Kreisringscheibe als Feder mit verstellbarer Steifigkeit

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Gutekunst Federn

Conductix-Wampfler GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Die Kreisringscheibe kann als Schwingungstilger der jeweiligen Erregerfrequenz angepasst werden. Verglichen mit dem breiten Frequenzband, das sich damit abdecken lässt, ist der Aufwand für die Konstruktion und Fertigung – so das Fraunhofer-LBF – relativ gering. Aufgrund der rotativen Verstellbewegung ist keine komplexe Stellaktorik notwendig. Die einfache Aktorik und die unter Umständen verwendete Sensorik werden platzsparend und mechanisch geschützt im Inneren der Kreisringscheibe untergebracht. Die Aktorteile erhöhen nicht die Tilgermasse. Diese wird dadurch klein gehalten. Das wirkt sich positiv auf die Skalierbarkeit der Lösung aus.

Hochfahren der Maschine
fast ohne Resonanzdurchgang

Ein gekapselter Aufbau ist möglich – mit der Tilgermasse als Gehäuse (Bild 3). Im Gegensatz zu Entwicklungen, bei denen sich die Steifigkeit mit der freien Blattfederlänge verändert, bleibt der Bauraum konstant. Das erleichtert die Systemintegration. So hat das Fraunhofer-LBF bei Anwendungen als Schwingungsdämpfer insbesondere die Automobiltechnik, den Maschinen- und Anlagenbau im Visier. Generell werden jedoch überall dort Anwendungen gesehen, wo die Verstellung der Steifigkeit sinnvoll und vorteilhaft ist. Allein die hohe Gestaltungsfreiheit bei der Baugröße erschließe ein beachtliches Anwendungspotenzial, bei Kleinteilen in der Elektronik über Maschinen und Fluggeräte bis zu Gebäuden.

Im Rahmen einer Betriebsfestigkeits- und Bauteilprüfung lässt sich die Kreisringscheibe als Verbindungselement zwischen Prüfmaschine und Prüfling nutzen. Die Anbindung ermöglicht es, den Prüfling in Abhängigkeit von der Steifigkeit der späteren benachbarten Bauteile zu testen. Außerdem kann die Ringscheibe zur Energierückgewinnung genutzt werden.

Nutzung der Kreisringscheibe als Energiespeicher möglich

Würden Piezowandler auf dem Ring angebracht, ließe sich die elastische Ringverformung zur Speicherung kleiner Energiemengen verwenden (Energy Harvesting), heißt es. Dieser Energiespeicher wäre groß genug, um beispielsweise den Betrieb von energieautarken Systemen wie Sensorknoten zu gewährleisten.

Als Funktionsteil von Maschinen und Antriebsaggregaten eignet sich die Entwicklung als Lagerelement. Die Resonanz liegt dabei entweder über (harte Einstellung) oder unter dem Betriebspunkt der Maschine. „Hochgefahren“ wird die Maschine in „harter“ Einstellung. Vor Erreichen des Betriebspunktes wird das Lager „weich“ geschaltet. Das ermöglicht einen überresonanten Betrieb fast ohne Resonanzdurchgang. Die Maschine wird entlastet.

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