title: Untersuchungen zur praktischen Umsetzung von Elastomer-Lagersitzen in Hochdrehzahl-Traktionselektromotoren
title: Studies for the practical implementation of elastomer supported bearing carriers in high-speed traction electric motors
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Horn, Maik
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2019
Subjects: subject: Rolling Element Bearing
subject: Elastomer
subject: NVH
subject: Elastomere
subject: Wälzlager
subject: Dewey Decimal Classification::600 | Technik::620 | Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

description: 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 im Fahrzeuginneren steigern. Die Umsetzung erfolgt auch mit Blick auf die Praxis; die Herstellung der Elastomerbauteile erfolgt beispielsweise im praxisnahen Spritzgussverfahren. Lagersitze mit umgebenden Elastomerbauteilen wurden bis jetzt in anderen Arbeiten vordergründig untersucht, um eine Verstimmung (Verschiebung der Eigenfrequenzen) von rotierenden Systemen zu erreichen. Neuartig ist nun die Herangehensweise bei der Auslegung. Die Vision ist es, den Impedanzsprung von Schichtsystemen für eine Körperschallisolation auszunutzen, ohne dabei die Radialsteifigkeit des Lagersystems auf ein nicht anwendbares Niveau zu senken. Dies soll vor allem die Hochdrehzahltauglichkeit bis 18000 min-1 und höher erhalten sowie größere Änderungen beim dynamischen Verhalten des Rotorsystems verhindern. Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Materialverhalten von drei ausgewählten Elastomeren untersucht, ACM60, AEM60 und AEM70. Die Charakterisierung der Materialien zeigt Unterschiede zwischen diesen, welche sich auch auf die Performance der Lagersitze auswirken. Dabei wurde das Verhalten der Materialien sowohl statisch als auch dynamisch untersucht. Für die Untersuchung des dynamischen Verhaltens wurde ein eigener Prüfaufbau entwickelt, welcher die Charakterisierung des dynamischen E-Moduls bis zu 7 kHz direkt ermöglicht. Die Ergebnisse der zwei Komponentenprüfstände bestätigen das unterschiedliche Verhalten der Materialien; entsprechend wichtig ist die Materialauswahl. Am Unwuchtprüfstand wurde die Steifigkeit der Lager sowie das Modalverhalten und der Orbit des Rotors im Hinblick auf verschiedene Verpressungen und Elastomere untersucht. So konnte eine optimale Verpressung für die Auslegung am Systemprüfstand gefunden werden. Am systemnahen Komponentenprüfstand wurde der Übertragungspfad näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Elastomer-Lagersitze den vom Gehäuse des Prüflings abgestrahlten Luftschall reduzieren und eine wirksame Isolation möglich ist. Beispielweise konnte der übertragene Körperschall für eine definierte Ordnung um 20% gesenkt werden ohne größere Eingriffe in die Rotordynamik.
description: This thesis gives an outline for the implementation of viscoelastic bearing carriers intended for use in electrical traction motors, as they are nowadays used by the automotive industry. A properly designed viscoelastic 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 parts is done by injection moulding. In past theses bearings with elastomer support were mainly investigated to accomplish a modified rotor system behaviour, regarding resonance frequencies. In this thesis another, novel, approach is used. It is the vision to utilise the impedance jump of layer systems for an improved isolation without lowering the radial stiffness of the bearing system in amounts leading to unhandy rotor performance. This shall secure high rotating speed capability until 18000 min-1 or 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 and AEM70, are investigated. The material investigation reveals differences between each other, affecting the performance of the elastomer supported bearing carrier. The materials are examinend regarding static as well as dynamic behaviour. For the dynamic behaviour a special set up is developed which allows to directly determine the ekastic modulus up up to 7 kHz. The different behaviour of the materials is 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 the imbalance test bench. Thus the ideal compression could be determined for designing the viscoelastic bearing support for the system test bench. On the machine oriented component test bench the transmission path of the elastomer supported bearing carriers is further investigated. It is shown that such bearings are able to reduce emitted acoustic noise. Furthermore, an appropriate operating isolation is confirmed, due to the investigation of a specific order level trend, which indicates a reduction of structure-borne noise by 20% without detrimental effect on rotor dynamics.