Schwingungstilgung Aktive Schwingungstechnik für Antriebe

Mit der Entwicklung aktiver Schwingungssysteme stellt ContiTech Vibration Control eine Zukunftstechnologie zur Verfügung, mit der sich Vibrationen rund um den Antriebsstrang auf intelligente Art kontrollieren lassen.

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Gelenkt vom Gedanken des Klimaschutzes und der Ressourcenschonung, entwickeln Fahrzeughersteller derzeit Autos, die leichter sind und verbrauchsarme Motoren haben. Beides führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und weniger CO2-Ausstoß. Dabei entsteht aber ein Zielkonflikt zwischen den Motoren, der Leichtbauweise und kultivierter Fahrfreude. „Prinzipbedingt verursachen die neuen Motoren mehr Schwingungen und eine Leichtbaustruktur gerät schneller in Schwingung“, erklärt Dr. Hans-Jürgen Karkosch, Leiter der Vorentwicklung bei ContiTech Vibration Control. „Wir sind deshalb an einem Punkt angelangt, an dem die herkömmlichen, passiven Lagerungskonzepte weitgehend ausgereizt sind.“ Karkosch und sein Team haben deshalb aktive Schwingungssysteme entwickelt, die nach dem Prinzip der Gegenschwingung arbeiten. Sie wurden bereits an vielen Versuchsfahrzeugen unterschiedlicher Hersteller erfolgreich getestet.

Die Komponenten des aktiven Schwingungssystems

Vier Komponenten bilden die Basis eines aktiven Schwingungssystems: Ein Aktor zur Krafterzeugung, elektronisches Steuergerät, Leistungsverstärker und ein Beschleunigungssensor. ContiTech besitzt ein entscheidendes Patent für einen elektromagnetischen Aktor. Speziell das Aktordesign und die Funktionsentwicklung der aktiven Systeme sind Kernkompetenz von ContiTech Vibration Control. Für die Entwicklung von Steuergerät und Sensoren kann auf die Kompetenz von Continental Automotive Systems zurückgegriffen werden.

Beim aktiven Schwingungssystem wird der Aktor mittels elektrischer Energie in Schwingung versetzt. Diese wird dann beispielsweise in die Karosserie eines Pkw oder in die Gondel einer Windkraftanlage eingeleitet. Im Pkw kann sie als Gegenschwingung unter gewissen physikalischen Voraussetzungen den Körperschall des Motors tilgen. „Im Fahrzeug lässt sich so der Geräuschpegel im Fond um bis zu 12 dBA verringern“, erklärt Entwicklungsingenieur Peter Marienfeld. „Eine Reduktion um 10 dBA empfindet das menschliche Ohr als Halbierung des Geräuschpegels.“

Aktor erzeugt Gegenschwingung

In Windkraftanlagen bringen aktive Schwingungssysteme den Vorteil, dass sie störende Schwingungen über einen breiten Frequenzbereich kompensieren können. Damit können sich diese Systeme sehr gut an die sich ständig wandelnden Umgebungsbedingungen solcher Anlagen anpassen. Die auf Elemente der Windkraftanlage übertragenen Schwingungen werden mittels Sensor gemessen und einem elektronischen Steuergerät zugeführt. Dieses muss gemeinsam mit einem Verstärker das Sensorsignal so modifizieren, dass der Aktor eine Schwingung erzeugt, welche die gleiche Amplitude hat, aber um 180 Grad phasenverschoben ist. Hierdurch kann eine störende Anregung kompensiert werden. Wie im Pkw werden hörbare Frequenzen leiser und Vibrationen deutlich verringert.

Entwicklung soll noch weiter gehen

Die Produktentwickler von Vibration Control arbeiten bereits an der nächsten Generation von Aktoren. Laufende Aktivitäten zielen darauf ab, Bauteilgewicht und -abmessungen noch weiter zu reduzieren. Der nächste Entwicklungsschritt besteht in der Erprobung neuer Funktionsstoffe, die aktorische und sensorische Funktionen vereinen können. „Erfolg versprechend sind hier Untersuchungen mit Piezo-Materialien. Von der Funktionalität her erzielen wir bereits ähnliche Ergebnisse wie bei der Verwendung klassischer Aktoren“, so Karkosch.

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