Autonome Materialstrukturen passen sich selbstständig veränderten Randbedingungen an

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Dazu gehören beispielsweise die aktive Aggregatelagerung von Schiffs- und PKW-Motoren oder Kompressoren. Ziel der adaptronischen Systeme ist es, derart in die Strukturdynamik der jeweiligen Anwendung einzugreifen, dass die Ausbreitung von Vibrationen oder Lärm bzw. die Abstrahlung von Lärm verringert werden. Je nach Anwendungsfall können die adaptronischen Systemlösungen sehr unterschiedlicher Art sein. Grundsätzlich lässt sich zwischen diskreten und flächigen Systemen unterscheiden.

Unter diskreten adaptronischen Systemen versteht man den Eingriff in die Übertragungs- /Ausbreitungswege von Körperschall. Dies wird im Allgemeinen durch aktive Lager oder Interfaces erreicht, die unter hohen statischen Kräften dynamische, der störenden Vibration entgegen gesetzte Ausgleichskräfte erzeugen.

Als klassisches Beispiel können aktive Motorlager genannt werden. Hierbei wird das passive Lager (meist bestehend aus einem elastomeren Material) mit einem piezokeramischen Aktor ergänzt.

Weil der Aktor lasttragend (ober- oder unterhalb des Elastomers) angeordnet ist, kann so unter Verwendung entsprechender Sensorik und echtzeitfähiger Regelung eine Ausgleichskraft erzeugt werden. (Bild 1).

Aufgrund der hohen mechanischen Beanspruchungen stellt die konstruktive Integration des multifunktionalen Materials in das aktive Lager eine besondere Herausforderung dar. Weil hier in den direkten Übertragungsweg der Vibration eingegeriffen wird, sind diese Systeme hochwirksam, setzen jedoch einen hohen Aufwand der Signalverarbeitung voraus.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind hierbei vielfältig. Neben Motor- oder Aggregatelager hat das Fraunhofer LBF in den letzten Jahren viele Anwendungen im PKW-Fahrwerk (z.B. Federdomlager) sowie Labortischlagerungen umgesetzt.

Piezokeramische Wandler als Folien bilden flächige adaptronische Systeme

Flächige adaptronische Systeme kommen z. B. bei Schallschutzgehäusen oder Trennwänden zur Anwendung. Luft oder Körperschallanregung versetzen diese Gehäuse oder Trennwände in Schwingungen; sie strahlen dann störenden Luftschall ab.

Der Lösungsansatz besteht hier in der Applikation oder Integration piezokeramischer Wandler vorzugsweise in Form von Folien, die unter Verwendung einer Sensorik und Echtzeitregelung hochdynamische Ausgleichskräfte in die Flächen einleiten. So wird verhindert, dass die Fläche wie eine Lautsprechermembran schwingt und Schall abstrahlt (Bild 2).

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