Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF - 04.08.2015
Kleine Löcher, große Wirkung: Aktives Elastomerlager reduziert Schwingungen
Wo große Bewegungen ausgeglichen werden müssen, sind Elastomere in ihrem
Element. Sie federn passiv Stöße bei Fahrzeugen ab und reduzieren
Schwingungen in Maschinen. Aber sie können noch mehr als das, wie Forscher
des Fraunhofer LBF zeigen konnten. Sie haben diese elastischen Komponenten
smarter gemacht und ihnen beigebracht, sich aktiv zu verformen. Dazu nutzt
das Institut dielektrische Elastomere (DE). Das sind weiche Materialien,
die sich unter hohen elektrischen Spannungen verformen, und das
prädestiniert sie für den Aufbau von Aktoren. Gegenüber Piezoaktoren haben
sie den Vorteil, vergleichsweise große Dehnungen bei geringeren Kräften zu
erreichen.
Diese Fähigkeit haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für
Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF genutzt und ein Konzept
für DE-Aktoren entwickelt, das mit metallischen, gelochten Elektroden
arbeitet.
Dank der gelochten Struktur kann das Elastomer bei anliegendem
elektrischem Feld lokal in diese Mulden entweichen. Dieses Konzept eignet
sich für den Aufbau von dynamischen, lasttragenden Aktoren und soll in
Zukunft den Umfang der Funktionen konventioneller Elastomerelemente
erweitern. Darauf aufbauend hat das Fraunhofer LBF einen
Funktionsdemonstrator zur aktiven Lagerung entwickelt. Mit dem aktiven
Elastomerlager erweitert das Institut sein Leistungsangebot in der
Schwingungstechnik.
Die Wissenschaftler entkoppelten eine auf dem Aktor gelagerte Masse von den Schwingungen des Untergrunds. Bei passiven Lagern wäre es unvermeidbar, dass sich die Amplitude der Schwingungen in der Resonanz spürbar überhöht. Nicht so bei der neuartigen aktiven Lagerung: Sie mindert die Schwingung im gesamten relevanten Frequenzbereich. Die sonst nachteilige charakteristische Aktornichtlinearität, also die zur angelegten Spannung nicht exakt proportionale Auslenkung, konnten die LBF-Forscher durch neue regelungstechnische Ansätze umgehen. Mit Hilfe von nicht-ganzzahligen Potenzfunktionen kann das nichtlineare Verhalten kompensiert und ungewünschte Effekte vermieden werden.
Das am Fraunhofer LBF entwickelte Design eignet sich für die Lagerung schwingungsanfälliger Geräte und Prozesse wie beispielsweise empfindlicher Mikroskope oder präziser Fertigungsverfahren. Auch der umgekehrte Fall ist denkbar: Maschinen wie beispielsweise Pumpen oder Motoren lassen sich durch die aktiven Lagerungen schwingungstechnisch entkoppeln, sodass der Schwingungseintrag in die Umgebung minimiert wird. Sollte die Elektronik einmal ausfallen, bleiben die günstigen passiven Eigenschaften des Elastomers für die Lagerung weiterhin erhalten - ein deutlicher Vorteil im Vergleich zu anderen Aktortechnologien.
Bislang ist es eine typische Aufgabe von passiven Elastomerbauteilen, in großen Stückzahlen und in zahlreichen Anwendungen Schwingungen zu reduzieren. Durch die aktiven LBF-Komponenten steigt das Potential zur Schwingungsminderung erheblich. Neben den aktorischen Ansätzen lassen sich darüber hinaus auch sensorische Funktionen integrieren. Damit kann zum Beispiel die im Betrieb über das Lager laufende Kraft und die vom Lager aufgenommene Bewegung überwacht werden.
Für das neuartige aktive Elastomerlager sind Anwendungen im Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau sowie beispielsweise als Brücken- und Gebäudelagerungen denkbar. Auch den Umweltaspekt haben die LBF-Forscher berücksichtigt: Grundwerkstoff im Funktionsdemonstrator ist der nachwachsende Rohstoff Naturkautschuk. Im Gegensatz zu elektrodynamischen oder piezoelektrischen Aktoriken kommen keine Metalle seltener Erden oder bleihaltige Keramiken zum Einsatz.
Bislang konnte das Fraunhofer LBF vielversprechende Ergebnisse mit den Funktionsdemonstratoren erzielen. Allerdings müssen diese bislang aufwändig von Hand aufgebaut werden. Damit eine seriennahe Produktionstechnik umgesetzt werden kann, sucht das LBF Partner, mit denen gemeinsam die Technologie weiterentwickelt werden kann und kostengünstige Aktoren für vielfältige Anwendungsbereiche gefertigt werden können.
Weitere Informationen unter:
http://www.lbf.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/kleine-loecher--grosse-wirkung--aktives-elastomerlager-reduziert.html
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution635
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Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF,
Anke Zeidler-Finsel, 04.08.2015
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 6. August 2015
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