Der Ring als Feder - Industrieanzeiger

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Forscher am Fraunhofer LBF entwickeln verstellbare Steifigkeit
Der Ring als Feder
01.08.2011 | Fachartikel
Auch eine Scheibe kann eine Feder sein. Mit dieser Idee haben Wissenschaftler des FraunhoferInstituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF eine verstellbare Steifigkeit
entwickelt, die auf einer einfachen Konstruktion basiert und sehr große Verstellbereiche zulässt.
Die verstellbare Steifigkeit basiert auf
einer einfachen Konstruktion und lässt
sehr große Verstellbereiche zu Bilder:
Fraunhofer LBF
Je nach Winkellage der Anbindungen
zueinander in Richtung der Achse
derKreisringscheibe verändert sich die
Steifigkeit
Bei vielen technischen Anwendungen werden definierte Steifigkeiten oder Federelemente
eingesetzt. Allerdings wäre es bei wechselnden Umwelt- und Betriebsbedingungen oft
vorteilhaft, wenn die Steifigkeit angepasst werden könnte. 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. Da die Entwicklung in Zusammenarbeit mit dem Spin-off Isys Adaptive
Solutions GmbH entstand, wird eine Vermarktung vorbereitet, sie steht aber noch aus. Auch
eine Entwicklung kundenspezifischer Lösungen sei möglich, heißt es beim LBF.
Verglichen mit den bislang genutzten Alternativen – ausgenommen die verstellbare Luftfeder –
ermöglicht das Prinzip eine stufenlose Verstellung der Axialsteifigkeit über einen sehr großen
Bereich. Eine Konfiguration kann so durch einfaches Verstellen des Rotationswinkels für sehr
viele Einsatzzwecke verwendet werden. Im Vergleich zur Luftfeder sind der konstruktive und der
Verstellaufwand geringer, da keine Pumpe und keine Dichtungsmaßnahmen nötig 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 platzsparend und
geschützt im Inneren untergebracht werden, ein gekapselter Aufbau ist möglich. Dabei kann die Tilgermasse als Gehäuse
dienen. Der Bauraum verändert sich durch die Verstellung nicht. Es sind keine Aktorikteile an der Tilgermasse notwendig.
Hierdurch werden sehr kleine Tilgermassen möglich, was sich positiv auf die Skalierbarkeit der Lösung auswirkt.
Anwenden lässt sich die Konstruktion überall dort, wo verstellbare Steifigkeiten vorteilhaft sind. Zum Beispiel bei der
Schwingungsdämpfung im Auto und im Maschinenbau. Auch der Einsatz in aktiven oder passiven Lagerungen bietet sich an.
Hierbei liegt die Resonanz bei harter Einstellung über dem Betriebspunkt der Maschine, bei weicher Einstellung darunter.
Hochgefahren wird in „ harter" Einstellung, vor Erreichen des Betriebspunktes wird das Lager „weich" geschaltet, was einen
überresonanten Betrieb fast ohne Resonanzdurchfahrt ermöglicht.
Beachtlich sind die Einsatzmöglichkeiten der Konstruktion in einstellbaren Schwingungstilgern in beliebigen
Größenordnungen, und zwar für Anwendungen von Gebäuden bis zu Kleinteilen in der Elektronik. Außerdem ist eine
Nutzung als Energiequelle für Energy Harvesting denkbar durch Piezowandler, die auf dem Ring appliziert werden. Die
Energie lässt sich dann beispielsweise für energieautarke Sensoren verwenden. os
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17.11.2011 09:33