Laborzentrifugen Stabilitätsprobleme verursachen. Die auftretenden Mechanismen sind zuweilen nichtlinear und lassen sich in viskose Dämpfungsvorgänge und Kontaktflächendämpfung unterteilen. Mit dem Ziel, diese Vorgänge in einer Simulation möglichst genau zu beschreiben, werden im ersten Teil der vorliegenden Arbeit einfache Läufermodelle mit vier Freiheitsgraden analytisch und numerisch untersucht, bei denen die Verbindung mit unterschiedlichen Kraftelementen zwischen Wellenmasse und Rotormasse beschrieben wird. Untersuchte Mechanismen sind viskose innere Dämpfung in Kombination mit linearen und nichtlinearen Steifigkeiten, viskoelastische Verbindungsmaterialien und trockene Reibung. Die erstellten Verbindungsmodelle orientieren sich dabei an Konstruktionen, wie sie bei Laborzentrifugen verwendet werden. Die Modelle ermöglichen es, den Einfluss der einzelnen Parameter auf die Stabilität der Rotorsysteme herauszuarbeiten und Erkenntnisse über sinnvolle Konstruktionen abzuleiten. Da Stabilitätsprobleme bei Rotorsystemen nicht losgelöst von äußerer Dämpfung betrachtet werden können, widmet sich ein Teil der Arbeit der Beschreibung des Dämpfungssystems von Laborzentrifugen. Hier kommen häufig Gummidämpfer mit viskoelastischen Eigenschaften zum Einsatz. Es wird untersucht, wie sie sinnvoll zu modellieren sind, um Stabilitätseigenschaften und Auslenkungsamplituden zu berechnen. Die Betrachtungen zur inneren Dämpfung werden am Ende der Arbeit in der Simulation einer Laborzentrifuge zusammengeführt, bei der mehrere Dämpfungsmechanismen innerhalb de: Welle-Rotor-Verbindung wirken. Die gemessenen Eigenschaften können dabei durch die Simulation gut wiedergegeben werden.