Eine frühe Einbindung der Systemrandbedingungen und den Anforderungen an die Herstellung hilft, wissenschaftlich interessante Ideen auf ihre technische und wirtschaftliche Relevanz zu prüfen. Dadurch werden Konzepte nicht nur hinsichtlich ihrer idealisierten Wirkung, sondern auch mit Blick auf die spätere Realisierung und Skalierung bewertet.
Konventionelle Dämpfungsmaßnahmen geraten bei restriktiven Gewichts- oder Bauraumbeschränkungen und hohen Anforderungen an Schallabstrahlung und Präzision häufig an Grenzen. Gerade leichte und schlanke Strukturen können empfindlich auf dynamische Anregungen reagieren, während zusätzliche Versteifungen, Dämpfungsbeläge oder Tilger im Konflikt zu Leichtbauzielen und Fertigungsanforderungen stehen.
Metamaterialien und verwandte Ansätze (z. B. Acoustic Black Holes) nutzen gezielt gestaltete Geometrien, lokale Resonatoren oder strukturierte Bereiche, um Schwingungen und Schall zu beeinflussen. Ob ein solcher Ansatz für eine konkrete Anwendung sinnvoll ist, hängt jedoch stark von dem Frequenzbereich, der physikalischen Struktur und den konkreten Randbedingungen ab.
Das Fraunhofer LBF unterstützt Sie dabei, das Potenzial solcher Konzepte zu bewerten und geeignete Ansätze schrittweise in Richtung Ihrer Anwendung zu entwickeln. Dabei verbinden wir strukturdynamisches und vibroakustisches Systemverständnis mit unserer Expertise in Simulation, Entwurf, prototypischer Umsetzung und experimenteller Bewertung.
Ausgangspunkt der Entwicklung sind die zu beeinflussende Zielgrößen, der relevante Frequenzbereich und die konstruktiven Randbedingungen. Darauf aufbauend können Konzepte verglichen, Geometrie- und Strukturvarianten entwickelt und numerisch untersucht werden.
Bei tragfähiger Perspektive lassen sich ausgewählte Konzepte in Funktionsmuster, Demonstratoren oder anwendungsnahe Prototypen überführen. Die experimentelle Bewertung zeigt, welche Wirkung unter definierten Bedingungen erreichbar ist und welche Fragen hinsichtlich Integration und Robustheit noch geklärt werden müssen.
In einer frühen Phase kann eine fokussierte Potenzialstudie zeigen, ob die Randbedingungen und Ziele grundsätzlich zu einem metamaterialbasierten Ansatz passen. Bei positiver Bewertung folgen vertiefte Simulation, Variantenvergleich und gegebenenfalls ein Funktionsmuster.
Erst danach wird entschieden, welcher Demonstrator oder welcher anwendungsnahe Prototyp für einen belastbaren Wirksamkeitsnachweis erforderlich ist. Diese stufenweise Vorgehensweise begrenzt Entwicklungsrisiken und hält Aufwand und Aussagekraft im Gleichgewicht.
Je nach Fragestellung können Konzeptstudien, Simulations- und Variantenbewertungen, Funktionsmuster, Demonstratoren sowie Hinweise für Integration und weitere Validierung entstehen. Betrachtet werden können beispielsweise vibroakustische Metamaterialien, programmierbare Strukturen oder Acoustic-Black-Hole-Ansätze.
Sie möchten Schwingungen oder Lärm reduzieren, ohne vorschnell auf ein bestimmtes Prinzip festgelegt zu sein? Gemeinsam klären wir Zielgrößen und Randbedingungen,entwickeln einen geeigneten Bewertungs- und Entwicklungsweg und implementieren bei Bedarf die optimale Lösung in Ihr System.
Heiko Atzrodt
Head of Department System Dynamics
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF