Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gitterstruktur dämpft Vibrationen

29.07.2016

Forschende der ETH Zürich entwickelten eine Gitterstruktur, die eine grosse Bandbreite an Vibrationen aufzufangen vermag und gleichzeitig – zum Beispiel in Propellern, Rotoren und Raketen – als kräftetragendes Bauteil verwendet werden kann.

Vibrationen des Motors eines Autobusses können sich unangenehm stark auf den Sitz übertragen, auf dem man sich niedergelassen hat. Bei Propellerflugzeugen und Helikoptern machen Vibrationen des Propellers oder des Rotors den Flug unruhig und laut, und sie können zu Ermüdungsschäden führen.


Das vibrationsdämpfende Gitter in einer Zukunftsvision: Es könnte dereinst auch in Raketen eingesetzt werden. (Grafik: 3Dsculptor / Shutterstock / Jung-Chew Tse)

Ingenieure versuchen daher, Vibrationen bei Maschinen, Fahrzeugen und Flugzeugen zu vermeiden. Eine neue dreidimensionale Gitterstruktur von ETH-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftlern könnte nun die Möglichkeiten der Vibrationsdämmung erweitern.

Die Forschenden unter der Leitung von Chiara Daraio, Professorin für Mechanik und Materialien, fertigten die Struktur mit einem Gitterabstand von etwa 3,5 Millimetern mittels 3D-Druck aus Kunststoff an. Ins Gitternetz betteten sie Stahlwürfel ein, die etwas kleiner sind als Spielwürfel und die als Resonatoren wirken.

«Vibrationen bewegen sich vom einen Ende nicht durch die ganze Struktur, sondern werden von den Stahlwürfeln und den inneren Kunststoff-Gitterstäben aufgefangen. Das andere Ende der Struktur bewegt sich nicht», erklärt Kathryn Matlack, Postdoc in Daraios Gruppe.

Zugleich stabilisierendes Bauteil

Materialien zur Dämpfung von Vibrationen gab es schon bisher. In Fahrzeugen, Maschinen und Haushaltsgeräten etwa werden Vibrationen zum Teil mithilfe von speziellen, meist weichen Materialen aufgefangen. Neu an der vibrationsabsorbierenden Struktur der ETH-Forschenden ist, dass sie starr ist und damit gleichzeitig als kräftetragendes Bauteil verwendet werden kann, beispielsweise im Maschinenbau oder eben bei Flugzeugrotoren und Helikopterpropellern.

Ein weiterer grosser Vorteil der neuen Struktur: Sie kann im Vergleich zu bestehenden, weichen Absorptionsmaterialien eine sehr viel grössere Bandbreite an Vibrationen abfangen, sowohl schnelle wie langsame. Insbesondere bei verhältnismässig langsamen Vibrationen ist die neue Struktur besser.

«Die Geometrie der Struktur können wir so bemessen, um damit Vibrationen mit Schwingungen von einigen hundert bis einigen zehntausend Mal pro Sekunde (Hertz) zu dämpfen», sagt ETH-Professorin Daraio. «In diesem Bereich liegen auch die mit dem Gehör wahrnehmbaren Vibrationen, die unerwünschten Lärm verursachen und den Wirkungsgrad von Maschinen und Fahrzeugen verringern.»

Für Windkraftanlagen und die Raumfahrt

Theoretisch könne man eine solche Konstruktion statt aus Kunststoff auch aus Aluminium und anderen Leichtmetallen bauen, sagt Matlack. Im Prinzip brauche es einfach eine Kombination von leichtem Gitterwerkstoff und darin eingebetteten Resonatoren mit einer grossen Massendichte, wobei die Geometrie von Gitterstruktur und Resonatoren jeweils im Hinblick auf die zu erwartenden Vibrationen optimal aufeinander abgestimmt sein müsse.

Im Prinzip seien die Vibrationsabsorber bereit für technische Anwendungen, sagt Matlack, wobei limitierend sei, dass die 3D-Drucktechnik vor allem auf Miniserien ausgerichtet sei und derzeit gegenüber traditionellen Herstellungsmethoden bei den Materialeigenschaften noch Nachteile aufweist, zum Beispiel, was die Belastbarkeit angeht.

Sobald die 3D-Drucktechnologie reif sei für den industriellen Einsatz, stünde einer breiten Anwendung nichts im Weg. Weitere Anwendungsgebiete könnten Rotoren von Windkraftanlagen sein. Eine Minimierung von Vibrationen würde dort den Wirkungsgrad erhöhen. Ausserdem wären Anwendungen im Fahrzeug- und Flugzeugbau denkbar sowie bei Weltraumraketen.

Literaturhinweis

Matlack KH, Bauhofer A, Krödel S, Palermo A, Daraio C: Composite 3D-printed metastructures for low-frequency and broadband vibration absorption. PNAS, 7. Juli 2016, doi: 10.1073/pnas.1600171113 [http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1600171113]

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2016/07/gitterstru...

Fabio Bergamin | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Aufwind für die Luftfahrt: University of Twente entwickelt leistungsstarke Verbindungsmethode
23.01.2017 | University of Twente

nachricht Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel
17.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie