Schwingungsdämpfung Aktives Elastomerlager reduziert Schwingungen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Forscher des Fraunhofer LBF haben elastische Komponenten smarter gemacht und ihnen beigebracht, sich aktiv zu verformen. Dazu nutzen sie dielektrische Elastomere (DE). Das sind weiche Materialien, die sich unter hohen elektrischen Spannungen verformen, und das prädestiniert sie für den Aufbau von Aktoren.

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Schnittdarstellung der aktiven Isolationseinheit mit 100 DE-Schichten.
Schnittdarstellung der aktiven Isolationseinheit mit 100 DE-Schichten.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Die DE-Aktoren arbeiten mit metallischen, gelochten Elektroden. Dank der gelochten Struktur kann das Elastomer bei anliegendem elektrischem Feld lokal in diese Mulden entweichen. Dieses Konzept eignet sich für den Aufbau von dynamischen, lasttragenden Aktoren und soll in Zukunft den Umfang der Funktionen konventioneller Elastomerelemente erweitern. Darauf aufbauend hat das Fraunhofer LBF einen Funktionsdemonstrator zur aktiven Lagerung entwickelt. Die Wissenschaftler entkoppelten eine auf dem Aktor gelagerte Masse von den Schwingungen des Untergrunds. Bei passiven Lagern wäre es unvermeidbar, dass sich die Amplitude der Schwingungen in der Resonanz spürbar überhöht. Nicht so bei der neuartigen aktiven Lagerung: Sie mindert die Schwingung im gesamten relevanten Frequenzbereich. Die sonst nachteilige charakteristische Aktornichtlinearität, also die zur angelegten Spannung nicht exakt proportionale Auslenkung, konnten die LBF-Forscher durch neue regelungstechnische Ansätze umgehen. Mit Hilfe von nicht-ganzzahligen Potenzfunktionen kann das nichtlineare Verhalten kompensiert und ungewünschte Effekte vermieden werden. Das am Fraunhofer LBF entwickelte Design eignet sich für die Lagerung schwingungsanfälliger Geräte und Prozesse wie beispielsweise empfindlicher Mikroskope oder präziser Fertigungsverfahren. Auch der umgekehrte Fall ist denkbar: Maschinen wie beispielsweise Pumpen oder Motoren lassen sich durch die aktiven Lagerungen schwingungstechnisch entkoppeln, sodass der Schwingungseintrag in die Umgebung minimiert wird. Sollte die Elektronik einmal ausfallen, bleiben die günstigen passiven Eigenschaften des Elastomers für die Lagerung weiterhin erhalten - ein deutlicher Vorteil im Vergleich zu anderen Aktortechnologien. (qui)

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