HomeNewsletterAboSpringer Automotive MediaMediadatenKontakt

Home > Aktuell > Nachrichten

Ring als Feder: Fraunhofer-Forscher entwickeln verstellbare Steifigkeit

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben eine verstellbare Steifigkeit entwickelt. Sie soll auf einer einfachen Konstruktion basieren und sehr große Verstellbereiche zulassen. Technisch anwendbar soll die neue Konstruktion überall dort sein, wo verstellbare Steifigkeiten sinnvoll und vorteilhaft sind: bei der Schwingungsdämpfung im Auto oder auch als Energiequelle für das Energy-Harvesting.

Bei vielen technischen Anwendungen werden definierte Steifigkeiten oder Federelemente beispielsweise in Fahrwerken, Lagerungen oder Schwingungstilgern eingesetzt, erklärt das Institut. Allerdings wäre es bei wechselnden Umwelt- und Betriebsbedingungen in vielen Fällen vorteilhaft, wenn die Steifigkeit angepasst werden könnte. Die Forscher des Fraunhofer LBF fanden die Lösung in einer Konstruktion, bei der eine Kreisringscheibe aus Stahl als Feder dient. Mit drei Anbindungen je Seite werden die zu verbindenden Teile an der Kreisringscheibe befestigt, erläutert das Institut. Die Steifigkeit in Richtung der Hauptachse verändere sich je nach Winkellage der Anbindungen zueinander. Der stufenlose Verstellbereich reiche von blockiert (hart) bis zu einer relativ weichen Feder.

Verglichen mit den bislang genutzten Alternativen - ausgenommen die verstellbare Luftfeder - soll das Prinzip eine stufenlose Verstellung der Axialsteifigkeit über einen sehr großen Bereich ermöglichen. Der weite Verstellbereich bietet laut Fraunhofer LBF verschiedene Vorteile. So könne eine Konfiguration durch einfache Verstellung des Rotationswinkels für viele verschiedene Einsatzzwecke verwendet werden. Dadurch würden weniger Bauteilvarianten ausreichen, um verschiedene Einsatzzwecke abzudecken. Im Vergleich zur Luftfeder sei der konstruktive und der Verstellaufwand geringer, da keine Pumpe und keine aufwendigen Dichtungsmaßnahmen erforderlich seien.

Beim Einsatz als Schwingungstilger kann der Tilger an ein breites Band von Erregerfrequenzen angepasst werden, heißt es weiter. Der konstruktive Aufwand und die aus der Fertigung resultierenden Kosten der Lösung sollen vergleichsweise gering sein. Durch die Rotation als Verstellbewegung sei keine komplexe Aktorik zur Verstellung notwendig.

Durch die möglichen Bauformen können die Aktorik und die unter Umständen verwendete Sensorik zudem platzsparend und mechanisch geschützt im Inneren untergebracht werden, erläutert das Institut. Ein gekapselter Aufbau sei möglich. Dabei könne die Tilgermasse als Gehäuse dienen. Im Gegensatz zu Ansätzen, bei denen die Veränderung der Steifigkeit über die freie Länge einer Blattfeder realisiert wird, ändert sich der Bauraum durch die Verstellung nicht, betont das Fraunhofer LBF. Es seien keine Aktorikteile an der Tilgermasse notwendig. Hierdurch sollen sehr kleine Tilgermassen möglich werden, was sich positiv auf die Skalierbarkeit der Lösung auswirkt.

Technisch anwenden lässt sich die neue Konstruktion überall dort, wo verstellbare Steifigkeiten sinnvoll und vorteilhaft sind, gibt das Institut an. Dies könne beispielsweise bei der Schwingungsdämpfung in technischen Systemen insbesondere in der Automobiltechnik sowie im Maschinen- und Anlagenbau der Fall sein. Auch der Einsatz in aktiven oder passiven Lagerungen von Maschinen, Maschinenbauteilen oder Aggregaten, beispielsweise als Maschinenlager, biete sich an. Hierbei liege die Resonanz bei harter Einstellung über, bei weicher Einstellung unter dem Betriebspunkt der Maschine. Beachtlich sind die Einsatzmöglichkeiten der Konstruktion in einstellbaren Schwingungstilgern in beliebigen Größenordnungen, so das Institut. Hier sei Anwendungen an Gebäuden, Maschinen, Fahrzeugen und Fluggeräten bis zu Kleinteilen in der Elektronik denkbar. Im Rahmen der Betriebsfestigkeits- und Bauteilprüfung lässt sich die neue LBF-Konstruktion wie berichtet wird zur Anbindung der zu prüfenden Bauteile einsetzen. Hierdurch können die in der realen Umgebung der Bauteile vorhandenen Steifigkeiten in der Prüfung berücksichtigt werden. Aufgrund der verstellbaren Steifigkeit sollen sich die Anbindungsbedingungen schnell anpassen lassen. Über auf dem Ring applizierte Piezowandler sei eine Nutzung der Verformung des Rings als Energiequelle für das Energy-Harvesting denkbar.
Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte