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

nachricht eldec-Technologie im Maschinenbau: Standardisierte Hochleistungsgeneratoren für exzellente Maschinenbaulösungen
15.12.2016 | EMAG eldec Induction GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise