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Inertialmassenerreger Tellerfeder in Faser-Kunststoff-Verbundbauweise

Innertialmassenerreger

Ein Inertialmassenerreger dient zur breitbandigen Beeinflussung von strukturdynamischen Eigenschaften oberhalb seiner Abstimmungsfrequenz.

Ein Anwendungsgebiet ist die aktive Schwingungserzeugung (z.B. Rasierer, Lautsprecher, elektromagnetischer Shaker). Ein weiteres, ist die Reduktion von Schwingungen (Vibrationen) durch das Einleiten von dynamischen Gegenkräften, also die aktive Schwingungskompensation(z.B. Reduktion von motorinduzierten Vibrationen im Automobilbau, Anlagenbau, Schiffsbau).

In diesem Anwendungsfall soll in einem breiten Frequenzbereich oberhalb der Abstimmungsfrequenz von 38Hz, bei einer trägen Masse von 2 kg, eine Kraft von 20N in den Fußpunkt eingeleitet werden.

Anhand der Randbedingungen wurde der in der Abbildung gezeigte Inertialmassenerreger in der Bauart einer Tellerfeder entwickelt. Dabei wurde eine Konfiguration von zwei wechselseitig an ihrem Außendurchmesser verbundenen Federn gewählt. Die Erzeugung von Trägheitskräften erfolgt über die aktive Ansteuerung von piezoelektrischen Flächenwandlern welche in einer FKV-Struktur eingebettet sind.

Das LOEWE-Zentrum AdRIA plant hier weitere Optimierungen.

Adaptiver Schwingungstilger mit integrierten piezoelektrischen Stapelaktoren

Adaptiver Schwingungstilger

Ein adaptiver Tilger ist ein passives, an eine Grundstruktur angekoppeltes Feder- Masse- Dämpfersystem, welches Schwingungen an der Schnittstelle zur Grundstruktur kompensiert. Er wird im Resonanzbereich betrieben. Über die piezoelektrischen Aktoren kann mithilfe einer geeigneten Regelung eine Änderung der Systemparameter erzielt werden. Somit lässt sich die Tilgereigenfrequenz adaptiv an sich ändernde Randbedingungen anpassen. Einsatzgebiete sind überall dort, wo mit variablen Anregungen zu rechnen ist, zum Beispiel in der Metallbearbeitung, bei Textilmaschinen oder Leichtbaustrukturen z.B. in der Luftfahrt, im Fahrzeugbau oder im Anlagenbau.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde ein Konzept auf Basis von piezoelektrischen Stapelaktoren und einer Leichtbaustruktur aus Faser-Kunststoff-Verbund entwickelt.

Der dargestellte Tilger ist symmetrisch aufgebaut. Über die Einspannung in der Mitte wird der Tilger in diesem Fall an dem Akustik-Demonstrator angebunden. Die beiden Massen haben ein Gewicht von jeweils 0,75 kg. Die Federn werden über Kragarme realisiert, die fest mit der Einspannung verbunden sind. Die Aktoren sind jeweils vier Nieder-Spannungs-Piezoaktoren pro Seite (zwei oben, zwei unten). Durch das Ansteuern der Piezoaktoren wird eine „virtuelle“ Tilgermassenänderung erzeugt, die in einer Eigenfrequenzänderung des Tilgers resultiert. Die Massen und die Einspannung bestehen aus Baustahl und der Kragarm aus einer Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Sandwich-Konstruktion, in der die Aktoren eingebettet sind.

Aktives Isolationssystem

Aktives Isolationssystem

Der Antiresonanz-Kraftisolator ist eine erweiterte Form eines adaptiven Tilgers. Er dient zur Schwingungsisolation von dynamisch beanspruchten Baugruppen. Dabei ist ein gelenkig gelagerter Hebelarm, welcher über eine Hebelmasse am Ende des Balkens Trägheitskräfte generiert, parallel zu einer Feder angebracht.

Das System ist auf eine vorgegebene Haupterregerfrequenz abgestimmt, so dass Kräfte die von einer dynamischen Anregung herrühren, durch Trägheitskräfte eliminiert werden.

Über Piezoaktoren, die auf den Hebelarm appliziert sind wird das Massenträgheitsmoment des Hebelarms modifiziert. Somit kann die Lage der Isolationsfrequenz sowie das Übertragungsverhalten des Antiresonanz-Kraftisolators aktiv beeinflusst werden.

Das Isolationssystem kann zur Entkopplung der Erregerquelle von der sie umgebenden Struktur, z.B. zur Entkopplung der Schnittelle zwischen Rotor und Zelle eines Hubschraubers oder zur Lagerung von Klimakompressoren, Messgeräten oder Antriebsaggregaten, eingesetzt werden.

Kontakt

Herr Andreas Büter
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