Vibrationen und Lärm minimieren

Den Quellen von Lärm und Vibrationen auf den Grund zu gehen und effektive Gegenmaßnahmen zu entwickeln, gehört im Leistungsfeld Schwingungstechnik des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF zu den Forschungsschwerpunkten. In einem breiten Frequenzbereich untersucht und entwickelt das Institut passive und aktive Lager zur Entkopplung von Schwingungen. Jetzt hat das LBF seine Möglichkeiten erweitert und einen neuen Hochfrequenzprüfstand zur Ermittlung des dynamischen Transferverhaltens von Lagern in Betrieb genommen, mit dem Prüffrequenzen bis 2.000 Hertz möglich sind.

18. Mai 2016

In nahezu allen technischen Bereichen werden hohe Anforderungen an Produkte gestellt. Abhängig vom Produkttyp stehen die Sicherheit, das Design, der Komfort und die Kosten im Fokus. Schwingungen können die genannten Produkteigenschaften beeinflussen und bereits im Entwicklungsprozess zu Problemen führen.

Daher ist es in der Produktentwicklung wichtig, die eingesetzten Werkstoffe und Bauteile zu prüfen und zu charakterisieren. In Form von Lagern dienen sie zur schwingungstechnischen Entkopplung und steigern so die Komforteigenschaften. Im Leistungsfeld Schwingungstechnik des Fraunhofer LBF gehört die Untersuchung und Entwicklung von passiven und aktiven Lagern zu den Forschungsschwerpunkten. Damit unterstützt das Institut seine Kunden begleitend während des Entwicklungsprozesses.

Schwingungen entkoppeln

Die passiven und aktiven Lager haben die primäre Aufgabe, die Sicherheit der Ankopplung einer Schwingungsquelle zu gewährleisten, das Gewicht der Schwingungsquelle abzustützen und Schwingungen zu entkoppeln. Um eine Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie deren Auslegung hinsichtlich der gewünschten Systemcharakteristik zu gewährleisten, ist eine zuverlässige experimentelle Kennwertermittlung nötig.

Die dynamische Transfersteifigkeit ist hierbei ein wichtiger Kennwert. Sie kennzeichnet in komplexen Größen das vibroakustische Transferverhalten und beschreibt die Trägheits-, Federungs- sowie Dämpfungseigenschaften bei verschiedenen Frequenzen. Üblicherweise erfolgt die dynamische Charakterisierung von Lagern mit servohydraulischen Prüfmaschinen, was die Verfügbarkeit hochwertiger Messergebnisse auf niedrige Prüffrequenzen beschränkt.

Das Fraunhofer LBF setzt jetzt einen neuen Hochfrequenzprüfstand zur Ermittlung des dynamischen Transferverhaltens von Lagern ein. Der Prüfstand ist für Untersuchungen der dynamischen Steifigkeit bis 2.000 Hertz konzipiert. Die eingesetzte Aktorik besteht aus einem elektromechanischen Spindelantrieb und einem elektrodynamischen Schwingerreger.

Kontinuierliche Überwachung

Den dynamischen Signalanteilen bis acht Kilonewton (Sinus, Rauschen, Schock, Sinus über Rauschen, Zeitdaten) des Schwingerregers kann eine statische Vorlast von fünf Kilonewton überlagert werden. Während des Prüfbetriebs werden relevante Messgrößen kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet.

Anwendung finden die Prüftechnik und die daraus resultierenden Ergebnisse, wie dynamische Steifigkeit, Verlustwinkel und Kraft-Weg-Hystereseschleifen, im Rahmen des Entwicklungsprozesses von passiven und aktiven Lagern. Der Nutzen des Prüfstands besteht in der dynamischen Charakterisierung von Lagerungskomponenten, Entwicklung und Test von aktiven Lagern, Parametrierung und Validierung numerischer Simulationsmodelle und der Untersuchung von neuen Werkstoffen.

Mit dem Ziel, Schwingungen zu entkoppeln, werden Werkstoffe und Bauteile in nahezu allen technischen Bereichen und Produkten eingesetzt. Die wesentlichen Industriezweige sind die Automobilindustrie, Transportindustrie, der Maschinen- und Anlagenbau sowie Konsumgüterindustrie.