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04/02/2009 14:35

Aktiv gelagert

Isolde Rötzer Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Fraunhofer-Gesellschaft

    Viele Maschinen vibrieren, schwingen und dröhnen. Menschen, die sie bedienen, leiden unter dem Lärm und den Schwingungen. Auf der Hannover-Messe stellen Fraunhofer-Forscher aktive adaptronische Bauteile vor. Sie helfen dabei, Vibrationen zu reduzieren: Entspannteres Arbeiten wird möglich.

    Straßenbahnfahrer chauffieren Fahrgäste durch dichtes Verkehrsgewühl - vorbei an Staus und Baustellen - sicher ans Ziel. Verkehrslärm, aber auch Fahr- und Maschinengeräusche stören die Konzentration der Fahrer oft erheblich und lösen zusätzlichen Stress aus. Deutlich hörbar ist das monotone Brummen des Kolbenkompressors. Er ist in einem Klimagerät über dem Fahrerstand untergebracht und sorgt dafür, das die Fahrerkabine immer angenehm temperiert ist. Im laufenden Betrieb entstehen Vibrationen, die über das Dach der Straßenbahn ins Innere dringen. Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben jüngst im Projekt InMAR (Intelligent Materials for Active Noise Reduction) ein aktives Interface entwickelt, das die Vibrationen des Kompressors isoliert. Damit wird verhindert, dass sie in das Bahndach übertragen werden. Für den Fahrer bedeutet das: weniger Lärm - und damit weniger Stress.

    "Wir reduzieren die vom Kompressor übertragenen Schwingungen mithilfe von drei aktiven Lagern sowohl in einem breiten Frequenzbereich als auch bei einzelnen selektierbaren Frequenzen um bis zu 15 Dezibel", erklärt Christoph Axt, Mitarbeiter des Mechatronik-Adaptronik-Teams des LBF. Der für InMAR entwickelte Prototyp wurde nun mit dem Kooperationspartner ISYS Adaptive Solutions weiterentwickelt. Er wird auf der Hannover-Messe (20. bis 24. April 2009) am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Adaptronik in Halle 2, Stand D34 präsentiert.

    Der Hersteller des Klimageräts hat den Kompressor als Verursacher des Lärms identifiziert. Experimentelle Untersuchungen ergaben, dass zur Reduzierung der Schwingungen ein größerer Stellweg vonnöten ist, als ihn herkömmliche Piezostapelaktoren, wie sie etwa für Einspritzsysteme im Automobilbereich genutzt werden, bieten können. Diese bringen nur ca. ein Tausendstel ihrer Länge als Stellweg auf.

    "Da wir nur wenig Bauraum für das Lager nutzen konnten, haben wir eine Übersetzung für die Aktoren entwickelt", sagt Axt. In der neuen Lagerung drücken vier Aktoren auf große Stempel, die über ein Elastomer als Übertragungsmedium auf einen kleinen Stempel wirken, ähnlich einer hydraulischen Übersetzung. Durch die horizontale Anordnung der Aktoren und den vertikalen Abgriff der Kraft wird die erforderliche flache Bauweise erreicht. Der modulare Aufbau mit dem Elastomerbereich in der Mitte und den Aktoren seitlich links und rechts hat zudem den Vorteil, dass sich defekte Teile leicht austauschen lassen. Zusätzlich wurde das Bauteil mit einem robusten Gehäuse versehen, welches das empfindliche Innenleben vor Umwelteinflüssen schützt. Die Spannungsversorgung der Piezoaktoreinheit wird mit einem Low-Cost-Piezoverstärker realisiert. Das Besondere: Er kann mit zwölf Volt betrieben werden - dies entspricht der Bordspannung heutiger Fahrzeuge. "Auch bei den elektromechanischen Komponenten haben wir auf ein kostengünstiges, kompaktes und modulares Design geachtet. Brauchen wir mehr elektrische Leistung, können wir modular erweitern", erläutert Dr. Frerk Haase, der ebenfalls an der Entwicklung beteiligt ist.

    Die Wissenschaftler versuchen, den Aufbau der aktiven Strukturlösungen mit Blick auf Serienprodukte zu vereinfachen, und nutzen dafür, soweit möglich, Standardbauteile. Das reduziert die Kosten schon bei kleinen Stückzahlen. Ein Beispiel dafür sind im Kompressorlager die Piezoaktoren aus der Kfz-Einspritztechnik. "Neben der eindrucksvollen technischen Performance solcher Systeme ist der Verkaufsaspekt entscheidend. Daher stehen im Dialog mit den Kunden Kosten und technische Zuverlässigkeit im Vordergrund", sagt Abteilungsleiter Dr. Tobias Melz. Im Moment prüfen die Forscher die aktive Lagerung im Labor. Anschließend muss das Bauteil in den
    Lebensdauertest.

    Kontakt:
    Dr.-Ing. Tobias Melz
    Telefon: +49 6151 705-252
    E-Mail senden
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
    LBF
    Bartningstraße 47
    64289 Darmstadt/Kranichstein


    More information:

    http://www.fraunhofer.de
    http://www.lbf.fraunhofer.de


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    Criteria of this press release:
    Electrical engineering, Materials sciences, Mechanical engineering, Traffic / transport
    transregional, national
    Research projects, Research results
    German


     

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