Beherrschung von Unsicherheiten lasttragender Systeme.

Beherrschung von Unsicherheit lasttragender Systeme.

Versuchsaufbau für das Modulare Aktive Feder-Dämpfersystem MAFDS

Das Fraunhofer LBF ist Kooperationspartner im von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG geförderten und an der TU Darmstadt angesiedelten Sonderforschungsbereich 805 »Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus«. Zusammen mit den wissenschaftlichen Mitarbeiterkollegen des Fachgebiets Systemzuverlässigkeit, Adaptronik und Maschinenakustik SAM erarbeitet das Fraunhofer LBF grundlagenorientiert den Einfluss aktiver bzw. adaptiver Lösungen zur Stabilisierung und Schwingungskontrolle einzelner Balken in Tragwerken gegen Knicken sowie zur Umleitung von Belastungen vorbei an gefährdeten oder geschädigten Bauteilen. Hierzu kommen neuartige piezoelastische Lagersysteme zum Einsatz, die zum einen durch aktiv eingeleitete Kräfte der integrierten piezoelektrischen Aktuatoren Balken stabilisieren (Abb. 2) und zum anderen durch die Verschaltung des piezoelektrischen Wandlers zu einem Nebenschlusswiderstand (kurz Shunt) zur Schwingungsberuhigung beitragen.

Zentraler Demonstrator zeigt diverse Lösungsansätze

Diese Lösungen sind Teil von mehreren Ansätzen zur Beherrschung von Unsicherheit im zentralen Demonstrator des SFB 805 (Abb. 1). Der SFB-Demonstrator umfasst einen virtuellen und einen realen Teil. Zum realen Teil gehört das Modulare Aktive Federdämpfersystem (MAFDS). Dieses besteht aus einem wahlweise passiven, semi-aktiven oder aktiven Federdämpfersystem als Pendelstütze, das zwischen einem oberen und einem unteren Tragwerk gelenkig gelagert ist. Gelenkmodule sorgen für die kinematische Verbindung zwischen oberem und unterem Tragwerk und für die Aufnahme von Querlasten und Momenten. Die Tragwerke besitzen passive und aktive Elemente wie das piezoelastische Lager. Das MAFDS erfüllt ähnliche Anforderungen wie ein Flugzeugfahrwerk. Dabei wird z. B. über Fallversuche die Unsicherheit bei der Vorhersage der Belastung und Belastbarkeit in einzelnen Komponenten untersucht und quantifiziert, um ggf. mit den aktiven Maßnahmen zur Beherrschung der Unsicherheit beizutragen.

Abb. 2: Piezo-elastisches Balkenlager zur aktiven Knickstabilisierung auf Druck belasteter Balken und experimentelle Ergebnisse der aktiven Knickstabilisierung zur Erhöhung der maximal ertragbaren Axiallast.

Abb. 3: Aktives Modulares Feder-Dämpfer System MAFDS des von der DFG geförderten SFB 805 am Standort Kranichstein, Fraunhofer LBF.

Das Fraunhofer LBF bietet dazu die komplette Infrastruktur durch Bereitstellung der Räumlichkeit und Energieversorgung für die wissenschaftlichen Untersuchungen am realen Teil MAFDS und unterstreicht damit die hervorragende Zusammenarbeit mit der TU Darmstadt und gleichzeitig das wissenschaftliche Engagement in der grundlagenorientierten Forschung zur Weiterentwicklung von Leichtbaustrukturen.

Zahlreiche Veröffentlichungen bei wissenschaftlichen Tagungen und Zeitschriften sind weitere Belege der wissenschaftlichen Exzellenz des Fraunhofer LBF in diesem Themengebiet. Die Ergebnisse und Erkenntnisse aus der erfolgreichen Zusammenarbeit mit den Partnern im SFB 805 fließen direkt in die Projektarbeit der anwendungsorientierten Forschung zum Vorteil unserer Kunden aus der Industrie ein.