Forschung 13.04.2007, 19:27 Uhr

Die Leisen kommen  

VDI nachrichten, Darmstadt, 13. 4. 07, ber – Leise Autos zeigen, was adaptronische Bauteile wirklich können. Aktiv und „intelligent“, also ohne zusätzliche Massen, dämpfen sie störende Schwingungen und Vibrationen, die in Motorraum oder Fahrwerk auftreten. Gemeinsam mit Partnern aus Forschung, Industrie sowie klein- und mittelständischen Unternehmen präsentiert die Fraunhofer-Allianz Adaptronik die Anwendungsgebiete für adaptive Strukturen in Halle 2 der Hannover Messe.

Albtraum auf der Autobahn: Bei hoher Geschwindigkeit platzt ein Reifen. Dabei könnten Reifen mit Notlaufeigenschaften (engl.: Run Flat Tyre) einiges an Sicherheit bieten. Selbst mit einem Platten könnte der Fahrer noch ein gutes Stück weiter fahren, da ein zusätzliches Gummielement im Inneren das Einfallen des beschädigten Reifens verhindert.

Solche Runflat-Reifen gibt es zwar seit 2001 auf dem Markt, durchgesetzt haben sie sich aber nicht, weil sie deutlich lauter und teurer sind als herkömmliche Reifen. Hier könnten Fraunhofer-Forscher mit der Adaptronik helfen. Denn mit adaptronischen Maßnahmen lassen sich etwa die Geräuschpegel im Fahrzeuginneren reduzieren, indem die Ausbreitung von Störungen aktiv unterbrochen wird.

Bauteilverkleidungen von laufenden Maschinen dröhnen, in der Fertigung vibrieren Werkzeuge, Aggregate und Antriebe produzieren unerwünschte Schwingungen und belasten Mensch und Systeme.

„Technischer Fortschritt, Leichtbau, Vibrationen, Zuverlässigkeit und auch Lärm gehören eng zusammen“, betonte Dr.-Ing. Tobias Melz vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt, der auch die Geschäfte der Fraunhofer-Allianz Adaptronik führt.

Aktive adaptronische Strukturen verringern Maschinen- oder Fahrzeugvibrationen – und damit auch den Lärm. So profitieren nicht nur die Hersteller von Runflat-Reifen von der Adaptronik.

„In der Fertigung beispielsweise wird es dann mehr Präzision geben, weil die Maschinen genauer arbeiten“, prophezeit Melz. Bei Bauteilen und Produkten ergäben sich vor allem für den Leichtbau mehr Möglichkeiten.

„Letztlich bietet die Adaptronik in allen Bereichen mehr Komfort, Funktion und Sicherheit“, ist Melz überzeugt.

In Projekten der Fraunhofer-Allianz Adaptronik entwickeln verschiedene Fraunhofer-Institute Lösungen für Maschinenbaustrukturen. Dabei decken sie das gesamte Spektrum von der Materialwissenschaft bis zur Systemzuverlässigkeit ab.

„Unsere Projektziele erreichen wir zunehmend schneller, preiswerter und besser. Jetzt sind wir auch an seriennahen Fertigungsverfahren dran“, sagte Prof. Holger Hanselka, Institutsleiter am LBF und Sprecher der Allianz.

Die Forscher reduzieren Vibrationen, indem sie sensorische und aktorische Funktionen über elektronische Regler verknüpfen. Sensoren und Aktoren reagieren gezielt auf veränderliche Betriebsbedingungen. Damit können mechanische Eigenschaften wie das Dämpfungsverhalten oder die Steifigkeit per Software künstlich geändert werden.

So lassen sich Schwingungen mindern, Lärm reduzieren oder auch die Kontur von Bauteilen kontrollieren. Da adaptronische Bauteile im Bedarfsfall zudem gezielt ihrer Umgebung angepasst werden können, werden sie häufig „intelligent“ genannt.

Im „Quiet Car“ wurden gleich zwei adaptronische Lösungen in ein Kleinfahrzeug – einen VW Lupo – eingebaut. Die Forscher integrierten zum einen vier aktive Lagereinheiten im hinteren Fahrwerkbereich und testen diese nun im Fahrbetrieb.

Zum anderen arbeiten sie an der aktiven Bedämpfung der „Firewall“, die den Innen- vom Motorraum abtrennt. Fahrversuche auf einer Teststrecke des LBF bzw. der Technischen Universität Darmstadt am Flughafen Griesheim sollen die adaptronischen Effekte beweisen.

Das Projekt „Quiet Car“ soll helfen, Fragen der Systemintegration in eine anspruchsvolle technische Umgebung zu klären. Zudem wollen die Ingenieure die Technologie kommunizieren können, denn in ihrer täglichen Forschungs- und Entwicklungsarbeit sind sie zur Vertraulichkeit verpflichtet.

Mechanische Strukturen und Systeme „lebendig“ werden lassen ist eines der Ziele der Adaptronik. Dank intelligenter Funktionswerkstoffe sollen sie sich aktiv auf veränderte Umweltbedingungen anpassen können.

„Wir wollen mit adaptronischen Lösungen gezielt Funktionsvorteile schaffen und diese in kommerziell erfolgreiche Produkte überführen“, erklärte FVA-Geschäftsführer Melz die Ziele.

In der Fraunhofer-Allianz Adaptronik (FVA) haben zwölf Fraunhofer-Institute ihre technologische Kompetenz im Bereich der adaptiven Struktursysteme zusammengeschlossen. Sie bieten im industriellen und wissenschaftlichen Bereich gemeinsame FuE-Dienstleistungen entlang der gesamten Entwicklungskette an.

Zusammen mit neun weiteren Partnern aus Industrie, klein- und mittelständischen Unternehmen sowie der Grundlagenforschung stellt die Allianz die vielfältigen Anwendungsfelder sowie branchenspezifische Lösungen nun auf einem Gemeinschaftsstand in Halle 2 der Hannover Messe vor.

Mehr als 20 Exponate sollen dem Besucher die Funktionsvorteile adaptiver Lösungen verständlicher machen. Neben dem Quiet Car stammen weitere Projekte aus dem Automobil- und Schienenfahrzeugbau, aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrt, der Optik sowie der Medizintechnik.

So zeigt Otto Bock HealthCare eine dynamische Armprothese. Die Firma DuraAct-Invent stellt einen piezoelektrischen Wandler vor. Ein weiteres Exponat ist das aktive Pkw-Federbein, das das Fraunhofer LBF gemeinsam mit seiner Ausgründung ISYS Adaptive Solutions präsentiert.

„Unsere Kernkompetenzen sind die Beratung und Ingenieurdienstleistungen rund um die Weiterentwicklung von adaptiven Systemen“, erklärte Dipl.-Ing. Martin Thomaier, Geschäftsführer der ISYS Adaptive Solutions. Von der engen Kooperation mit dem Fraunhofer LBF sollen vor allem kleine und mittelständische Unternehmen profitieren, damit sie ihre adaptiven Produkte schneller zur Markt- und Serienreife bringen können.

„Ich rechne fest damit, dass Adaptronik ein Massenmarkt wird und sehe erste Anwendungen dort, wo der Verbraucher besonders hohe Anforderungen an Komfort und Sicherheit stellt“, sagte Hanselka, Sprecher der Fraunhofer-Alllianz Adaptronik.

„Beim Sportgerätebau, bei der Orthopädietechnik oder dem Anlagenbau sind die Projekte so weit fortgeschritten, dass wir die Anwendungen in den nächsten zwei Jahren auf den Markt bringen können“, meinte der Adaptronik-Experte. BETTINA RECKTER

Von Bettina Reckter

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