Entwicklung mechatronischer und adaptronischer Systeme

In einer hochtechnisierten Welt schreitet die technische Entwicklung nicht nur im World Wide Web rasant voran, auch klassische Systeme des Maschinen- Automobil- und Anlagebaus unterliegen einem hohen Evolutionsdruck und müssen eine Vielzahl neuer Anforderungen erfüllen. Eine Lösungsansatz diese technologischen Anforderungen zu erfüllen sind mechatronische und adaptronische Systeme, die sich aktive an gegebene Randbedingungen anpassen können um eine gewünschtes Systemverhalten zu erzielen.

Active Noise Control & Active Vibration Control

Adaptronische mechatronische aktive Systeme werden heute bereits vielfältig zur aktiven Reduzierung von Lärm [Active Noise Control (ANC)] und Aktiver Schwingungsbeeinflussung [Active Vibration Control (AVC)] eingesetzt. Als prominentes Beispiel hierfür sind aktive Motor- und Fahrwerkslager die mittlerweile in der Automobilindustrie breite Anwendung finden.

Mit strukturintegrierten aktiven Systemen lassen sich Struktureigenschaften z.B. durch Shunt Damping gezielt beeinflussen, es lassen sich aber auch Vibration Energy Harvesting Systeme realisieren. Im englischen Sprachgebrauch werden Strukturen mit integrierten mechatronischen adaptronischen Systemen daher auch oft als Smart Sructures (Smarte Strukturen) bezeichnet.

Entwicklungsmethoden

Dank der stetig Entwicklung im Bereich der Materialwissenschaften, Sensorik, Aktorik, Elektronik sowie der Computer Hard- und Software ist es heute möglich mechatronische und adaptronische Systeme umzusetzen die vor wenigen Jahrzehnten noch nicht vorstellbar gewesen wären. Im Bereich Adaptronik arbeitet ein interdisziplinäres Team von Ingenieuren und Wissenschaftlern an der Entwicklung von mechatronischen und adaptronischen Systemen. Wir unterstützen große OEMs im Besonderen aber auch kleine und mittelständische Unternehmen bei der Entwicklung innovativer Produkte und beim Aufbau unternehmenseigener Kompetenzen. Hierzu greifen wir auf jahrzehntelange Erfahrung und etablierte und erprobte Entwicklungsmethoden zurück.

Elektromechanische Auslegung

Kernpunkte der Entwicklung von Mechatronischen adaptronischen Systemen sind die Elektromechanische Auslegung der Aktorik und Sensorik und die Entwicklung aktiver Regelstrategien. Besondere Herausforderungen bei der Entwicklung und Auslegung solcher Systeme sind die Verknüpfung multi-physikalischen Domänen sowie die Berücksichtigung von nicht-linearitäten, Zeitvarianz und systeminhärenten Unsicherheiten. Wissenschaftler des Fraunhofer LBF arbeiten eng mit den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Kooperationspartner zusammen um diese „Showstopper“ anwendungsspezifisch zu Beherrschen. Bei der Entwicklung und Auslegung der Systeme kommen je nach Anforderungen innovative Konzepte und Smart Materials wie Dielektrische Eleastomere, Piezos, Magnetorheologische Flüssigkeiten und Formgedächtnis­legierungen, aber auch bewerte konventionelle Technologien wie induktive Tauchspulenaktoren (Linearmotoren) zum Einsatz.

Entwicklungs- und Validierungsmethoden für mechatronische Systeme

Ein Werkzeug für die Modellbasierte Entwicklung und Aktorsimulation ist die am Fraunhofer LBF entwickelte AdaptroSim™ Matlab™-Simulink™ Toolbox. Außerdem erarbeiten wir mit und für unseren Partnern Entwicklungs- und Validierungsmethoden für mechatronische Systeme in der Form smarter Hardware in the Loop (HIL) Schnittstellen und Prüfaufbauten. Für die Serielle Fertigung unterstützen wir unsere Partner bei der Automatisierung von Qualitäts-, Betriebsfestigkeits- und Zuverlässigkeitsprüfungen durch die Entwicklung automatisierter Prüfverfahren und Prüfstände.