Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Ring als Feder: Forscher am Fraunhofer LBF entwickeln verstellbare Steifigkeit

19.07.2011
Auch eine Scheibe kann eine Feder sein. Mit dieser Idee haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF eine verstellbare Steifigkeit entwickelt, die auf einer einfachen Konstruktion basiert und sehr große Verstellbereiche zulässt.

Bei vielen technischen Anwendungen werden definierte Steifigkeiten oder Federelemente beispielsweise in Fahrwerken, Lagerungen oder Schwingungstilgern eingesetzt. Allerdings wäre es bei wechselnden Umwelt- und Betriebsbedingungen in vielen Fällen vorteilhaft, wenn die Steifigkeit angepasst werden könnte.


Die verstellbare Steifigkeit basiert auf einer einfachen Konstruktion und lässt sehr große Verstellbereiche zu. Graphik: Fraunhofer LBF


Je nach Winkellage der Anbindungen zueinander in Richtung der Achse der Kreisringscheibe verändert sich die Steifigkeit. Graphik: Fraunhofer LBF

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. Die Steifigkeit in Richtung der Hauptachse verändert sich je nach Winkellage der Anbindungen zueinander. Der stufenlose Verstellbereich reicht von „blockiert“ (hart) bis zu einer relativ weichen Feder.

Sehr großer Verstellbereich
Verglichen mit den bislang genutzten Alternativen - ausgenommen die verstellbare Luftfeder - ermöglicht das Prinzip eine stufenlose Verstellung der Axialsteifigkeit über einen sehr großen Bereich. Der weite Verstellbereich bietet verschiedene Vorteile. Eine Konfiguration kann so durch einfa-che Verstellung des Rotationswinkels für sehr viele verschiedene Einsatzzwecke verwendet werden. Dadurch reichen weniger Bauteilvarianten aus, um verschiedene Einsatzzwecke abzudecken. Im Vergleich zur Luftfeder sind der konstruktive und der Verstellaufwand geringer, da keine Pumpe und keine aufwendigen Dichtungsmaßnahmen erforderlich sind.

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

Durch die möglichen Bauformen können die Aktorik und die unter Umständen verwendete Sensorik außerdem platzsparend und mechanisch geschützt im Inneren untergebracht werden, ein gekapselter Aufbau ist möglich. Dabei kann 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. Es sind keine Aktorikteile an der Tilgermasse notwendig. Hierdurch sind sehr kleine Tilgermassen möglich, was sich positiv auf die Skalierbarkeit der Lösung auswirkt.

Vom Auto bis zum Energy Harvesting
Technisch anwenden lässt sich die neue Konstruktion überall dort, wo verstellbare Steifigkeiten sinnvoll und vorteilhaft sind. Dies kann 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, bietet sich an. Hierbei liegt die Resonanz bei harter Einstellung über, bei weicher Einstellung unter dem Betriebspunkt der Maschine. Hochgefahren wird die Maschine in „harter“ Einstellung, vor Erreichen des Betriebspunktes wird das Lager „weich“ geschaltet, wodurch ein überresonanter Betrieb fast ohne Resonanzdurchfahrt ermöglicht wird.

Beachtlich sind die Einsatzmöglichkeiten der Konstruktion in einstellbaren Schwingungstilgern in beliebigen Größenordnungen. Hier sind Anwendungen an Gebäuden, Maschinen, Fahrzeugen und Fluggeräten bis zu Kleinteilen in der Elekt-ronik denkbar.

Im Rahmen der Betriebsfestigkeits- und Bauteilprüfung lässt sich die neue LBF-Konstruktion zur Anbindung der zu prüfenden Bauteile einsetzen. Hierdurch können die in der realen Umgebung der Bauteile vorhandenen Steifigkeiten in der Prüfung berücksichtigt werden. Dank der verstellbaren Steifigkeit lassen sich die Anbindungsbedingungen schnell anpassen.

Über auf dem Ring applizierte Piezowandler ist eine Nutzung der Verformung des Rings als Energiequelle für das Energy-Harvesting denkbar. Die gewonnene Energie lässt sich beispielsweise zum Betrieb energieautarker Systeme wie Sensorknoten einsetzen.

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fhg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Assistenzsysteme für die Blechumformung
28.07.2017 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen