Neue Anwendungsmöglichkeiten für Metallkissen in der Schwingungstechnik

Schwingungsminderung, Schwingungstilger, Schwingungsreduktion

Metallkissen sind Formteile aus einem Drahtgestrick, die elastische Eigenschaften aufweisen und daher mit Elastomerbauteilen vergleichbar sind. Da sie vollständig aus Metall bestehen, sind sie hinsichtlich Temperatur und Medieneinflüssen sehr beständig und daher insbesondere für Applikationen geeignet, in denen Elastomere aufgrund inhärenter Limitationen nicht eingesetzt werden können. Das Fraunhofer LBF widmet sich besonders der experimentellen Analyse und numerischen Modellierung der dynamischen Eigenschaften von Metallkissen in einem weiten Frequenzbereich hochgradig flexible und maßgeschneiderte Lösungen für individuelle Fragestellungen sind das Ergebnis.

Hochfrequente Charakterisierung eines Metallkissens bis 3 kHz.
Manuell einstellbarer Schwignungstilger basierend auf Metallkissen.
Verstellung der Eigenfrequenz beim adaptiven Schwingungstilger

Besondere Eigenschaften – neue Möglichkeiten

Die speziellen mechanischen Eigenschaften von Metallkissen beruhen auf ihrer komplexen inneren Struktur und der Interaktion der Drahtsegmente untereinander. Die Reibung des Drahts verleiht ihnen eine gute Dämpfungswirkung, die sie für Anwendungen in der Schwingungstechnik prädestiniert. Während das quasistatische Verhalten von Metallkissen bereits vielfach wissenschaftlich untersucht wurde, ist über das dynamische Verhalten im Kilohertzbereich noch wenig bekannt, wenngleich dieser Bereich aufgrund der fortschreitenden Elektrifizierung der Mobilität von besonderem Interesse ist. Mit ihrem umfangreichen Messtechnikequipment und der langjährigen Erfahrung in der experimentellen und numerischen Untersuchung von Systemen wollen die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF diese Lücke schließen und neue Anwendungsmöglichkeiten für Metallkissen in der Schwingungstechnik aufzeigen.

Eine wesentliche Besonderheit von Metallkissen liegt in ihrer hohen Kompressibilität, sie können reversibel bis weit über 40% deformiert werden, wobei sich aufgrund der Zunahme innerer Kontaktstellen des Drahtgestricks die mechanischen Eigenschaften stark ändern. Diese Abhängigkeiten können gezielt für Anwendungen genutzt werden, in denen dynamische Eigenschaften variiert werden sollen.

Adaptiver Schwingungstilger mit Metallkissen

Am Fraunhofer LBF wurde ein adaptiver Schwingungstilger auf Basis von Metallkissen entwickelt. Dabei ist eine Masse schwingend zwischen zwei Metallkissen gelagert, deren Vorspannung ihre Steifigkeit und damit die Resonanzfrequenz des Tilgers beeinflusst.

Auf diese Weise kann durch eine einfache Mechanik manuell eine fein abgestufte Einstellung der Resonanzfrequenz des Tilgers erfolgen. Im umgesetzten Prototyp lässt sich die Resonanzfrequenz zwischen 70 und 870 Hz in 150 Schritten durch Drehung des Gehäusedeckels einstellen. Die Dämpfung des Tilgers ändert sich in dem Bereich zwischen 0,2 und 20%.

Solche manuell einstellbaren Schwingungstilger eignen sich als Entwicklungswerkzeug in Testumgebungen zur schnellen Potentialanalyse für Tilgerlösungen zur Schwingungsminderung und zur experimentellen Identifikation von optimalen Tilgerparametern. Bei Bedarf können sie auch um eine Aktorik erweitert werden, damit die Parameteridentifikation automatisiert durchgeführt werden kann.

Mit dem Tilgerkonzept basierend auf Metallkissen ergänzt das Fraunhofer LBF sein Portfolio an passiven, adaptiven und aktiven Lösungen zur Schwingungsminderung und kann seinen Kunden sowohl hochgradig flexible als auch maßgeschneiderte Lösungen für individuelle Fragestellungen anbieten. Dies können beispielsweise Isolationssysteme, Tilger, Neutralisatoren und Dämpfer oder auch elastische Lagerungen auf Basis von Metallkissen sein.