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20 AUSGANGSSITUATION
Materialveränderungen, z. B. durch Quellen, bewirken. Ozonhaltige Umgebungsluft beeinflusst
die Werkstoffeigenschaften im Langzeiteinsatz ebenfalls nachhaltig. In der Versuchsplanung
und bei der Übertragung realer Einsatzbedingungen auf den Versuchsmaßstab
müssen diese Erkenntnisse berücksichtigt und gegebenenfalls umgesetzt werden,
damit Ergebnisse mit ausreichend genauer, realitätsnaher Aussagequalität erreicht
werden können. Dementsprechend führen Hutter und Wölfl [HW98] Stufen- und Nachfahrversuche
durch, welche durch gleichzeitiges Einwirken von Salzsprühnebel und Klimawechsel
reale Umgebungsbedingungen berücksichtigen.
Unter dynamischer Belastung erwärmt sich ein Elastomerwerkstoff aufgrund der erbrachten
inneren Dämpfungsleistung. Bedingt durch die ausgeprägten Temperaturabhängigkeiten
der dynamischen Werkstoffeigenschaften muss die Temperaturentwickung besonders
berücksichtigt werden. Vor diesem Hintergrund behandeln Döpper und Orschall
[DO88] die Berechnung der Wärmeverteilung in den Elastomerbauteilen nachgiebiger
Kupplungen. Um die erzeugte Wärmemenge zu bestimmen, wird die elastische Formänderungsenergie
berechnet und in Anlehnung an die Dämpfungsdefinition [DIN86] mit einem
in Messungen bestimmten Dämpfungsbeiwert sowie der Belastungsfrequenz multipliziert.
In einer weiterführenden Arbeit verbessert Orschall [Ors88] das verwendete Werkstoffmodell
für die Bestimmung der Formänderungsenergie durch eine erhöhte Anzahl von
Werkstoffparametern. Zusätzlich wird ein Werkstoffmodell mit innerer Werkstoffreibung für
nahezu inkompressible Elastomerstrukturen vorgestellt, das als Grundlage für die Berechnung
der erzeugten Wärmemenge dient.
2.3.4.2 Lastwechselabhängige Kennwertänderungen und Versuchsabschnitte
Die charakteristischen Kennwerte dynamische Steifigkeit C dyn , Dämpfungsarbeit A D und
verhältnismäßige Dämpfung ψ unterliegen unter dynamischer Belastung lastwechselabhängigen
Veränderungen. Ursache hierfür sind Vorgänge in der Werkstoffstruktur, welche
direkte Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs haben: Durch
die aufgeprägten äußeren Belastungen verformt sich die Struktur, und Bindungen zwischen
den Kettenmolekülen brechen mit fortschreitender Anzahl an Belastungszyklen
vermehrt auf. Rissdichte und Rissgrößen nehmen zu. Aufgrund der anwachsenden Rissflächen
und der dadurch erhöhten Reibung erwärmt sich der Werkstoff zunehmend. Erste
erkennbare Folge dieser Veränderungen ist die Minderung der dynamischen Steifigkeit.
Zudem ist der Mullins-Effekt während der ersten Belastung von Elastomerwerkstoffen zu
beobachten: Umlagerungen und das Lösen schwacher Bindungen zwischen der Elastomermatrix
und den Füllstoffen verändern das Werkstoffgefüge [EEH05, Hol04, KWH03,
FM02]. Die Hystereseschleifen der ersten Belastungszyklen belegen dies bei gleich bleibender
Belastungsamplitude durch die Zunahme der Verformungsmaxima.
Im linken Diagramm der Abbildung 2.7 sind einzelne Hystereseschleifen einer dynamisch
auf Torsion belasteten Elastomerbuchse abgebildet. Das Bauteil wurde mit einem konstanten
Winkel von ϕ = ±15° wechselnd verdreht. Dargestellt sind jeweils zwei Schleifen
nach 5.500, 420.000, 690.000 und 777.000 aufgebrachten Belastungszyklen. Mit fort-